应用钒钛磁铁矿生产高品质钢铁材料关键技术问题的研究

摘要

本研究针对承钢以钒钛磁铁矿为主要原料的冶炼流程，从顺应钒钛磁铁矿冶炼的特殊规律出发，首先解决了铁水粘罐、脱硫能力低、转炉半钢冶炼等关键技术难题，再通过优化操作，解决了炼铁—脱硫—提钒—炼钢—连铸工艺流程和工艺环节的瓶颈，并通过对炼钢系统的质量调查研究，初步建立起了承钢低成本洁净钢冶炼平台。
　　本论文主要工作和创新性研究成果如下：
　　1、通过铁水连续脱硫装置开发与结构优化，解决了钒钛铁水脱硫困难的难题，且为纯净钢的冶炼创造了条件;不但提高了脱硫率，而且实现了渣铁的自动分离;这套系统设备简单、运行可靠，操作简便、占地和环境负荷小，脱硫稳定、效果好;脱硫成本低。
　　(1)通过对挡墙和喷枪位置的优化，增加了铁水在包内的停留时间，使脱硫粉剂与铁水反应时间增长，不但降低了铁水的温降，提高了脱硫率，而且实现了渣铁的自动分离。
　　(2)脱硫罐去掉挡墙后，喷枪靠近出口位置时铁水流动情况较好，可以解决生产过程中遇到的脱硫罐利用率低的问题。
　　(3)这套设备简单、运行可靠，操作简便、占地和环境负荷小，脱硫稳定、效果好;脱硫成本低于喷粉法，具有推广价值。
　　2、针对钒钛铁水温度低、带渣多和易粘罐的特点，通过加入改性剂改善罐渣的性能、状态，较好控制了钒钛铁水粘罐的增重速率及影响范围，解决了钒钛磁铁矿高炉冶炼粘罐特别严重的世界难题，对钒钛磁铁矿的冶炼生产的顺行具有重要意义。
　　(1)通过该技术的应用，大幅度地提高了承钢混铁炉和鱼雷罐的炉衬寿命，减少了耐火材料消耗，增加了效益，生产更加顺畅。
　　(2)通过技术改进，使入提钒转炉的渣量比改进前得到了明显的减少，不仅消除了对钒渣质量的影响，而且钒渣质量得到了明显的改善。
　　3、从炼钢各工序质量调查入手，研究了半钢条件下纯净钢生产工艺技术，初步建立起了纯净钢生产工艺流程及各工序控制目标。根据质量调查结果，对连铸中间包和结晶器流场进行了研究。
　　(1)铸坯中氧含量由工艺优化前的60ppm控制到工艺优化后的15ppm以下，表明工艺优化后洁净度控制较好;
　　(2)浇铸过程中从钢包到中间包，钢水存在增氧、增氮现象，尤其在每炉开浇时较为明显;结晶器中钢水也存在二次氧化;铸坯中夹杂物主要为3～10μ m的铝酸钙夹杂、CaS夹杂及Al2O3+CaO+CaS复合夹杂，部分铸坯发现有裂纹，表明结晶器流场和中间包结构有待优化。
　　4、根据质量调查结果，对连铸中间包和结晶器流场进行了研究。参考实验室实验结果，对连铸进行了工艺优化，工艺改进前后取样分析结果表明:
　　(1)改进前后钢中总氧降幅达12％;
　　(2)显微夹杂物数量从4.76个/mm2降至3.94个/mm2。
　　(3)大型夹杂物主要成分是钙铝酸盐-硅铝酸盐-耐材，改进前后夹杂物含量由5.33mg/10kg下降到1.15 mg/10kg。
　　(4)改进后的工艺参数能减小结晶器表面流速的差距，有利于结晶器内流场稳定。
　　随着铁水粘罐、脱硫能力低、半钢炼钢纯净度等钒钛矿冶炼中的关键技术问题的攻克，解决了承钢长期困扰生产的主要问题，从而加大了纯净钢开发的力度，建立起纯净钢生产工艺流程及各工序控制目标。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 选题背景

