鞍钢炉料冶金性能动态热模拟试验研究
动态再结晶动力学模型SCM435钢的测定
内蒙古科技大学本科生毕业外文翻译题目：动态再结晶动力学模型SCM435钢的测定学生姓名：钱志伟学号：1061102214专业：冶金工程班级：2010冶金（2）班指导老师：刘宇雁教授摘要SCM435钢的流变应力行为进行了研究利用MMS-200热模拟机，用1023至1323年ķ变形温度和应变速率的条件下0.01-10秒-1。
实验结果表明，临界应变会得到更小的增量温度和应变率的减小，而使动态再结晶易于发生。
高峰SCM435钢的高温下应力本构方程是由双曲形式成立正弦波，并且在高温下变形的激活能由回归方程得到。
临界应变εC动态再结晶准确来源于含菌株的θ-σ曲线硬化率θ和FL OW应力σ。
然后峰值应力，峰值应变，临界应力，临界之间的相关性应变和参数Z进一步得到。
动态再结晶的Avrami方程动力学方程SCM435钢是从应力 - 应变曲线的发展，和Avrami指数米进行抽象。
观察还表明的Avrami常数将与增量减少温度，但会增加与在增量应变率。
该阿夫拉米不断发生小的影响从变形温度，但从应变率，以及阿夫拉米常数与应变率之间的相关性显著的影响是由回归方程得到的。
关键词：SCM435钢;动态再结晶;活化能;临界应变1 引言SCM435钢是典型的中碳钢具有良好的淬透性。
一个更好的疲劳强度和耐冲击性可以通过回火进行说明。
该lowtemperature 冲击韧性和回火脆性 SCM435钢执行优秀。
该钢SCM435 用于12.9级螺栓钢在汽车发动机的需求由于恶劣的极端高要求的疲劳寿命的工作环境。
这是典型的高端产品冷镦。
动态再结晶是一种软化的过程中，重要的机制热变形，并具有较大的INFL对粮食uences 大小，形态和被静态再结晶。
因此研究具有较高的学术意义和工程应用价值[1-3]。
因此，热力学模拟实验，通过研究FL OW高温下合金的应力特性。
与此同时，SCM435钢的过程中软化规则热变形进行了分析，以获得结果包括热变形的活化能，临界应变对动态再结晶，而峰值应力，峰值应变，临界之间的相关性应力，临界应变而参数Z的模型动态再结晶的热变形SCM435钢当时成立的提供可靠的理论依据做出合理的处理的产品。
炉渣冶金性能测试实验报告
炉渣冶金性能测试实验报告院系: 冶金与资源学院班级：冶105指导老师：组长：组员：实验地点: 安徽工业大学炉渣冶金性能测试文献综述1目前连铸保护渣的状况1. 1国外状况鉴于连铸保护渣技术在现代连铸技术中的重要地位, 工业发达国家将连铸保护渣技术列入高科技范畴, 各研究所、高等院校和企业都投入大量人力、物力进行开发研究。
欧洲煤钢联在20 世纪80 年代末、90 年代初投入大量资金对保护渣原材料、基本组成及特性、在连铸过程中的行为作用和连铸保护渣工业化生产等17 个项目进行了系统研究, 取得了很好效果, 促进了连铸技术的发展;美国材料协会从1996 年开始研究和建立连铸保护渣生产和使用技术标准, 大大促进了保护渣技术的发展; 日本和韩国除了进行大量保护渣基础理论研究外, 还不断开发连铸保护渣生产的在线检测和控制技术。
这些研究和开发一方面形成了连铸保护渣的产业( 如英国Foseco、德国Metal-lurgica 和Stollberg、韩国Stollburg、日本板田和品川等一批生产工艺先进、开发能力较强的连铸保护渣专业化生产厂) , 另一方面大大促进了保护渣理论的深化和提高。
总之, 国外主要进行了三方面的工作:( 1) 进行保护渣基础理论研究, 其目的是开发出适合各种连铸品种和工艺要求的保护渣;( 2) 采用了计算机模拟技术及专家系统, 进行结晶器内保护渣熔化特性模拟及保护渣成分设计;( 3) 建造先进的保护渣生产厂, 生产性能稳定和高质量的保护渣, 并使之商品化, 我国各钢厂进口的保护渣多数从这些厂购进。
目前工业发达国家已经做到连铸保护渣系列化、商品化。
1. 2国内状况我国连铸保护渣自1972 年开始研制, 至今已有30多年的历史, 已经具有研究开发保护渣的能力, 并建成了一批保护渣生产厂。
除了个别品种的保护渣需从国外进口外, 国产保护渣基本上能满足目前国内连铸生产的需要, 而且在保护渣基础理论研究方面有所创新。
鞍钢炼焦全流程智能化关键技术应用实践
鞍钢炼焦全流程智能化关键技术应用实践王超①１，２ 甘秀石１，２ 赵锋３ 程学科３ 张其峰３（１：海洋装备用金属材料及其应用国家重点实验室院 辽宁鞍山１１４００９；２：鞍钢集团钢铁研究院 辽宁鞍山１１４００９；３：鞍钢股份有限公司炼焦总厂 辽宁鞍山１１４０２１）摘 要 结合炼焦过程分析对智能炼焦关键模块进行了简要归纳。
阐述了鞍钢炼焦智能化在配合煤制备，焦炉加热，焦炉车辆控制，干熄焦系统、煤料和焦炭物料输送等炼焦生产单元及其附属模块等智能炼焦关键技术开发应用情况。
展望了炼焦智能化发展方向。
４关键词 炼焦 配合煤制备 焦炉加热 干熄焦 焦炉机车 煤和焦炭输送 智能化中图法分类号 ＴＧ１５５．４ 文献标识码 ＢＤｏｉ：１０ ３９６９／ｊ ｉｓｓｎ １００１－１２６９ ２０２２ Ｚ２ ０３９１ 前言《中国制造２０２５》行动纲要明确要加快推动新一代信息技术与制造技术融合发展，把智能制造作为两化深度融合的主攻方向。
传统制造业向智能制造转型升级已成为全球先进制造业发展的突出趋势。
作为现代钢铁工业的重要一环，炼焦工业正向着高质量智能化发展升级迈进。
２０２１年，我国焦炭产量已达４ ６４亿ｔ，占世界焦炭产量的６８％以上，强有力地支撑了我国粗钢产量长期保持世界第一，并且初步构建起面向炼焦生产全流程制造集成技术体系［１－３］。
在两化融合政策指导下，鞍钢炼焦生产单元积极落实“信息化、智能化”总体要求，以高效、经济、智能、绿色炼焦为总体目标，结合炼焦生产工艺特点与需要，借助５Ｇ＋、大数据等手段，全面提升炼焦装备自动化、信息化水平，夯实炼焦生产的数字化基础，全面向炼焦品控需求全流程控制转变升级，智能炼焦格局初步显现。
２ 炼焦过程与智能炼焦概况炼焦是将不同变质程度的炼焦煤经粉碎混合，输送到焦炉，经高温干馏，形成焦炭、荒煤气等产品的过程。
其中焦炭经熄焦筛分输送给用户（主要是高炉），荒煤气用于化工原料或燃料，炼焦废烟气经净化处理排放。
鞍钢3号3200 m^(3)高炉送风参数统计分析
姜喆,博士,工程师,2014年毕业于北京科技大学冶金工程专业。
E-mail:**************鞍钢3号3200m 3高炉送风参数统计分析姜喆1,韩晓东2,曾宇3,姚硕1,车玉满1,郭天永1,李建军3(1.鞍钢集团钢铁研究院,辽宁鞍山114009;2.鞍钢集团有限公司科技发展部,辽宁鞍山114009;3.鞍钢股份有限公司炼铁总厂,辽宁鞍山114021)摘要:对鞍钢3号3200m 3高炉生产数据进行了统计分析,重点对高炉送风参数与燃料消耗和透气性的关系进行了探讨。
结果表明,鞍钢3号高炉燃料消耗和顺行状态受鼓风动能、风速、炉腹煤气量等影响明显,合理的鼓风动能范围为150~175kJ/s ,风速范围为275~300m/s ,炉腹煤气量范围为7200~8100m 3/s ,高炉阻力系数为2.9~3.4。
