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钢铁
钢铁

翁宇庆

月刊

0449-749X

gangtiebianjibu@163.com

010-62182345

100081

北京海淀区学院南路76号

钢铁/Journal Iron & SteelCSCD北大核心CSTPCD
查看更多>>本刊创刊于1954年，是由中国科协主管，中国金属学会主办，我国冶金界历史较长的综合性科技期刊，也是反映钢铁工业的科技成就的主要刊物之一，在国内外享有 较高的声誉。其宗旨是面向生产、结合实际，坚持为钢铁工业生产建设服务，报道钢铁工业的科技成就、生产工艺的技术进步、生产工艺的技术进步、品种质量的改善提高、新技术新产品的开发应用、企业经营管理经验和专业理论应用研究等，以提高钢铁行业科技工作者和干部的科技水平，促进钢铁工业的发展。
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    喷吹富氢气体高炉冶炼特点及存在问题的探讨

    张淑会武校章刘然兰臣臣...
    1-11页
    查看更多>>摘要：高炉炼铁工序能耗高、CO2排放量大,是钢铁行业节能减排的重点.面对日益严重的能源危机和环境问题,实现高炉冶炼过程的碳减排已经成为人们的共识.在上述背景下,高炉喷吹富氢气体冶炼技术得到了冶金工作者的广泛关注,该技术的主旨在于以氢代碳、降低高炉内碳素还原剂的消耗,实现高炉CO2的减排.基于富氢气体在风口前燃烧的热力学分析,系统讨论了喷吹富氢气体高炉的冶炼特点、存在的问题及解决措施,并对今后的研究工作进行了展望.结果认为,与传统高炉冶炼相比,喷吹富氢气体高炉的冶炼特点发生了显著变化,富氢气体可以促进铁矿石的还原,降低初渣中FeO含量,渣量降低且熔点升高,软熔带压差降低,透气性改善;喷吹富氢气体容易使高炉下部温度降低,气流向中心发展,促进块状带焦炭的气化反应,并影响高温区焦炭和渣铁的接触特征.喷吹富氢气体高炉在发挥氢还原优势的同时,容易出现下部热量不足、煤粉燃烧率降低、铁矿石粉化严重等问题.对于喷吹富氢气体高炉的冶炼过程,建议加强煤气富氢量、金属铁渗碳和焦炭性能三者间相互影响的机理研究,并探索合理的操作炉型,开发适用于喷吹富氢气体高炉冶炼的原燃料条件,同时加快富氢气体运输、储存和喷吹设备的研发,以促进喷吹富氢气体高炉冶炼技术的工业实施.

    富氢气体喷吹高炉冶炼铁矿石还原理论燃烧温度焦炭

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    双碳背景下中国电炉流程发展战略研究

    上官方钦崔志峰周继程倪冰...
    12-21页
    查看更多>>摘要：为积极响应国家提出的"双碳目标",各部委针对钢铁行业陆续颁布系列政策文件,并明确指出要有序合理引导全废钢电炉流程发展,深入推进钢铁工业绿色低碳转型.在此背景下,首先根据《中国能源统计年鉴》中统计的黑色金属冶炼及压延加工终端能源消费量数据,对1991-2021年间中国钢铁行业引起的直接碳排放量、间接碳排放量以及产品固碳抵扣量展开详细测算,分析中国钢铁行业CO2排放现状;选取典型长流程和短流程钢铁生产企业,对其造成的CO2排放量进行计算,以探究2类流程在碳排放方面的差异,量化电炉流程降碳潜力,指出合理有序推进电炉流程发展是未来钢铁行业转型升级的主攻方向.结合当前钢铁行业发展形势,梳理中国电炉流程发展将面临的困难及挑战,并针对上述问题,从电炉流程发展所需的资源-能源保障、发展模式、技术结构3大方面开展研究,并给出应对策略.在上述研究基础上,构建了中国电炉流程双碳分析模型,分别从工序及时间2个层面绘制了中国电炉流程低碳发展路线图.研究发现,电炉工序和轧钢工序的降碳潜力最大,分别占全流程降碳潜力的40.7％和36.7％;并且随着各工序低碳技术的应用,2030年电炉流程的吨钢碳排放强度有望在2020年的基础上降低35.1％,2040年降低74.7％,2050年实现"近零碳"冶炼.