1．2 钢铁工业的发展趋势

1．2．1 世界炼铁状况及技术进步

1．2．2 中国炼铁的发展方向

1．2．3 炼钢先进技术

1．3 钒钛磁铁矿冶炼

1．3．1 钒钛磁铁矿冶炼工艺

1．3．2 钒钛磁铁矿冶炼特点

1．3．3 高炉钒钛磁铁矿冶炼

1．4 承钢钒钛磁铁矿冶炼存在的问题

1．5 本论文的目的和研究内容

第2章 承钢钒钛铁水连续脱硫装置开发与结构优化

2．1 引言

2．2 工况流程设计

2．3 结构设计

2．4 效益分析

2．5 本章小结

第3章 改善承钢含钒钛铁水粘罐工艺的研究与应用

3．1 引言

3．2 技术思路及研究内容

3．2．1 技术思路

3．2．2 研究内容

3．3 试验和实施方案

3．3．1 钒钛铁水与普通铁水性质对比分析

3．3．2 鱼雷罐粘罐物的物相检验

3．3．3 鱼雷罐粘渣形成原因分析

3．3．4 技术措施方案的制定、试验、优化和实施

3．4 试验结果及分析

3．4．1 钒钛铁水与普通铁水的性质对比

3．4．2 鱼雷罐各部位粘罐物的矿物特点

3．4．3 鱼雷罐粘罐成因分析

3．4．4 实施效果分析

3．5 工艺技术改进要点

3．6 实施效果推广应用情况分析

3．7 效益分析

3．8 遗留问题及改进意见

3．8．1 改质剂的改进

3．8．2 工艺改进

3．9 本章小结

第4章 工艺优化前承钢炼钢一连铸过程及连铸坯质量调查研究

4．1 引言

4．2 我国非合金结构钢发展概况

4．3 非合金结构钢生产的质量状况

4．3．1 钢水成分变化

4．3．2 渣中成分变化

4．3．3 铸坯凝固组织检验

4．3．4 试样的金相检验

4．3．5 铸坯试样的大样电解

4．4 本章小结

第5章 承钢连铸机结晶器内流场优化研究

5．1 引言

5．1．1 实验原理

5．1．2 实验装置与检测设备

5．2 实验方法

5．2．1 结晶器流场的显示方法

5．2．2 液面波动和表面流速的测定方法

5．2．3 冲击压力

5．3 实验工艺参数

5．4 水模型实验结果与分析

5．4．1 板坯连铸结晶器内钢液的基本流动特征

5．4．2 断面900板坯连铸结晶器内钢水流动特征

5．4．3 断面1100、1250、1500和1650结晶器内钢水流动特征

5．5 卷渣实验结果

5．6 浸入式水口吹气实验结果及分析

5．6．1 水口吹气量对液面波动的影响

5．6．2 水口吹气量对表面流速的影响

5．6．3 侵入式水口吹气实验小结

5．7 最佳工艺参数

5．8 本章小结

第6章 承钢连铸中间包结构优化

6．1 引言

6．2 水模型的建立与实验方法

6．2．1 实验原理

6．2．2 实验设备

6．2．3 实验方法及评价指标

6．3 实验过程与实验方案

6．3．1 实验过程

6．3．2 实验方案

6．4 实验结果与讨论

6．4．1 原型中间包结构及流场分布

6．4．2 第一阶段实验

6．4．3 第二阶段实验

6．4．4 第三阶段实验

6．4．5 第四阶段实验

6．4．6 优化实验

6．5 本章小结

第7章 承钢工艺优化后炼钢一连铸过程及连铸坯质量调查研究

7．1 引言

7．2 研究内容和方法

7．2．1 生产工艺

7．2．2 系统取样

7．2．3 试样加工与分析

7．3 实验结果与分析

7．3．1 钢中T[O]、[N]分析结果

7．3．2 夹杂物的分析

7．3．3 炉渣的分析

7．4 本章小结

第8章 结论

参考文献

攻读博士学位期间取得的成果

致谢

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