关键词:高炉;鼓风动能;风速;炉腹煤气量中图分类号:TF54文献标识码:A文章编号:1006-4613(2021)02-0013-06Analysis on Blowing-in Parameter Statistics forNo.33200m 3BF in AnsteelJiang Zhe 1,Han Xiaodong 2,Zeng Yu 3,Yao Shuo 1,Che Yuman 1,Guo Tianyong 1,Li Jianjun 3(1.Ansteel Iron &Steel Research Institutes,Anshan 114009,Liaoning,China;2.Department of Science and Technology Development of Ansteel Group Corporation Ltd.,Anshan 114009,Liaoning,China;3.General Ironmaking Plant of Angang Steel Co.,Ltd.,Anshan 114021,Liaoning,China )Abstract :The production data on No.33200m 3blast furnace (BF )in Ansteel was statis-tically analyzed.Particularly the relationship among blowing-in parameters and fuel consumption,gas permeability in terms of the BF was discussed.The analytical results demonstrated that the fuel consumption and smooth operation of the No.3BF were markedly influenced by blast kinetic energy,blast velocity and gas volume in bosh.Then the reasonable range of blast kinetic energy was from 150kJ/s to 175kJ/s,blast velocity from 275m/s to 300m/s,gas volume in bosh from7200m 3/s to 8100m 3/s and permeation resistance coefficient from 2.9to 3.4.Key words :BF;blast kinetic energy;blast velocity;gas volume in bosh合理的煤气流分布是高炉稳定、顺行、高产和低耗的基础。
《鞍钢技术》2008年总目次
高碳钢连轧坯表 面缺陷分析 ……………………… ５－ ５ ４
Ｑ３ ２ ５热轧钢板轧裂卡钢原因分析 ………………… ５— ｇ ４ 冷轧钢板表面粗糙度影响因素分析 ……………… ５—５ １ 锌流波痕缺陷影响因素及控制 …………………… ５～ ４ ５ 热风炉里短管破损分析及其解决方案 …………… ６— ７ ３ 喷洒焦炭钝化剂的生产实践 ……………………… ６— ｌ ４ 钢包水 口絮流分析 ………………………………… ６— ４ ４ Ｓ ４０钢连铸薄板坯表面纵裂缺陷控制 ………… ６— ８ Ｓ０ ４
碱度和 Ａ １Ｏ 含量对高炉渣性能的影响 ………… ４— ０ ２
钛脱氧钢中针状铁素体的形成 …………………… ４— ３ ２
一
无污染脱氧技术在冶金工业 中的应用前景
… … … … … … … … … … … … … … … … … … …
种高性能超低碳钢 Ｃ Ｔ曲线 Ｃ
及 组 织 的研 究 … … …… … … …… … … … …… ４— ７ ２
铌钛微合金化高屈服强度 Ｉ 的开发…………… ２—１ Ｆ钢 ９ Ｑ ４ Ｂ—Ｆ 建筑耐火钢焊接性及焊接接头 ３５ ｒ 组织性能研究 ………………………………… ２— ３ ２
钢 中氢 含量 的测定 和 分 析 … …… … … … …… … … ２— ８ ２
资源和环境压力下的炼铁技术发展趋势 Ｈ型钢腹板纵向裂纹缺陷分析
３—１ ４
２—８
钢试样 中 Ｎ 、 ａ Ｋ类 杂质元素来源的新发现 ……… ３一ｌ ８ Ｔ 在热轧钢板中沉淀强化行为的试验研究 ……… ３— ｌ ｉ ２
高炉渣综合利用现状 与展望
………………… …… ３— ６
凝固过程中质点强化钢铁材料的研究进展
《鞍钢技术》2007年总目次
５ —一 ８
维普资讯
鞍 钢 技 术
２０ ０ ７年 第 ６期
ＡＮＧＡＮＧ ＴＥＣＨＮＯＬ ＯＧＹ
总 第３ ８期 ４
提高高炉煤气重力 除尘器 除尘率的实验
研 究 … … … … … … … … … … … … … … … … … ６—１ ３ 本 钢 干 熄 焦 工 艺 研 究 … … … … … … … … … … … … ６—１ ８
３—１ ２
焖炉时 间对焦炭热态性能影响的试验研究
４—１
… … … … … … … … … … … … … … … … … … …
３—１ ５
六辊精密冷 连轧机带钢截面和边缘降调控性 能研究 … ……………………………………… ５—１
耐候 钢及其 表面处理技术 的开发 ………………… ３—１ ８ Ｎ Ｆ工艺热镀锌锌层 附着 力影响因素分析 Ｏ
… … … … ・ … … … … … … … … … … … … … … ・ ・
提高高炉喷煤量 的措施
２—１ ６
建设清洁 可持续发展 环境友好型鞍钢 …… …… … １— ７
夹杂对高强钢超 高周疲劳行为 的影响 …………… ２—１
鞍钢第 三炼钢连 轧， Ｈ炉 自动控制 系统 的设 一Ｒ 计与应用 ……………………………………… ２—１ ９ 提高宽厚板产品成材 率措施分析 ………………… ２— ３ ２ 几种典型铁矿石烧结基础特性 的实验与评价
维普资讯
鞍 钢 技 术
２０ ０ ７年 第 ６期
ＡＮＧＡＮＧ ＴＥＣＨＮ０Ｌ ０ＧＹ
总第 ３８期 ４
《 钢 技 术 》 ０７年 总 目次 鞍 ２０
・
专 家论 坛 ・
厚板坯连铸 二冷凝 固传热模型的研究与应用 ………… …… …………… ｌ —ｌ
鞍钢烧结矿适宜FeO含量的研究
鞍 钢 技 术
２１ ０ ０年 第 １期
ＡＮＧＡＮＧ ＴＥＣ ＨＮ０Ｌ ＯＧＹ
总第 ３１ ６期
鞍 钢烧 结 矿适 宜 Ｆ Ｏ含量 的研 究 ｅ
喻爱 国
（ 鞍钢股份有限公司产品制造部 ， 辽宁 鞍山 １ ０ １ １ ２） ４ 摘要 ： 在实验 室条件 下， 究了烧结工 艺参数与烧结矿 Ｆ Ｏ含量的定量关 系及烧 结矿 研 ｅ
Ｙｕ Ａｉｕ ｇｏ
（ ｒ ｕｔ ｎ ｆ ｔｒ Ｄ ｐｒ ｎ ｆ ｎａ ｇＳｅｌ ｏ ， ｔ． Ａ ｓａ １０ １ Ｌａｎ ｇ Ｃ ｉａ Ｐｏ ｃ Ｍａｕａ ｕｅ ｅ ａｔ ｔ ｇｎ ｔ ． Ｌｄ ， ｎｈｎ １４ ２ ， ｉ ｉ ， ｈｎ ） ｄ ｃ ｍｅ ｏ Ａ ｅＣ ｏｎ
Ｋｅ ｒ ｓ：ｓｎ ｅ ；Ｆ Ｏ ｏ ｔｎ ；ｍｅ ｌｕ ｇｃ ｌｐ ｏ ｅ ｔ ｙ ｗｏ ｄ ｉｔ ｒ ｅ ｃ ｎ ｅ ｔ ａ ｔ ｌ ｒ ｉ ａ ｒ ｐ ｒｙ
烧结矿 ＦＯ含量是影 响高炉冶炼的重要 因 ｅ
素之 一 。理 论 与 实 践 表 明 － ， 炉 原 料 中 ＦＯ １ 人 Ｊ ｅ
长寿高炉铜冷却壁
１０７
高炉内气流温度．℃
一．一无渣皮时带走的热量
一▲一有渣皮时带走的热帚
（上接第１０５页）
５结论
由于材料性能与结构上的不同，铜冷却壁与铸铁冷却壁在安装及灌浆技术上有很大区别，前者为悬挂式 安装，必须留足膨胀缝，只能采用低压灌浆；后者为砌筑式安装，可以使用高压灌浆技术。
ＬＴＶ钢铁公司Ｈ一４高炉安装铜冷却壁后，操作初期的效果比预期的好，铜冷却壁显示出更低、更稳定 的温度，因此预计铜冷却壁可达到１２～１５年寿命。西德玛钢铁公司Ｂ高炉中修时安装了铜冷却壁后更好地 控制了热负荷，铜冷却壁的安装有利于优化过程控制，并进一步提高生产率。２家公司的经验表明铜冷却壁 的优点是导热率很高，可以迅速并稳定地形成渣皮保护冷却壁，减少破损及热损失，避免在冷却壁壁体上局 部形成热点。但是铜冷却壁的使用应该与改进炉料质量、精心操作、仔细控制气流分布相结合，应充分发挥 高炉控制模型、布料模型的优势，并建立完整的高炉计量检测设备才能充分发挥铜冷却壁的优点，从而实现 一代炉龄１５－－２０年的目标。
ＦＵＮＮＡＣＥ ＣＡＲＭＰＡＩＧＮ ＬＩＦＥ
ＹＡＮＧ Ｔｉａｎｊｕｎ ＣＨＥＮＧ Ｓｕｓｅｎ （Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｂｅｉｊｉｎｇ）
ＷＵ Ｑｉｃｈａｎｇ （Ｂｅｉｉｉｎｇ Ｃｅｎｔｒａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｉｒｏｎ ａｎｄ Ｓｔｅｅｌ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ）
高炉炼铁原料冶金性能的检测与应用..