    电炉流程钢铁行业碳达峰碳中和发展路线图

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    《钢铁》杂志征稿启事

    21页
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    B2O3对氧化焙烧过程赤铁矿连晶程度的影响

    赵天乐张芳彭军王永斌...
    22-33页
    查看更多>>摘要：在焙烧过程中加入B2O3有利于得到低熔点化合物,提高球团强度和降低还原膨胀,使球团的冶金性能得到提高,但B2O3对赤铁矿的结晶和连晶程度的影响机理还缺少较为深入的研究.因此,为探明B2O3对赤铁矿连晶程度和赋存规律,通过在Fe3O4纯试剂中加入不同比例的B2O3纯试剂,经混合、压片和氧化焙烧后形成赤铁矿.模拟磁铁矿球团焙烧形成赤铁矿球团的过程,采用SEM-EDS、XRD、XPS等手段研究不同B2O3含量对焙烧压片中赤铁矿的连晶程度、晶体长大情况和微观结构的影响,结合拉曼光谱分析B2O3对赤铁矿晶体结构的影响,并对其微观结构、结晶度和晶粒尺寸进行了测定,最后针对不同B2O3含量对赤铁矿的连晶程度的影响进行了讨论和总结.研究结果表明,B2O3对氧化焙烧过程赤铁矿连晶程度有着先促进后抑制的作用,适量加入B2O3能够促进赤铁矿晶体长大和连晶程度的增长,当添加B2O3质量分数为6％、焙烧时间为40 min时,赤铁矿的结晶程度最好,结晶度可达83.68％.XPS检测显示,随着B2O3含量的增加,赤铁矿中Fe3+的比例逐渐升高,Fe3+的比例最高可达92.53％.B2O3添加量进一步增加时,B2O3对渣相的流动性和渣相量的影响也进一步增加,渣相将赤铁矿晶粒浸润,抑制晶粒长大和晶粒间的连晶.通过拉曼光谱对赤铁矿晶体结构的检测结果显示,随着B2O3含量的增加,赤铁矿晶体的LO模式和Eu模式的峰强增加,这表明晶格缺陷引起的对称性破坏增加,晶体无序度更高,缺陷更高.

    B2O3氧化焙烧赤铁矿连晶程度晶格常数

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    数值模拟φ(CO)∶φ(H2)对直接还原竖炉反应过程的影响

    田旭周恒黄健蔡皓宇...
    34-40,57页
    查看更多>>摘要：随着制氢技术的发展,气基直接还原竖炉使用绿色H2作为还原剂进行生产变得可行.在诸多非高炉炼铁技术中,富氢直接还原竖炉工艺有望解决传统高炉长流程工艺CO2排放高的问题.但富氢直接还原竖炉面临的共性问题是还原煤气中H2体积分数过高时还原吸热导致炉内热量不足,从而影响煤气利用率和金属化率.如何调整还原煤气φ(CO)∶φ(H2),使CO还原过程释放热量来弥补H2还原吸收的热量,并配合其他操作参数及炉型结构的优化,实现充分利用还原煤气中物理能与化学能,从而提高煤气利用率及金属化率,成为富氢直接还原竖炉亟需解决的问题.建立了富氢直接还原竖炉二维CFD数学模型,考察还原煤气中φ(CO)∶φ(H2)对竖炉内温度场、浓度场分布的影响规律.数学模型的正确性通过与实际工厂数据对比得以验证.模拟结果显示,当还原煤气中H2体积分数上升时,竖炉内温度整体持续下降.随着还原煤气中H2体积分数逐渐升高,H2利用系数逐渐下降、CO利用系数缓慢增长,煤气综合利用系数呈现先上升后下降的趋势,当H2体积分数为60％时,综合利用系数达到最高,为0.28.随着H2体积分数的升高,竖炉出口铁摩尔分数呈现先上升后下降的趋势,当H2体积分数为40％～50％时,铁摩尔分数最高可达95.67％.实际生产过程中,还原煤气中φ(CO)∶φ(H2)维持在40％:60％左右可获得较高的煤气利用率及产品金属化率.