高炉炼铁原料冶金性能的检测与应用重庆科技学院贾碧教授1．原料冶金性能检测的意义2．原料冶金性能的主要内容3．原料冶金性能的检测4．原料冶金性能与高炉生产的关系5．日钢部分原料的冶金性能6．建议一．原燃料冶金性能检测的意义：众所周知，原料是高炉冶炼的基础，高炉冶炼指标的好坏与所用的原料质量是密不可分的。
化学成分：基础原料质量机械强度：保证冶金性能：关键稳定：T炉、充沛均匀、炉缸要活跃高炉操作两大主题：顺行：当设备条件一定时，原料的冶金性能将直接影响稳定和顺行。
操作人员水平一定因此，检测所用炼铁原料的冶金性能具有十分重要的意义。
二． 炼铁原燃料冶金性能主要内容： 铁矿石低温还原粉化性能 铁矿石还原性能 球团矿还原膨胀性能 焦炭反应性及反应后强度 铁矿石软化性能 铁矿石熔滴性能 生熟球抗压强度性能等三． 原料冶金性能的检测（一） 铁矿石的低温还原粉化性能：（国标GB/T 13242-91） 1．过程：m 0=500g ±1粒铁矿石 CO ：CO 2：N 2=20：20：60T 中≤100℃T 中 (℃) 500℃0.3 N 2 0.9 N 2混合气 60分N 2T(min)≥30分称量记为M D0转鼓：300转筛分：+6.3 、+3.15 、-0.5方孔筛筛分称量：>6.3 记为M D13.15-6.3 记为M D20.5-3.15 记为M D32．指标：还原粉化指数用RDI表示M D1RDI+6.3= ——×100 （参考指标）M D0M D1+M D2RDI +3.15= —————×100 （考核指标）M D0M D0- (M D1+M D2+M D3)RDI -0 5= ———————————×100 （参考指标）M D0（二）铁矿石的还原性能（GB/T13241-91）1．检测过程：T中(℃)900℃0.3 N20.9N2煤气CO：N2=30：70180minN2T(min)室温≥30分降温m 0=500g ±1粒铁矿石， 升温制度 m 1： t=0时，恒温，质量 m t ： t=t 时，质量 2．指标： （1）还原度 ○1还原度的计算：0.11W 1 m 1－m tR t （%）= ———— + ——————— ×100 ×100 0.430W 2 m 0×0.430 W 2式中：m 0 -----试样的质量，g ；m 1 -----还原开始试样的质量，g ； m t -----还原t min 后试样的质量，g ； W 1-----试验前试样中Fe O 的含量，%； W 2-----试验前试样中TFe 的含量，%；m 0 m 1 m tT(min)tRt(%)T(min)○2Rt的物理意义：O o— O tRt = —————×100%O o假定铁矿石中的铁全部以Fe2O3形式存在，并把这些Fe2O3中的氧算作100%，还原一定时间后所达到脱氧的程度，以质量百分数表示。
219463770_基于运动轨迹和径向距离的高炉料面堆积形状建模方法
基于运动轨迹和径向距离的高炉料面堆积形状建模方法蒋朝辉 1, 2周 科 1桂卫华 1, 2曹 婷 2潘 冬 1朱既承1摘 要 高炉料面形貌是反映煤气流分布和煤气利用率的关键指标, 研究高炉料面炉料堆积形状数学建模方法对实现高炉精准布料控制和“双碳”战略在钢铁行业落地具有重要意义. 针对高炉多环布料情况下料面堆积形状预测难的问题, 本文提出了一种基于炉料运动轨迹和径向移动距离的高炉料面炉料堆积形状建模方法. 首先, 提出了一种与炉料初始状态和溜槽状态相关的炉料运动轨迹建模方法, 获取炉料从节流阀至料面的炉料运动轨迹, 并确定炉料在炉喉空区的内轨迹曲线和外轨迹曲线. 然后, 基于炉料运动轨迹和初始料面形状, 以体积守恒原则为约束, 提出了一种基于炉料径向移动距离的高炉料面炉料堆积形状数学建模方法, 获取炉料在料面的堆积形状. 最后, 基于某钢铁厂2# 高炉的尺寸建立离散单元法 (Dis-crete element method, DEM) 仿真模型, 模型仿真结果验证了所提方法的准确性和有效性.关键词 高炉料面, 数学建模, 运动轨迹, 径向距离, 堆积形状, 离散单元法引用格式 蒋朝辉, 周科, 桂卫华, 曹婷, 潘冬, 朱既承. 基于运动轨迹和径向距离的高炉料面堆积形状建模方法. 自动化学报,2023, 49(6): 1155−1169DOI 10.16383/j.aas.c220768A Modeling Method of Blast Furnace Burden Surface Accumulation ShapeBased on the Motion Trajectory and Radial DistanceJIANG Zhao-Hui 1, 2 ZHOU Ke 1 GUI Wei-Hua 1, 2 CAO Ting 2 PAN Dong 1 ZHU Ji-Cheng 1Abstract The blast furnace burden surface is the key index to reflect the distribution of gas flow and the utiliza-tion rate of gas. Studying the mathematical modeling method of burden flow accumulation shape on the blast fur-nace burden surface is of great significance to realize the precise charging control and the implementation of “dual carbon” strategy in the steel industry. Aiming at the difficulty of predicting the burden flow accumulation shape in the blast furnace multi-ring charging, a modeling method for the accumulation shape of the burden flow on the blast furnace burden surface based on the burden flow motion trajectory and radial movement distance is proposed.Firstly, a modeling method of burden flow motion trajectory relate to the burden flow state and chute state is pro-posed to obtain the motion trajectory of burden flow from throttle valve to the burden surface, and further determ-ine the internal and external trajectory of burden flow in the blast throat. Secondly, a mathematical modeling meth-od of burden flow accumulation on the blast furnace burden surface based on the radial moving distance is pro-posed to obtain the accumulation shape of burden flow on the burden surface according to the motion trajectory,initial shape of burden surface, and the principle of volume conservation. Finally, a discrete element method (DEM)simulation model is established based on the 2# blast furnace of a steel plant, and the simulation results verify the accuracy and effectiveness of the proposed method.Key words Blast furnace burden surface, mathematical model, motion trajectory, radial distance, accumulation shape, discrete element method (DEM)Citation Jiang Zhao-Hui, Zhou Ke, Gui Wei-Hua, Cao Ting, Pan Dong, Zhu Ji-Cheng. A modeling method of blast furnace burden surface accumulation shape based on the motion trajectory and radial distance. Acta Automat-ica Sinica , 2023, 49(6): 1155−1169钢铁工业是国民经济的重要基础产业, 是国家工业发展的重要支柱产业, 也是衡量国家经济水平和综合国力的重要标志. 高炉炼铁是钢铁工业中的上游核心工序, 其炼铁产量占世界生铁产量的95%收稿日期 2022-10-04 录用日期 2023-02-10Manuscript received October 4, 2022; accepted February 10,2023国家重大科研仪器研制项目(61927803), 国家自然科学基金基础科学中心项目(61988101), 湖南省科技创新计划(2021RC4054), 国家自然科学基金青年基金(62103206), 中国博士后科学基金(2021M701804)资助Supported by National Major Scientific Research Equipment of China (61927803), National Natural Science Foundation of China Basic Science Center Project (61988101), Science and Techno-logy Innovation Program of Hunan Province (2021RC4054), Na-tional Natural Science Foundation for Young Scholars of China (62103206), and Postdoctoral Science Foundation of China (2021M701804)本文责任编委 董峰Recommended by Associate Editor DONG Feng1. 中南大学自动化学院 长沙 4100832. 鹏城实验室 深圳5180001. School of Automation, Central South University, Changsha 4100832. Peng Cheng Laboratory, Shenzhen 518000第 49 卷 第 6 期自 动 化 学 报Vol. 49, No. 62023 年 6 月ACTA AUTOMATICA SINICAJune, 2023以上, 是钢铁制造过程中能耗最大、CO2排放最多和成本最高的环节[1−2]. 炉料在高炉料面的堆积形状是判断煤气流分布是否合理、及时发现异常情况的关键指标, 而高炉布料制度直接决定了炉料在高炉料面的堆积形状. 因此, 研究高炉料面炉料堆积形状数学建模方法对实现高炉精准布料控制和“双碳”战略在钢铁行业中落地具有重要意义.当前料面形状建模主要有基于实体模型的比例模型实验法、基于数值计算的离散单元法(Discrete element method, DEM)和基于物料运动规律的机理模型法. 比例模型实验法是以实体高炉为参考,搭建等比例或缩比例的物理模型, 模拟高炉布料全过程, 并安装高精度检测设备获取料流运动轨迹和料面堆积形状. 例如, Jimenez等[3]用1/10的比例高炉测试布料模式和煤气流对炉料分布的影响. Mitra 等[4]用多段折线描述料面堆积轮廓, 并在1/10的高炉模型中进行验证. Kajiwara等[5]使用等比例模型研究高炉布料全流程, 发现高炉料面混合层的存在,并基于实验结果建立高炉布料仿真模型. 比例模型实验法能够直接观察炉料运动状态及料面堆积形状, 但模型费用高、实施过程繁琐、数据精度难保证, 该方法难以作为一种常规研究方法为研究者提供帮助.DEM以数值仿真软件为基础, 设定高炉布料初始条件, 仿真分析高炉布料运动过程. 随着计算机性能的增强, 国内外研究学者采用DEM对高炉炉顶炉料运动进行了大量的研究, 包括高炉布料操作参数[6−9]、旋转溜槽形状[10−12]、颗粒属性[13−15]等对炉料运动速度的影响. 此外, 诸多学者将比例模型实验法和DEM结合进行了大量相关研究. 例如, Mio 等[16]使用高速相机记录1/3比例模型的高炉布料行为, 并与DEM仿真结果进行对比, 验证了DEM仿真预测粒子运动轨迹具有较高的可靠性. Wei等[17]基于DEM研究了粒子滚动系数和摩擦系数对炉料堆积休止角的影响, 并利用比例模型实验确定了DEM 仿真中粒子的摩擦系数. Holzinger等[18]基于DEM 研究了溜槽起始倾斜角度和旋转方向对布料过程料面堆积料层的质量分数的影响, 并用工业生产温度数据进行了验证. Yu等[19]将物理试验和DEM结合, 研究了高炉炉顶料流运动轨迹及料面堆积轮廓的形成, 发现焦炭在下落轨迹与料面的交汇处堆积,而球团则向高炉中心运动. Mitra等[20−21]使用1/10比例模型和DEM研究了高炉料面焦炭的塌陷和混合层的形成, 并定量评估了焦炭的混合和塌陷程度. DEM不仅能很容易获取粒子的空间运动状态, 还具有较高的精度, 获得了大量研究者的青睐, 被广泛应用于实验室环境仿真高炉冶炼, 但因其计算时间长、对计算机性能要求高, 难以应用于工业现场.机理模型法是通过物料的受力情况分析炉料运动轨迹及炉料在料面的堆积形状. Radhakrish-nan等[22]提出了一种二维数学模型来描述高炉顶部料流的运动轨迹和料面堆积形状. 朱清天等[23]在考虑煤气流的情况下建立料流运动轨迹模型, 为实现布料控制奠定了基础. 杜鹏宇等[24]在建立料流运动数学模型时重点考虑了炉料受力变化对料流宽度的影响, 进而建立了无钟炉顶布料的料流宽度数学模型. Fu等[25]建立了料面分布数学模型, 并考虑了料面下降对料面分布的影响. 张森等[26]提出了一种基于雷达数据和机理模型双驱动的高炉料面形状建模方法, 用一条概率分布的带来描述高炉料面形状. Fojtik等[27]根据料流落点位置、颗粒半径和最大休止角确定内外堆积角度, 并通过大量实验来确定修正系数, 进而确定料面堆积形状. Nag等[28]基于激光检测仪获取料线高度, 提出了一种正态分布函数来描述料面堆积轮廓, 并基于体积守恒原则确定正态分布曲线的参数. Li等[29]以料流运动轨迹模型为基础, 并基于炉料运动散射距离建立料面轮廓模型,进而开发高炉布料模型.前人的研究对高炉高效冶炼做出了巨大的贡献, 但仍存在一些问题需要解决: 1) 所建炉料运动轨迹模型仅能获取单质点的运动轨迹, 难以确定料流在料面的落点宽度; 2) 料面堆积形状建模需要通过大量实验获取散射距离, 忽视了炉料运动速度与料面堆积形状之间的关系. 因此, 本文提出了一种基于炉料运动轨迹和径向移动距离的高炉料面炉料堆积形状建模方法.本文的主要贡献是:1)提出了一种基于坐标变换的炉料运动轨迹建模方法. 该方法分别计算节流阀不同位置处炉料颗粒在高炉炉顶的运动轨迹, 形成料流运动轨迹集合, 并找出料流运动轨迹在炉喉空区的内轨迹与外轨迹以进一步计算料面堆积形状. 在计算炉料在溜槽上滑动的初始运动速度时充分考虑碰撞位置和炉料碰撞前的速度, 以此求解炉料与溜槽碰撞后的三维运动速度. 同时, 利用绝对运动与相对运动和牵连运动之间的关系, 将炉料在溜槽上的运动分析从静坐标系转移到与溜槽一同旋转的动坐标系中, 减小炉料在旋转溜槽上运动建模的复杂程度.2)提出了一种基于径向移动距离的炉料堆积形状建模方法. 以炉料在炉喉空区的内外轨迹和运动速度为基础, 计算炉料在料面的落点位置以及炉料落到料面后的最大径向移动距离, 并以体积守恒原则为约束建立料面堆积形状描述方法, 实现高炉多环布料时的料面堆积形状预测.1156自 动 化 学 报49 卷1 基于坐标变换的炉料运动轨迹建模高炉布料过程实际上是炉料颗粒从节流阀流出经中心喉管、旋转溜槽、炉喉空区落到料面, 堆积形成新的料面形状的运动过程, 如图1所示. 为简化数学模型, 炉料运动过程机理建模时做出以下假设[22]:1) 炉料颗粒离开节流阀时的水平速度分量为零;2) 炉料颗粒只有质量, 没有形状大小; 3) 高炉布料过程中炉料颗粒之间互不影响; 4) 炉料在溜槽上运动时始终在溜槽上滑动且不存在滚动摩擦力; 5) 炉料在料面运动中其摩擦系数保持不变, 且只存在滑动摩擦.称量料罐节流阀中心喉管旋转溜槽高炉料面炉喉空区图 1 高炉炉顶炉料运动过程示意图Fig. 1 Schematic diagram of the moving process ofburden flow on the blast furnace top1.1 坐标变换方法n 高炉布料过程中料流由 个初始速度相同、初OXY Z Z βY r γO ′X ′Y ′Z ′始位置不同的小颗粒组成. 因此, 不同位置的颗粒离开节流阀时的运动轨迹不同, 为快速计算不同初始位置炉料在高炉炉顶的运动轨迹, 建立相对高炉静止的静坐标系和与溜槽一同旋转的动坐标系, 如图2所示. 溜槽运动过程中, 溜槽到达的任意位置均可由溜槽初始位置经两次旋转到达. 围绕静坐标系 的 轴旋转角度 , 得到过度旋转坐标系;再绕过度旋转坐标系的 轴旋转角度 即可得到溜槽当前的位置, 即动坐标系 . 颗粒在静坐标系和动坐标系之间的位置关系为(x,y,z )(x ′,y ′,z ′)其中 为颗粒在静坐标系中的位置; 为颗粒在动坐标系中的位置.1.2 炉料运动轨迹建模n 炉料运动过程机理建模分为5个部分: 炉料离开节流阀、炉料在中心喉管自由下落、炉料与溜槽发生碰撞、炉料在旋转溜槽上运动、炉料在炉喉空区运动. 本节对料流运动过程进行力学分析, 建立炉料到达料面的运动轨迹数学模型,并根据 个炉料颗粒的运动轨迹集合确定料流在炉喉空区的内轨迹曲线和外轨迹曲线.1.2.1 节流阀排料模型节流阀是高炉炉顶布料操作的关键设备之一,(a) 整体示意图(a) Overall schematic(b) 绕 Z 轴旋转(b) Rotate around the Z -axis(c) 绕 Y r 轴旋转(c) Rotate around the Y r -axisY r图 2 坐标变换过程示意图Fig. 2 Schematic diagram of the coordinate transformation process6 期蒋朝辉等: 基于运动轨迹和径向距离的高炉料面堆积形状建模方法1157v 0是调节排料速度和排料时间的唯一手段. 炉料离开节流阀时的速度可以通过水力学连续性方程计算,炉料离开节流阀时的位置和速度可以表示为Q ρS L s d x 0,y 0,h a 其中 为料流质量流量, 单位为kg/s; 为炉料的堆积密度, 单位为kg/m 3; 为料流在节流阀处的流通面积, 单位为m 2; 为节流阀打开长度, 单位为m; 为炉料的平均直径, 单位为m. 分别表示炉料离开节流阀时在静坐标系中的三维空间位置.1.2.2 炉料在中心喉管下落模型炉料离开节流阀后进入中心喉管, 在重力的作用下做自由落体运动, 则炉料落到溜槽前其运动速度表示为g h w β0γ0h w 其中 为重力加速度, 单位为m/s 2; 为溜槽悬挂点到炉料与溜槽接触时的有效高度, 单位为m. 假设炉料从节流阀开始运动至到达溜槽表面, 溜槽水平旋转了 , 倾斜了 , 则 可以表示为e θ0R 其中 为溜槽倾动距, 单位为m; 为炉料落到溜槽上时在溜槽上的偏析角度, 单位为 °; 为溜槽半径, 单位为m. 则炉料与溜槽碰撞前的位置和速度在动坐标系中表示为r ′1v ′1其中 和 分别表示炉料与溜槽碰撞前在动坐标系中的位置和速度.1.2.3 炉料与溜槽碰撞模型n 炉料与溜槽碰撞后存在速度损失, 且速度损失可以分解为法向速度损失和切向速度损失. 图3显示了炉料与溜槽碰撞前后的入射速度与出射速度之间的关系, 其中 为碰撞点的法向量, 由碰撞点的位置直接决定, 表示为f (·)θint 其中 为溜槽曲面表达式. 