    富氢直接还原竖炉φ(CO)∶φ(H2)反应过程数值模拟煤气利用率

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    气基竖炉直接还原数值模拟分析

    白晨晨师学峰王明阳于浩...
    41-48页
    查看更多>>摘要：针对气基竖炉直接还原过程无法直接观察还原反应运行程度的难点,基于三界面未反应核模型,在忽略模型球团内部温度及假设球团还原反应的热效应完全发生在固相的条件下,建立了气基竖炉直接还原模型,对铁氧化物价态转变进行了数值模拟和验证.结果表明,由于所建立的气固模型包含3个界面,随着铁氧化物的逐级还原,每个界面的反应半径最终趋于0,而还原反应速率随着竖炉深度的增加呈现出先升高后降低的趋势.球团在竖炉内下降到3 m深度时,出现半径为15 mm的FeO反应界面,此时球团还原率约为28％.随着球团继续在竖炉内下行约2 m到达5 m的深度时,Fe3O4的界面半径减小为0,此时铁氧化物完全转变成了浮氏体形态,球团还原率约为34％.通过改变不同的工艺参数进行模拟可以发现,还原球团金属化率和还原率随着气体温度的升高而增大.当气体温度以50 ℃、还原气体流量以5 040 m3/h梯度增大时,其对应的球团金属化率分别增大8％和4％左右.相比之下,球团金属化率受下料速度的影响远超过气体温度和还原气体流量,具体表现为,当下料速度增大0.02 t/h时,金属化率降低约0.07％.而当球团粒度减小时,金属化率会表现增大的趋势,球团粒度减小1 mm,球团金属化率增大2.23％.

    气基竖炉气基法直接还原数值模拟还原率金属化率

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    基于e-FCNN的电弧炉终点温度预报

    陆泓彬朱红春姜周华李花兵...
    49-57页
    查看更多>>摘要：发展电弧炉炼钢短流程是实现钢铁工业绿色发展的重要战略途经,电弧炉炼钢的终点控制决定了出钢质量和冶炼效率,尤其是终点温度控制.建立电弧炉终点温度预测模型,提前预测终点温度,有助于及时调整冶炼工艺,实现快速、高效的出钢操作.电弧炉终点温度预测模型主要分为机理模型和数据驱动模型,数据驱动模型是目前的主要研究方向,但现有的数据驱动模型建模过程依赖大量历史数据,难以适用于在小样本数据条件下实现终点温度的准确预报.对此,紧密结合冶金机理,以人工智能算法为核心,建立了高适应性的电弧炉终点温度预报模型.通过冶金机理和皮尔逊数据相关性分析得到了模型的输入参数.以FCNN算法为基础,引入提前停止策略,提出了e-FCNN算法,防止了FCNN算法的过拟合现象,并基于e-FCNN算法建立了电弧炉终点温度预报模型.仿真结果表明,终点温度预报误差在±5 ℃以内,e-FCNN模型的命中率可以达到93.33％.另外,在小样本历史数据条件下,使用超参数随机网格搜索,建立了CART、RF、ε-SVR和v-SVR终点温度预报模型,结果表明,基于e-FCNN终点温度预报模型的精度明显优于其他机器学习模型.使用e-FCNN模型连续跟踪实际生产的30炉次,预报误差为±6 ℃时,命中率达到了96.7％,可以有效指导生产.未来,进一步提升机理和数据驱动的结合程度是电弧炉终点温度预报模型的发展方向.

    电弧炉终点预报终点温度机器学习小样本

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    高钛钢液面温度及"结鱼"形成的控制

    王时松王云波唐庆张旭彬...
    58-66,74页
    查看更多>>摘要：在高钛钢的生产过程中,由于钢中的钛与氮容易生成TiN夹杂物,并部分在结晶器内钢渣界面处聚集,这容易在钢液面低温区诱发"结鱼"的形成而导致高钛钢难以顺利连铸.针对高钛钢连铸"结鱼"产生的问题,采用数值模拟的方法,讨论了不同电磁搅拌强度、拉速和过热度等连铸参数对钢液面温度的影响,并对保护渣的碱度进行了优化,以通过提高钢液面温度来降低结晶器内"结鱼"的形成.通过建立的数学模型模拟发现,在浇铸拉速为0.85 m/s和1.05 m/s时,在结晶器内施加电磁搅拌均能引起钢液面温度的升高,且当搅拌电流为200 A时钢液面的温度最高;在电磁搅拌强度一定时,提高拉速和浇铸过热度均能提高结晶内钢液面的温度,并能减小结晶器角部低温区域的大小;现场试验发现,除拉速外,在其他连铸参数一定时,浇铸过热度由25 K提高到60 K后,连铸结晶器内未发现"结鱼"物的形成,且连铸坯表面的夹渣缺陷明显降低;将连铸保护渣碱度由0.60提高到0.88后,保护渣的结晶性能增强,控制传热能力改善,在高过热度浇铸过程中结晶器内液渣层的厚度由6 mm增加到为8 mm,这说明钢液面的温度升高,但该保护渣在低过热度浇铸(40 K)时也未发现"结鱼"的发生.因此,高钛钢连铸过程中的"结鱼"形成受钢液面的温度的影响,通过提高浇铸过热度和改善连铸保护渣控制传热的能力均能控制结晶器内"结鱼"的形成,优化渣可用于高钛钢的低过热度浇铸生产,为改善高钛钢的可浇性提供理论指导.