为入射速度与法向量之间的夹角, 与入射速度和碰撞点法向量相关,表示为v ′2=[v ′2,x ,v ′2,y ,v ′2,z ]T当炉料与溜槽碰撞时入射速度和碰撞点均已求出, 即法向量和入射角度可求出. 角 为待求出射速度, 表示为θout为炉料与溜槽碰撞后出射速度与碰撞点法向量之间的夹角, 出射角与出射速度和法向量之间的关系表示为根据图3的几何关系可得e n e t 其中 为炉料与溜槽的法向碰撞恢复系数, 与碰撞物的材质有关, 为定值. 为炉料与溜槽碰撞的切向恢复系数, 与碰撞物的材质及碰撞时的入射角相关, 表示为θout 根据式(10)可以求出炉料与溜槽碰撞后的出射角 为1图 3 炉料与溜槽碰撞前后速度关系示意图Fig. 3 Schematic diagram of the velocity relationshipbetween the burden flow and chute collision1158自 动 化 学 报49 卷()进一步可以求出炉料与溜槽碰撞后的速度大小同时, 炉料与溜槽碰撞前后的速度以及碰撞点的法向量符合共面性质, 即出射速度可以表示为a b 其中 和 为常数. 将式(14)展开表示为a b v ′2,x v ′2,y v ′2,z v ′2联立式(8)、(9)和(15)可分别求出 、 、 、 和 , 即可求出颗粒与溜槽碰撞后的出射速度 .1.2.4 炉料在溜槽上滑动模型炉料在旋转溜槽上运动时受到重力、支持力、摩擦力、科氏力等的作用, 在动坐标系内分析炉料的受力情况有助于减少分析复杂程度, 能简单、快速解出炉料在溜槽上的运动轨迹.在动坐标系中, 颗粒相对溜槽的位置如图4所示. 炉料在溜槽内的相对位置、速度和加速度分别表示为[30]θY ′其中 为颗粒在溜槽上的偏析角, 规定颗粒在 负轴时为正值.在溜槽上与颗粒接触的点为牵连点, 牵连点的位置、速度和加速度分别为ωa a r a e a c 其中 为溜槽的角速度, 为溜槽的角加速度. 溜槽旋转时, 炉料的绝对加速度为相对加速度 、牵连加速度 和科氏加速度 之和, 表示为a c =2ω×v r G ′F ′N F ′f 其中 , 为科氏加速度. 在动坐标系中,炉料受到重力、支持力和摩擦力 的作用,分别表示为F N µ其中 为颗粒受到支持力大小, 单位为N; 为颗粒与溜槽的摩擦系数. 则颗粒在溜槽上受到的合力为(a) 整体示意图(a) Overall schematic (b) O ′X ′Z ′ 截面(b) O ′X ′Z ′ section(c) O ′Y ′Z ′ 截面(c) O ′Y ′Z ′ section图 4 炉料在溜槽上位置示意图Fig. 4 Schematic diagram of the positionof the burden flow on the chute6 期蒋朝辉等: 基于运动轨迹和径向距离的高炉料面堆积形状建模方法1159结合牛顿第二定律, 联立式(18)和(20)并进行化简, 得到r 3v 3Runge-Kutta 算法是一种求解微分方程使用最广泛、最有效的方法之一, 利用计算机仿真求解时可以省去求解微分方程的复杂过程[31]. 调用MAT-LAB 软件中的ode45函数迭代求解炉料在溜槽上运动不同时刻的位置、速度和加速度. 则炉料离开溜槽末端时在静坐标系中的位置 和速度 可以表示为β1γ1r ′3v ′3其中 和 分别表示炉料颗粒到达溜槽末端时, 相对离开节流阀水平旋转的角度和倾斜的角度. 和 分别表示在动坐标系中炉料在溜槽末端的位置和速度.1.2.5 炉料在炉喉空区斜抛模型X Y Z 炉料离开溜槽后, 在炉喉空区受到重力和煤气阻力的影响. 若在炉喉空区只考虑重力对炉料运动轨迹的影响, 则炉料在 轴和 轴做匀速运动, 在 轴做匀加速运动, 则炉料在空区的运动轨迹表示为v 3,x v 3,y v 3,z x 3y 3z 3其中 、 和 表示炉料离开溜槽末端时的三维空间速度; 、 和 表示炉料离开溜槽末端t 时的三维空间位置; 表示炉料从溜槽末端到料面的运行时间, 由炉料离开溜槽末端时的位置和速度以及料面高度直接决定.在多环布料中, 假设料面形状对称, 布料操作所形成的料流落点也对称, 因此, 可以用炉料在炉喉的径向移动距离和落点高度表示炉料落点位置,表示为S r S z Z 其中 和 分别表示炉料的径向移动距离和 轴移动距离.Z v 4,z OXY v 4,p OXY v 4,r v 4,n OXY OP θ3炉料落到料面后的速度可以分解为 轴速度 和 平面速度 , 其中 平面速度又可以分解为径向速度和切向速度 . 图5显示了炉料在炉喉水截面的速度分布几何关系, 根据几何关系可以求出 平面速度与 之间的夹角 , 表示为P 4Z 则炉料在落点 处的 轴速度、径向速度和切向速度分别表示为v 4,r 根据炉料在落点处的径向速度 可以求出炉料在料面处的最大径向移动距离.图 5 炉料在料面落点位置和速度分布示意图Fig. 5 Schematic diagram of the position and velocity distribution of the burden flow on the burden surface1160自 动 化 学 报49 卷1.2.6 炉料在炉喉空区内外轨迹模型n f int f out 节流阀不同位置处的炉料在高炉炉顶形成不同的运动轨迹, 根据第1.2.1 ~ 1.2.5节求出 个颗粒在高炉炉顶的运动轨迹集, 并确定炉喉空区中距离高炉中心轴最近的轨迹为内轨迹 , 距离高炉炉壁最近的轨迹为外轨迹 .2 基于径向移动距离的料面堆积形状建模炉料离开溜槽落到料面后堆积形成料面形状.料面形状可以采用高斯分布[28]、两段直线[32]、两段直线和一段曲线[33]等方法描述. 为了简化模型, 本文采用两段直线方法描述料面堆积形状. 根据物料堆积特性, 当物料自由堆积时形成圆锥形状, 即堆积的截面为等腰三角形. 高炉布料时在料面的堆积截面也可看作三角形, 但由于炉料落到料面时存在径向速度, 即炉料会向炉墙方向移动一段距离, 因此,炉料的外堆角比内堆角小.2.1 等体积原则基于质量守恒原理, 离开节流阀的炉料质量与堆积在料面的炉料质量相同. 为更好研究基于高炉布料矩阵的料面堆积形状, 作出如下假设: 1) 炉料堆积过程中堆积密度保持不变; 2) 同一节流阀开度下炉料经过节流阀的流量恒定; 3) 高炉布料过程中溜槽旋转的圈数为整数, 即保证炉料在料面堆积形状高度对称. 则高炉布料的实际体积为Q ∆t ρ其中 为炉料离开节流阀的质量流量, 单位为kg/s; 为炉料经过节流阀的时间, 单位为s; 为炉料在称量料罐和料面的堆积密度, 单位为kg/m 3.则高炉布料操作完成后, 炉料在料面的堆积体积为f b 1(r )f b 0(r )R f 其中 为布料结束后料面形状, 为布料开始前料面形状, 为炉喉半径. 根据体积守恒原则, 料面堆积炉料的体积与离开节流阀的炉料体积应一致, 即η式中 为允许的误差范围, 本文为2.5%.2.2 料面堆积形状建模f b 0(r )f int (r )f out (r )S 0Q 0O ′′R ′′Z ′′R ′′OXY Z X Y R ′′=√X 2+Y 2Z ′′Z 高炉料面对称时, 料面形状可以用料面径向轮廓表示. 炉料堆积过程如图6所示. 图6(a)展示了炉料在料面的堆积过程, 原始料面函数表示为, 料流内轨迹函数为 , 料流外轨迹函数为 , 料流内轨迹和外轨迹分别与初始料面相较于点 和 . 在炉喉建立局部二维坐标系, 径向坐标系的原点与静坐标系的原点重合; 径向坐标系的 轴为静坐标系 的 轴和 轴的二维范数, 即 ; 径向坐标系的 轴为静坐标系的 轴. 图6(b)和6(c)分别展示了炉料未到达炉壁和到达炉壁的两种料面堆积示意图.φint φmax S (r s ,z s )φint g int (r )炉料落到料面后在内外轨迹间开始堆积, 形成料面, 当内堆积角 小于最大自然堆角 时,炉料从 点开始堆积, 且内堆角 逐渐增大, 则内堆积直线 表示为g int (r )f out (r )联立 和 可求解内堆直线与料流f (r )f b 0(r )S 0Q 0f out (r)高炉中心高炉中心(a) 炉料堆积(a) Accumulation(b) 炉料未到达炉壁(b) The burden flow can not reachthe wall(c) 炉料到达炉壁(c) The burden flow reach the wall图 6 炉料堆积过程示意图Fig. 6 Schematic diagram of burden flow accumulation6 期蒋朝辉等: 基于运动轨迹和径向距离的高炉料面堆积形状建模方法1161Q (r Q ,z Q )Q T QT 外轨迹函数的交点 . 炉料落到料面后, 因存在径向移动速度而会向右继续移动, 直到径向移动速度为零. 设 点的炉料会移动到位置 , 则 之间的距离表示为v Q,r Q v 4,r µ1η2∈(0,1]其中 为 点的径向移动速度, 可根据式(26)中的 计算获取; 为炉料与料面的摩擦系数,与原始料面粒子属性和当前布料炉料属性有关;, 为径向移动距离修正系数. 则炉料到达的最远位置为r max ≤R f T 若 , 即炉料未到达炉壁, 如图6(b)所示, 点的位置表示为QT g out (r )直线 所形成的直线为外堆角直线 表示为r max >R f 若 , 即炉料到达高炉炉壁时其径向移动速度还不为零, 则炉料开始纵向堆积, 如图6(c).此时修正外堆角直线, 表示为T 点的位置表示为g int (r )g out (r )f b 0(r )函数 、 和 包围的形状即为二维径向坐标系中的炉料堆积形状.Q 当内堆积角度达到最大自然堆角所形成的料面堆积形状仍然不满足体积守恒原则, 则堆积过程中内堆角为最大自然堆积角度, 且 点将会向左移进行炉料堆积.2.3 料面堆积形状求解过程V cal V act 根据料流运动轨迹可以确定料流在料面的落点范围, 再根据炉料在料面落点处的径向移动速度即可求出料流在料面的最大径向移动距离, 进而可以求出炉料在料面的堆积区域及堆积形状. 进一步的,根据体积约束原则, 使得新料面形状与原始料面形状之间的堆积体积 与离开节流阀的炉料体积 在误差范围内, 即可求出布料完成后的新料面形状, 主要流程如图7所示, 具体步骤说明如下:f b 0(r )i =1步骤 1. 初始化. 