    高钛钢连铸结晶器结鱼物钢液面温度数值模拟

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    基于深度学习的转炉煤气发生量预测模型

    包向军陈凯郦秀萍杨筱静...
    67-74页
    查看更多>>摘要：转炉煤气发生量预测为转炉炉口微差压调控、转炉煤气回收质量提升和全厂煤气平衡调度提供重要支撑.以某钢厂吹炼过程转炉煤气实际发生量数据为依据,采用深度学习方法,建立了BP神经网络、LSTM长短记忆神经网络和RBFNN径向基函数神经网络3种转炉煤气发生量的预测模型,对比分析预测步数、输入样本量和隐藏单元数3个参数对预测模型精度和计算效率的影响.研究结果表明,模型的预测精度均随着预测步数的增加而减小,选择30步预测更符合钢厂的实际需求.随着样本输入量的增加,LSTM的精度无明显变化,BP的精度呈降低趋势,RBF的精度先大幅提高后缓慢降低.LSTM的预测效率无明显变化,BP大幅降低,RBF无变化.当3种模型各自在最佳样本输入量和30步预测条件下,随着隐藏单元数的增加,LSTM的精度基本不变,BP先略有升高再缓慢降低,RBF先大幅升高之后保持平稳,后面再大幅降低.LSTM的预测效率小幅降低,BP大幅降低,RBF保持不变.最终,在30步预测的条件下,LSTM、BP、RBF 3种模型的最佳参数条件为,LSTM样本输入量为125,隐藏单元数为135,此时均方根误差ERMS最小为13.38,训练时长为4.7 min;BP样本输入量为50,隐藏单元数为60,此时ERMS最小为31.46,训练时长为16.8 min;RBF样本输入量为210,隐藏单元数为210,此时ERMS最小为2.07,训练时长为1.2 min,与实际数据相比,RBF预测效果最好.采用转炉煤气发生量预测结果调控风机的转速,可以使炉口微差压保持在更稳定的状态,减少吸风量,提高回收煤气热值.

    吹炼过程转炉煤气发生量预测深度学习模型对比分析

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    水口位置对小方坯结晶器内流场和凝固的影响

    李小明王阳朱佳雨杨永坤...
    75-90页
    查看更多>>摘要：由于弧形连铸水口对中时结晶器内外弧流场失去对称特性,以及连铸现场生产时存在内外弧温度不均现象,严重影响连铸坯凝固质量,因此研究水口位置对改善流场分布显得尤为重要.建立了钢液在弧形结晶器中电磁、流动、传热和凝固耦合的数学模型,研究了SEN偏移方向及偏移量对钢液流动的影响,并引入对称指数Is评价凝固坯壳的的均匀性.研究发现,水口向内弧偏移增大了流场差异性,并产生偏流现象,且电磁搅拌的应用会加剧此现象.当SEN向外弧偏移时,无论是否施加电磁搅拌,各平面Is指数均先增加后降低,能一定程度上改善结晶器内流场分布,使其趋于对称,有利于提高铸坯质量.M-EMS开启时,随水口向外弧偏移量的增加,涡流中心逐渐移至电磁搅拌中心面的中心.且钢液流动并非以内外弧呈对称形态,而是存在一定的偏转角,使得所有案例的内外弧温差均有所增大,但对于M-Case 6,温差增幅仅为1.666 ℃.当SEN向外弧偏移6.5 mm时,Is指数及凝固坯壳均匀性最高,内外弧速度几乎重合,内外弧温差最小,钢液流场分布最佳,流场、温度场及凝固坯壳均得到了显著改善.通过调整水口位置能改善结晶器内流场对称性,提高凝固坯壳均匀性,并可消除由结晶器曲率引起、电磁搅拌加剧的偏流现象.

    水口位置结晶器曲率对称性指数偏移方向偏移量

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