设置高炉参数, 包括中心喉管高度、溜槽倾动距、溜槽长度等几何参数; 炉料属性, 包括炉料与溜槽的摩擦系数、炉料与溜槽碰撞的法向恢复系数等; 高炉布料参数, 包括节流阀开度、溜槽旋转速度和溜槽倾斜角度等; 初始料面形状 ; .f int (r )f out (r )S i Q i 步骤 2. 确定炉料运动轨迹及炉料落点位置. 根据第2.2节的炉料运动轨迹模型计算出节流阀不同位置处炉料在高炉炉顶的运动轨迹, 并求出在炉喉空区最靠近中心的内轨迹曲线函数 和最靠近炉墙的外轨迹曲线函数 ; 同时计算内轨迹曲线函数与料面轮廓函数的交点 和外轨迹曲线函数与料面轮廓函数的交点 .T i Q i D i T i 步骤 3. 计算料面轮廓最远点 . 根据外轨迹曲线计算炉料在料面落点位置的径向移动速度, 并根据式(31)计算 在料面的最远移动距离 , 进而根据式(32) ~ (36)计算堆积形状最远点 的位置.S i Q i T i V cal S i Q i Q i T i S i Q i T i V cal 步骤 4. 确定料面堆积轮廓 , 计算料面堆积体积 . 以 所形成的直线为内堆直线, 内堆直线与水平面所形成的夹角为内堆角; 所形成的直线为外堆直线, 外堆直线与水平面所形成的夹角为外堆角; 为料面堆积轮廓. 根据料面堆积轮廓和初始料面形状计算料面堆积体积 .|V cal −V act |/V act <η步骤 5. 判断布料是否结束. 判断当前料面堆积体积与实际布料体积的绝对误差百分比, 若 , 则转到步骤11, 否则转到步骤6.|φint,i −φmax |≥1◦步骤 6. 判断内堆角是否需要更新. 若 , 则转到步骤7, 否则转到步骤10.φint,i <φmax −1◦步骤 7. 更新内堆角. 若 , 则转到步骤8, 否则转到步骤9.Q i i =i +1φint,i =φint,i −1+1◦S i S i Q i 步骤 8. 更新 . , , 保证 的位置不变, 根据 的位置和内堆角计算内堆积直线函数, 更新 , 使其为内堆角直线与外轨迹曲线函数的交点坐标; 转到步骤3.i =i +1φint,i =φint,i −1−1◦Q i Q i S i 步骤 9. 更新 , ,保证 的位置不变, 根据 的位置和内堆角计算内堆积直线函数, 计算内堆积直线与料面的交点 ;转到步骤3.S i Q i φint,i =φint,i −1Q ir Q,i =r Q,i −1−∆r Q i Z Q i Q i S i 步骤 10. 更新 和 . , 令 的径向坐标为 , 根据外轨迹曲线计算此时 的 轴坐标, 更新 ; 根据 的位置和内堆角更新内堆积直线函数, 更新 , 使其为内堆角直线与料面轮廓函数的交点坐标; 转到步骤3.步骤 11. 输出料面轮廓, 结束.通过上述步骤, 可以获取单环布料时的料面堆积形状. 改变布料操作参数, 并重复步骤1 ~ 11, 即1162自 动 化 学 报49 卷。
高炉炉缸炉底渣铁水流动及传热物理数值模拟研究
高炉炉缸炉底渣铁水流动及传热物理数值模拟研究高炉炉缸炉底渣铁水流动及传热是一个复杂的物理过程，涉及到多个物理场的相互作用。
为了更好地理解这一过程，物理数值模拟是一种有效的手段。
首先，我们需要建立数学模型以描述这一物理过程。
这包括描述渣铁水流动的流体动力学方程、传热的热传导方程以及可能涉及的化学反应方程等。
这些方程将渣铁水的流动、传热和化学反应等物理过程联系在一起。
然后，我们需要将这些数学模型转化为计算机代码，以便进行数值模拟。
常用的数值模拟软件包括ANSYS Fluent、ANSYS CFX和COMSOL Multiphysics等。
这些软件能够求解复杂的流体动力学和传热问题，并能够可视化模拟结果。
在进行数值模拟时，我们需要为模型提供合适的初始条件和边界条件。
这些条件包括渣铁水的初始温度、流动速度、炉缸炉底的初始温度等。
这些条件将影响模拟结果的准确性。
通过数值模拟，我们可以研究不同操作条件下的渣铁水流动和传热行为。
例如，我们可以研究不同温度和流速下渣铁水的流动和传热特性，以及炉缸炉
底材料的热性能和耐腐蚀性能等。
这些研究有助于优化高炉操作和提高高炉寿命。
最后，需要注意的是，数值模拟是一种基于数学模型的近似计算方法，其结果可能存在一定的误差。
因此，在实际应用中，需要结合实验数据和实际操作经验对模拟结果进行验证和修正。
以上是对高炉炉缸炉底渣铁水流动及传热物理数值模拟研究的基本思路和方法。
具体实施时需要根据实际情况进行适当的调整和改进。
转炉烟气分析动态控制模型及其方法研究的开题报告
转炉烟气分析动态控制模型及其方法研究的开题报告【开题报告】一、研究背景与意义：转炉烟气分析动态控制是钢铁工业生产过程中的一项核心技术，通过对烟气进行分析和监测，可以有效地控制炉内温度、氧气含量和废气排放等因素，从而达到提高炼钢效率、降低生产成本和减少环境污染的目的。
目前，钢铁工业中常用的烟气分析仪器主要有热导式气体分析仪、红外线气体分析仪、激光红外气体分析仪等。
这些仪器可以将烟气中的各种成分进行定量分析，但是由于炉内转化过程的复杂性和炉内废气流量变化的不确定性等因素的影响，导致烟气成分的分析结果存在着不确定性和误差，给实际控制带来了困难。
因此，本研究将提出一种转炉烟气分析动态控制模型及其方法，基于物理模型和统计学方法相结合的思路，从烟气分析仪器的测量原理入手，结合炉内转化规律和废气流量变化规律，建立一个能够预测和调控烟气成分的动态控制模型，实现对钢铁炉内烟气的精准分析和控制，提高炼钢效率，降低生产成本，保护环境等方面都具有重要的意义和实际应用价值。
二、研究内容与研究方案：1.建立转炉烟气分析动态控制模型基于烟气分析仪器的测量原理和炉内转化规律，建立烟气成分预测模型，预测烟气的CO、CO2、O2、SO2、NOx等成分的含量和废气的流量等参数的变化趋势。
2.研究烟气分析仪器的误差分析与校准方法分析烟气分析仪器的测量误差源及其产生原因，制定烟气分析仪器的校准方法，提高烟气分析仪器的测量准确性。
3.构建烟气分析与控制系统构建基于烟气分析仪器的烟气分析与控制系统，实现对烟气成分的精准分析和控制，并且根据控制效果实时调整模型参数，完成模型参数自适应的动态控制。
4.模型仿真与实验验证利用MATLAB/Simulink等软件，对建立的烟气分析动态控制模型进行仿真分析，检验其实时性和准确性。
同时，通过实验数据对模型进行验证，让实验结果尽可能接近实际控制效果，保证控制系统具备稳定性、准确性和可靠性。
三、研究进度安排：1.前期调研阶段：对钢铁工业现有烟气分析控制系统的现状进行调查和研究，对比采用不同方案的控制系统性能，选择合适的方案。
鞍钢4038m~3高炉精料技术实践
表 １ ２０ ０ ９年 部 分粉 混匀 矿 堆 积 质 量 指 标
料 场就 要进 行 简单 混匀 和 成分 管理 。参 与混 匀 造
堆 的 各 品种 原 料 ， 物化 性 能 、 地 、 号 不 同实 按 产 批 行分 别 堆放 ，料堆 在封 堆后 方 可取 用 ，料堆 取 完 后． 原地 址 才能 堆入 新进 的原料 ， 禁 边 堆边 取 或 严
于 ２０ ０ ９年 ４月 ２ ６日投产 。 目前 ２座 高炉 生产 稳 定． 高炉 平 均利 用 系 数稳 定 在 ２２ ２３ｔ ｍ ・ ） ．～ ＿ ／ ｄ 之 １ 采 用合 理 的精 料 技 术 （
的精料 技 术经验 ．为鞍钢 其 它大 型 高炉生 产 提供
产 以来 ， 炉各 项经 济技 术指 标不 断提 高 ， 高 ２ 高炉 有 益 的借鉴 。
ｄ ｘ ｓ ｏ ｈ ｌ ｓ ｆ ｒ ａ ｅ ｈ ｐ ｒ ｔ ｎ ｐ ａ ｔ ｅ ｓ ｏ ｓ ｔ ａ ｈ ｃ ｎ ｍｉ ｎ ｅ ｈ ｉ ａ ｎ ｅ ｅ ｅ ｅ ｆｔ ｅ ｂ ａ ｔ ｕ ｎ ｃ ．Ｔ ｅ ｏ ｅ ａ ｉ ｒ ｃ ｉ ｈ ｗ ｈ ｔｔ ｅ ｅ ｏ ｏ ｃ ａ ｄ ｔｃ ｎ ｃ ｌ ｉ ｄ ｘ ｓ ｏ ｃ
（ ）保证 高炉 入 炉品位 为 ５ ．％， １ ９５ 特殊 情 况下
（ ）烧 结矿 中 ＳＯ 含 量 大 于 ４７ 确 保 烧 结 ２ ｉ ．％，
７ ５ 原 料 大 致 等 分 成 ４大 层 ，即 ４个 Ｂ Ｏ Ｋ。要 求 不低 于 ５ ．％： ＬＣ
用。 尘泥 混料 只在 第 ２ ３ Ｌ Ｃ 、Ｂ Ｏ Ｋ配 人 ， 端部 料 在第 过 程 中有一 定 的液相 量 ； （ ）在 不影 响烧 结 矿 品位 和 物 理指 标 的前 提 ３ １Ｌ Ｃ Ｂ Ｏ Ｋ配 完 ， 积层 数不 少于 ３００层 。堆 ｑ ａ ｒ ｎ＆ Ｓｅ ｌＳ ｂ ｉ ｉｒ ｏ ａ ｙｏ ｇ ｎ ｔｅ ｏ， ｔ ． Ｂ ｔｅ ｕ ｓ ａｙ Ｃ ｍｐ ｎ ｆＡｎ ａ ｇＳｅ ｌＣ ． Ｌｄ ， ｄ
厂烧结矿烧结指标及冶金性能的影响
于素荣 刘艳辉
李跃民
韩晓东
（鞍钢集团科技发展部鞍山
１１４０２１）
（鞍钢股份有限公司炼铁总厂）
摘要本文分析了Ｍ９０含量对鞍钢炼铁总厂烧结指标及冶金性能的影响，分析结果表明，ＭｇＯ含量降低后，烧
结成品率和利用系数提高，成品烧结矿的转鼓强度略有提高，低温还原粉化指标改善。这个结论在生产实践中也 得到了证实。
５
结论
试验室试验不加菱镁石粉，即烧结矿中ＭｇＯ含量降低后：
５．１烧结混合料的指均粒径相差不多。 （下转第５９６页）
５９１
３．２积极发展节能减排技术 节能降耗是“十一五”期间我国各行业工作的重点，政府提出到２０１０年我国单位ＧＤＰ产值能耗下降 ２０％，主要污染物排放要降低１０％。钢铁行业作为高能耗、高污染行业，更应努力为节能减排作出贡献。烧 结节能主要方向应以降低固体燃料消耗和回收烧结废烟气余热为主。继续发展厚料层技术（包括小球烧结、 低温烧结、燃料分加技术等），料层厚度努力达到６５０～７５０ｒａｍ（粉矿为主）或６００～７００ｍｍ（精矿为主）； 烧结余热回收应重点关注余热发电，余热发电技术符合国家的产业政策，对优化烧结生产，降低工序能 耗，充分利用二次能源，改善生产环境具有重要意义，对推动循环经济发展起到积极的作用，具有良好的社会 效益和经济效益。济钢３２０ｍ２烧结机余热发电设备和技术已经国产化，武钢也拟在四烧区域新建余热发电设 施。我国烧结工作者应多做研究开发，使烧结余热发电设备和技术早日国产化、普及化。大型烧结机应开发烟 气循环富集系统和余热综合利用技术，如莱钢２６５ｍ２烧结机既回收了余热蒸汽，同时也采取了热风烧结技术。 “十一五”期间，减排ＳＯ：成为我国环境保护的重点，新的《钢铁工业大气污染物排放标准》将要颁布，征 求意见稿中对新建装备要求排放浓度ＳＯ。≤１００ｍｇ／ｍ３，ＮＯ。≤３００ｍｇ／ｍ３，ＰＣＤＤ≤０．５ｎｇ—ＴＥＱ／ｍ３，按照 我国目前原燃料生产条件，即使全部采取进口矿生产也不能够达到上述要求，因此烧结工序的脱硫成为环境 治理首要任务。事实上，越来越多的企业将烧结烟气脱硫纳入“十一五”规划中来。宝钢不锈钢分厂和梅钢 烧结厂都在建脱硫设施，采取的工艺是石灰石一石膏法，其它如武钢、鞍钢、湘钢等都在积极论证方案中。虽 然我国烧结脱硫慢慢受到重视，但我国烧结脱硫的阻力依然非常大，缺乏成熟的技术，巨大的投资和高昂的 运行费用，以及脱硫建设场地和脱硫副产物的利用问题，造成企业大多还处于观望之中。开发适合我国国情 的生产工艺，主要设备国产化，降低投资和生产运行成本以及合理利用副产品是烧结烟气脱硫最迫切需要解 决的问题，需要依靠政府、企业和各科研院所一起努力，才能早日解决我国烧结脱硫的问题，才能完成“十一 五”节能减排的重任。活性焦吸附法既可以脱除ＳＯ。，还可以吸附ＮＯ。和ＰＣＤＤ类，在日本、韩国烧结机上 已得到广泛应用，应重点关注。
钢铁冶炼中的热力学模拟及计算分析
钢铁冶炼中的热力学模拟及计算分析钢铁冶炼是一项复杂而又精密的工艺过程，其中热力学模拟及计算分析起到了极为重要的作用。
热力学模拟是指在物理上对冶炼过程中发生的化学反应、热量变化等进行计算模拟，以便更好地控制整个过程和实现优化调节。
在热力学模拟及计算分析中，常见的工具有软件模拟和数学分析两种方式。
软件模拟，如ASPEN PLUS、HSC CHEMISTRY等，通过掌握化学反应、物料流动、热吸放热量、分离等等的控制参数，来完成整个冶炼过程的热力学模拟。
而数学分析，则是通过一些基于数学模型的算法，对冶炼过程的物理参数如温度、压力、流速等进行计算研究。
以上提到的ASPEN PLUS和HSC CHEMISTRY等软件，是当前国际上较为先进的材料过程模拟工具。
这些工具的应用以及其优点是显而易见的，其中ASPEN PLUS主要是面向工业过程的设计和优化，能够分析有机或无机化学反应，液体/气体混合物传热传质、相平衡等等。
HSC CHEMISTRY能够提供实验室级别的计算精度，特别是在热力学和倾向性统计物质分布系数的计算上非常强。
在钢铁冶炼中，由于燃烧反应和冶炼工艺的复杂性，热力学模拟的计算模型主要分为两类：一是针对固体相反应的，另一种是液相/气相反应的。
不同类型的计算模型需要考虑的参数因素也不相同。
下面，笔者针对钢铁冶炼中常见的热力学模拟及计算分析进行一些具体的探讨。
首先，钢铁冶炼中的草酸法洗涤过程，是一种液-固相的化学反应过程。
在这个过程中，草酸和氧化铁反应生成二氧化碳和铁(II)离子。
为了实现更好的反应，以及更好地控制整个冶炼过程的机制，我们可以采用一些热力学模拟的方法。
该方法首先是对草酸和氧化铁在不同温度下的热力学性质进行分析，得到反应的动力学参数，然后利用数学模型来计算整个过程的反应速率、反应产物生成量等参数，实现优化化调节，从而使生产达到更加建设性的进展。
其次，钢铁冶炼中的铁水渣用以进行真空处理，也需要采用热力学模拟的方法进行计算和优化。
炼钢过程中的冶金反应动力学和热力学模拟
炼钢过程中的冶金反应动力学和热力学模拟随着工业化的不断推进，钢铁工业也得到了快速的发展。
钢铁在世界工业中具有重要的地位，而炼钢过程是钢铁生产中最重要的环节之一。
炼钢过程涉及到多种冶金反应和热力学反应，这些反应的动力学和热力学模拟可以帮助我们更好地理解炼钢过程，提高钢铁生产的效率和质量。
炼钢过程中包括原料清理，高炉炼铁、炼钢等环节。
其中，炼钢是指将生铁转化为钢的过程，主要是通过钢水中的冶金反应来实现的。
因此，炼钢过程的冶金反应动力学模拟和热力学模拟成为了炼钢技术研究的热点问题。
冶金反应动力学模拟是指用数学方法研究冶金反应速率和反应机理的过程。
在炼钢过程中，冶金反应速率对钢铁生产的效率和质量都有着重要的影响。
研究冶金反应动力学可以帮助我们预测冶金反应的速率和机理，从而优化炼钢工艺，提高炼钢效率和产品质量。
冶金反应动力学模拟有多种方法，其中最常用的是基于微观动力学的热力学模拟方法。
这种方法将冶金反应考虑为一系列微观分子过程，通过建立反应机理的动力学方程，计算反应速率和反应通量。
另外，还有基于半经验公式的动力学模拟方法，该方法将反应机理视为多个元素反应、化学反应和物理反应之间的相互作用，通过实验数据和经验公式建立反应机理的动力学方程，计算反应速率和反应通量。
热力学模拟是指用数学模型计算反应前后的热变化及平衡态（如反应温度、反应生成物质的种类和量等）。
在炼钢过程中，热力学模拟可以帮助我们优化炉内的温度和化学成分，提高炼钢的效率和产品质量。
根据反应热学定律，我们可以利用热力学模拟来计算反应的热变化，从而维持炉内反应的平衡态，减少能源损失和产品残留物。
热力学模拟的方法也有多种，包括基于热力学基础数据的计算、基于相图和物相变化等。
其中，基于热力学基础数据的计算是最为常用的方法，该方法利用系统的热力学数据和物相结构信息，以系统的热力学平衡为基础，计算体系内各组分的相平衡条件，得出反应的热变化和平衡态。
此外，还有基于相图计算的热力学模拟方法，该方法基于相图和固相物的物相变化，提供了理论和实践的依据，帮助我们理解和优化炼钢的工艺条件和产品质量。
高炉炉料用铁矿石 低温还原粉化率的测定 动态试验法
高炉炉料用铁矿石低温还原粉化率的测定动态试验法一、背景介绍高炉炉料用铁矿石低温还原粉化率的测定是一项重要的实验工作，对于高炉冶炼过程中的铁矿石熔融性能和还原性能的评价具有重要意义。
传统的静态试验法存在着实验周期长、数据获取不足等问题，为了更准确、快速地测定高炉炉料用铁矿石的低温还原粉化率，需要引入动态试验法。
二、动态试验法的原理动态试验法是利用高温气流对铁矿石进行还原反应，并通过实时监测还原床的数据变化来评估铁矿石的还原性能。
动态试验法可以模拟高炉内还原条件，快速、准确地获取铁矿石的还原粉化率。
三、动态试验法的步骤1. 实验前准备在进行动态试验之前，需要准备好实验所需的铁矿石样品和实验仪器设备，同时需要根据实验要求调节合适的试验气氛和气流速度。
2. 实验装置搭建搭建合适的实验装置，包括还原床、实时监测系统等。
还原床需要能够模拟高炉内的还原条件，实时监测系统需要能够对还原床的数据变化进行实时监测和记录。
3. 实验操作将铁矿石样品放置在还原床中，设置合适的试验参数，开启气流，开始实验。
4. 数据处理实时监测还原床的数据变化，包括温度变化、气体组成变化等。
根据实验数据对铁矿石的还原粉化率进行评估和计算。
四、动态试验法的优点1. 真实模拟高炉内还原条件，实验结果更具可靠性和代表性。
2. 实验周期短，可以快速获取数据，提高实验效率。
3. 可以实时监测还原床的数据变化，获取更多的实验信息。
五、动态试验法的应用前景动态试验法在高炉炉料用铁矿石低温还原粉化率的测定中具有广阔的应用前景，可以为高炉炉料的优选和高炉冶炼过程的优化提供可靠的实验数据支持，有助于提高高炉炉料的使用效率和降低冶炼成本。
六、结论动态试验法作为一种新型的铁矿石低温还原粉化率测定方法，具有较大的优势和应用前景。
通过合理利用动态试验法，可以更准确地评估高炉炉料用铁矿石的还原性能，推动高炉冶炼技术的进步和提高。
高炉炉料用铁矿石低温还原粉化率的测定动态试验法是近年来研究的热点之一。
多种热力学测量技术在钢铁冶炼中的应用
多种热力学测量技术在钢铁冶炼中的应用随着科技的不断发展和进步，热力学测量技术在钢铁冶炼中也得到了广泛的应用。
在钢铁冶炼过程中，热力学测量技术可帮助工程师们提高工艺流程的效率，同时也能够提高钢铁产品的质量水平。
本文将着重介绍多种热力学测量技术在钢铁冶炼中的应用。
1. 阻抗热分析技术阻抗热分析技术可以应用于钢铁冶炼的不同阶段，该技术可作为一个实时监测装置，帮助工程师更好地控制和调整工艺过程，以提高生产效率和产品质量。
阻抗热分析技术利用电流通过样品时产生的电阻以及热变化，来分析样品的物理和化学特性，从而指导钢铁冶炼中的操作。
2. 热分析技术热分析技术是一种重要的热力学测量技术，它可以通过测量样品的热量变化，以及与时间相关的温度变化，来分析样品的化学成分、相变温度和热稳定性等参数。
在钢铁冶炼中，热分析技术也是一项重要的测量手段。
例如，在高温合金和钢的生产中，采用热分析技术可进行在线检测，保证生产质量。
3. 相变热分析技术相变热分析技术利用物质相变过程时吸收或释放的热量来分析其基本物理和化学特性，例如晶粒尺寸分布、晶体含量和结构稳定性等信息。
在钢铁冶炼中，相变热分析技术也是一种重要的热力学测量手段。
例如，通过记录样品加热情况下的体积变化和热响应，相变热分析技术可以对镀锌钢板的膨胀变化进行精确测量，并可以调整生产工艺。
4. 晶化热分析技术晶化热分析技术是一种常用于研究钢铁材料的热力学性质的方法。
该技术可以通过测定钢铁样品的晶化温度、结晶动力学参数、晶体结构和热力学性能等参数来分析钢铁材料的物理和化学性质。
在钢铁冶炼中，晶化热分析技术可用于测量合金的热力学性质，从而指导生产过程中的精准操作。
5. 热膨胀测量技术热膨胀测量技术也是一项重要的热力学测量技术，它可用于评估钢铁材料的热膨胀性质。
在钢铁冶炼中，这种测量技术可用于测试钢铁材料在升温和降温过程中的体积变化，从而预测其热膨胀系数和线性膨胀系数。
这些参数可以帮助工程师们设计生产工艺，确保产品的尺寸和形状符合要求。
鞍钢新3#高炉炉缸炉底铁水流场数值仿真的开题报告
鞍钢新3#高炉炉缸炉底铁水流场数值仿真的开题报
告
一、选题背景及意义：
鞍钢新3#高炉是一座采用先进技术建造的大型高炉，其炉底铁水流场对高炉的稳定运行、冶炼效率等方面有着重要而直接的影响。
本文选题的目的即为了通过数值仿真研究鞍钢新3#高炉的炉底铁水流场特性，探究其对高炉冶炼效率的影响，为高炉的生产和运行提供科学依据。
二、研究内容及方法：
本文拟采用计算流体力学数值模拟方法，以鞍钢新3#高炉的炉底铁水流场为研究对象，考虑高炉内部复杂热流、物质交换等因素，对铁水在炉缸中的流动过程进行模拟。
同时，本文将建立高炉炉底铁水流场数值模型，通过MATLAB等软件进行仿真计算，探究特定操作参数对炉底铁水流场的影响，并对仿真结果进行分析和验证。
三、预期结果及贡献：
本文预期通过研究和分析，得到鞍钢新3#高炉炉底铁水流场关键参数的变化趋势和规律，为高炉的优化运行提供科学依据；同时，本文将引入计算流体力学、数值分析等方面的新技术和思路，丰富高炉领域的研究方法和手段，有助于推进高炉技术的进一步发展。
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第45卷 第8期 2010年8月钢铁Iron and Steel Vol.45,No.8August 2010鞍钢炉料冶金性能动态热模拟试验研究于淑娟, 刘万山, 王向锋, 于素荣,侯洪宇, 张立国(鞍钢股份有限公司,辽宁鞍山114009)摘 要:按球团矿在鞍钢2580m 3高炉内不同高度位置的温度条件、气氛及停留时间,在实验室动态模拟了炉料在高炉内的升温还原变化过程。
通过球团升温还原膨胀试验、不同温度下恒温还原试验和900℃标准检测结果对比分析,得出了在高炉条件下的还原膨胀率低于检验标准的900℃膨胀率;鞍钢球团矿还原膨胀在正常范围内,但对弓一球团还原膨胀也应引起重视。
鞍钢高炉使用酸性球团矿的配比在20%～30%时,熔滴性能相差不大。
高炉使用球团矿比例由25%提高到30%后,炉况波动的主要原因不在于球团矿比例增加。
通过生产一定镁或钙含量的球团均可降低球团矿还原膨胀及改善熔滴性能,从而可提高球团矿使用比例。
关键词:球团矿;膨胀;熔滴;热模拟;高炉中图分类号:TF52 文献标志码:A 文章编号:04492749X (2010)0820007205Dynamic Simulated R esearch on MetallurgyProperties of Burden in AnsteelYU Shu 2juan , L IU Wan 2shan , WAN G Xiang 2feng , YU Su 2rong ,HOU Hong 2yu , ZHAN G Li 2guo(Ansteel Technology Centre ,Anshan 114009,Liaoning ,China )Abstract :According to the temperature ,atmosphere and residence time of the pellets at different position in Ansteel 2580m 3BF ,hot and dynamic test of the burden was carried out to simulate the reduction process with temperature in laboratory.The results show that the reduction expansion under BF condition is lower than the standard expan 2sion at 900℃through reduction test at different temperature.The reduction expansion of Ansteel pellets are in the normal range ,but the reduction expansion of G ongyi pellets should be paid more attention.The melting and drip 2ping properties of burden is relative steady under 20%230%of the acid pellets ,and the pellet ratio increasing is not the reason for bad BF conditions under 25%230%of acid pellet.The pellet with a certain ratio of Ca or Mg can de 2crease the swelling 2reduction ratio and improve the melting and dripping properties ,as will be helpful to enhance the ratio of pellet.K ey w ords :pellet ;expansion ;melting and dripping ;thermal simulation ;blast f urnace (BF )作者简介:于淑娟(1965—),女,大学本科,教授级高级工程师; E 2m ail :asyushujuan @ ; 收稿日期:2009209203 鞍钢高炉配加20%～25%的酸性球团矿和75%～80%高碱度烧结矿的炉料结构已为炼铁工作者所认同,但随着大孤山两条年产200万t 链篦机2回转窑球团生产线的投产,球团产能提高,于是将烧结矿碱度从2.15提高到2.35,高炉使用球团矿的比例由25%提高到31%,但高炉炉况波动,给炼铁生产带来一定的影响。
大量的研究结果表明,酸性球团矿在还原过程中发生体积膨胀,特别是灾难性膨胀,使其强度急剧下降,引起球团矿粉化,因而限制了球团矿在大型高炉的原料配比中进一步提高[1]。
球团矿的还原膨胀行为受金属铁析出形态的影响。
但球团矿的还原膨胀率通常是按试样在900℃恒温下通入体积分数为30%的CO 和70%的N 21h 的标准(G B/T13240291)测定的[127],而对酸性球团矿在大高炉实际条件下的膨胀性能研究未见报道。
实际上,还原的温度、气氛、气体流速等都会给球团矿的体积膨胀带来影响。
为了探寻炉况波动的原因,掌握鞍钢球团矿的冶炼特性,探讨鞍钢高炉使用酸性球团矿的合适配比,寻求降低球团矿还原膨胀的途径,根据鞍钢2580m 3高炉内不同高度位置的温度、气氛条件及停留时间,动态模拟了炉料在高炉内的升温还原变化过程,研究了不同比例球团矿与不同碱度烧结矿配比的综合炉料的熔滴性能,指导高炉生产。
钢 铁第45卷1 鞍钢球团矿还原膨胀性能1.1 试验条件与方法试验所用球团均产自鞍钢,炼铁总厂带式机球团矿(简称自产)、弓长岭回转窑1、2号线球团矿(简称弓一、弓二)和大孤山回转窑球团矿(简称鞍球)。
球团体积测定分别用水银浸入法和用游标卡尺测量平均直径法。
1)900℃恒温还原膨胀试验。
采用国标G B/ T13240291测定。
2)不同温度恒温还原膨胀试验。
将盛装试样的反应管在氮气保护下升温到预定温度(800℃、900℃、1000℃、1100℃)并恒温0.5h后,改通还原气体恒温1h后,将反应管提出炉外再通氮气冷却到低于100℃。
3)热模拟高炉内不同高度条件的还原膨胀试验。
模拟炉料在2580m3高炉内的升温速度和气氛条件,试样在15L/min氮气保护下开始升温,到100℃时开始改通还原气体15L/min,当温度达到预定温度后,停止还原气体改通氮气冷却至低于100℃。
炉料升温速度根据高炉冶炼周期、高炉内型数据和不同高度位置的温度场分布计算确定,计算结果见表1。
表1 升温还原试验的升温速度T able1 H eating up speed of elevated reduction test温度/℃<100100～400400～500500～600600～770770～900900～10001000～1100速度/(℃・min-1) 3.3 3.7 4.3 4.3 4.3 1.79.58.8气氛(体积分数)100%N2 14%CO2+26%CO+60%N2 20%CO2+20%CO+60%N2 30%CO+70%N21.2 试验结果及分析1.2.1 900℃恒温还原膨胀试验球团矿900℃恒温还原后检测结果见表2。
由表2得出鞍钢球团矿的还原膨胀为正常膨胀。
但弓长岭1号线球团膨胀率较高,还原膨胀率平均为16.6%,接近20%的异常膨胀。
弓长岭2号线球团还原膨胀率较低,还原后球团抗压强度最高。
鞍钢球团还原后抗压强度在180～340N/球范围内。
表2 球团矿900℃恒温还原后指标T able2 The reduction index of pellet at900℃编号体膨胀率RSI/%直径法汞浸法平均抗压强度/(N・球-1)还原度/%w(FeO)/%w(MFe)/%w(TFe)/%自产14.4214.2814.35193.0046.4162.0513.7474.9弓一16.4615.8016.56225.4439.4663.339.0073.75弓二10.3811.8211.10271.3350.6655.8120.3074.76鞍球12.5412.8112.68237.3543.7263.9813.7873.99 正常膨胀是由于Fe2O3还原成Fe3O4时发生晶格转变所引起的。
α2Fe2O3为三方晶系六方晶格、晶格常数为5.42A°,γ2Fe2O3、Fe3O4、Fe x O、Fe 均为立方体晶系,晶格常数分别为8.32A°、8141A°、4.30A°、2.86A°[8]。
在α2Fe2O3→γ2Fe2O3→Fe3O4转变过程中,其体积要增加718%,加上物理热膨胀3%及内外部膨胀区域的膨胀差异而引起新的膨胀,总膨胀率低于20%。
弓二球团在由浮氏体向金属铁还原过程中,还原过程由铁离子扩散环节控制,金属铁主要以致密的层状形态析出,因此,虽然还原度最高,但未导致体积增大,相反还产生了收缩,还原后抗压强度最高。
而当还原过程受化学反应环节控制时,金属铁主要以纤维状、针状铁晶须形态析出和长大,导致球团矿异常膨胀,如膨胀率超过20%时,对高炉行程产生不利影响[122,5,8]。
宏观观察经还原后的球团矿,表面大裂纹较少,只有少数球有,有的球表面无裂纹,多数球表面有2～3条微裂纹,也证明鞍钢球团矿900℃恒温还原时的膨胀是由晶格转变引起的正常膨胀,还原过程受铁离子扩散环节控制。
1.2.2 不同温度条件恒温还原膨胀试验弓二球团在不同温度条件下恒温还原1h的试验结果见图1。
图1表明:球团矿在800～1100℃之间各温度下进行等温还原,随还原温度提高,体积膨胀率先增大后又降低。
在900℃下还原的球团矿膨胀率最大,为11.11%,并且有裂纹和变形,抗压强度也较低,平均194.7N/球。
当温度继续升高到高于・8・第8期于淑娟等:鞍钢炉料冶金性能动态热模拟试验研究1000℃时,球团矿还原膨胀率降低,抗压强度升高。
这是由于随着温度升高,生成的金属铁核量增多,同时扩散能力增强,金属铁核在各方向均匀长大形成致密的金属铁层。
1.2.3 模拟高炉不同高度条件的还原膨胀试验弓二球团模拟在2580m 3高炉内的升温速度和气氛条件,升温还原试验结果见图2～4。
球团矿在非等温条件下还原,其膨胀率比在等温条件下显著减小。
从图2～4可见,不同温度下的膨胀率与还原度、温度之间皆呈凸形曲线关系,与最大膨胀率所对应的温度在550～650℃范围内,约为600℃,此时还原度在20%～40%范围内,约30%,还原速率提高幅度最大。