钢模赛后总结_11矿工钢总结

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钢铁模拟冶炼大赛赛后总结

钢铁模拟冶炼大赛总结

2011年 11月

钢铁模拟冶炼大赛赛后总结

一﹑对本次精炼模拟的赛题理解与难点分析

（一）赛题理解

本次钢铁模拟冶炼比赛中我们要进行二次精炼。我们的的目标是在转炉出钢后通过添加合金调节钢液成分，并且在规定时间，规定温度下出钢。在此过程中尽量以低廉的价格完成二次精炼，炼出符合各项要求的TiNb汽车用钢。

1）本次精炼的TiNb汽车用钢的特点是碳含量极低要求小于0.0040％，对于Si，Mn，Al，B，Nb，P，Ti元素含量有一定的范围要求，可以通过加入合金来提升钢材中的Si，Mn，Al，B，Nb，P，Ti元素。

2）对于所含的N，H，O等对钢材质量有害的元素有严格的限制。由于完成脱碳需要吹氧，因而如何将氧含量降到要求以下也需要仔细考虑。

3）在转炉出钢时，温度大概是1622摄氏度，而进行浇注温度大约为1560摄氏度。平均冶炼时间约为80分钟，需要吹多少时间氩气以使得在规定时间下下降这些过剩的温度需要计算。

4）RH脱气，CAS-OB对钢液中各成分的调节，钢包脱气等环节的使用。根据所需钢种的要求，及各个设施的性能选择流程顺序十分重要。

（二）本钢种冶炼的难点：如何把碳脱到要求范围以内，同时不能使参与脱碳的氧含量超标。加入铝元素的含量，使之既能把多余的氧反应掉，又能使刚液中的铝元素含量符合要求。对于温度的时间控制。由于静置钢水温度下降速度与吹氩后温度下降速度有较大的不同。因而对于在哪里采用吹氩降温，吹多长时间的氩气都有严格要求。以确保在规定时间，钢液达到所要求的温度。

(三)关于冶炼本钢种冶炼成本控制的几点看法：

1.在冶炼工程中成本花费在于两大方面，一方面是所需加的各种合金元素，一方面是各种吹气脱气所需花费。

2.在选择所添加的合金时高碳锰铁，硅锰合金相结合来添加所需的Si，Mn元素。铝粒，硼铁合金，铌铁合金，磷铁，钛分别补充转炉出钢时钢液中所缺乏的Al，B，Nb，P，Ti元素，所选的合金都为较便宜的合金，以达到降低成本的要求。

3.在吹氧脱碳过程中选择RH循环脱气，严格控制脱气时间。需要降低温度时，进入氩站吹氩已达到迅速降温的目的。在吹气，脱气过程中在保证成分合格条件下尽量减少在脱气站和CAS-OB站的时间，以降低成本。

4.由埃林汉图知，合金会先于碳与氧发生反应，故应先进行脱碳，然后加入各种合金元素以避免合金的浪费。同时可以大大的缩减在循环脱气站所需的时间。

（四）经过上面的几点分析以及不断在网上的模拟冶炼尝试，钢铁模拟冶炼大赛赛后总结

我们组最终最终采用了下面的这种方法：

1.在转炉出钢后，将钢包运至RH循环脱气站，加入碳含量比较高的高碳锰铁530kg一同参与脱碳吹氧14—15min。

2.然后加入硅锰合金1770kg，之后吹氧进行二次脱碳吹氧7—8min。3.然后加入铝粒130kg加入脱气站，使之进行与氧气反应，然后加入硼铁合金12kg，铌铁合金41kg，磷铁465kg，钛58kg进入脱气站的钢包。

4.将钢包移至氩气站，进行降温，吹氩时间视钢液温度与所剩时间而定，同时尽量减少氩站时间

5.吹过氩后，将钢包移至板坯铸机，待时间温度符合要求即可进行浇铸。

二﹑数值计算过程

1.铌铁合金的计算

因为只有铌铁合金中有铌元素，所以首先进行铌的计算：为了降低成本，计算合金质量时均采用最小值。

已知：

钢水质量为：250000kg，铌铁合金的含铌量为：63%，在RH炉中铌的收得率为：100%，出钢钢水中铌含量为：0%，目标钢水中铌含量的最小值为：0.01%。利用公式

可得：

m（铌铁合金） 100%0.01%25000039.68kg63%100%

2.錋铁合金的计算

同理：只有錋铁合金中含有錋元素，已知：

钢水质量为：250000kg，錋铁合金的含錋量为：20%，在RH炉中錋的收得率为：100%，出钢钢水中錋含量为：0.0001%，目标钢水中錋含量的最小值为：0.001%。可得：

m(錋铁合金) 100%（0.001-.0001）%25000011.25kg20%100%

3.钛的计算

钢铁模拟冶炼大赛赛后总结

因为其它合金中含钛元素很少，几乎可以忽略不计，在添加剂钛中含钛量很高（99%），所以可以认为钛元素完全来自于添加剂钛。

同理：

钢水质量为：250000kg，加入添加剂钛的含钛量为：99%，在RH炉中钛的收得率为：90%，出钢钢水中钛含量为：0%，目标钢水中铌含量的最小值为：0.02%。

m（钛） 100%0.02%25000056kg99%90%

4.硅锰合金的计算

对于硅元素和锰元素，我们选择价格低廉的低碳锰铁（$490）和硅锰合金（560），两者结合起来可以满足锰元素和硅元素含量的要求。硅锰合金中含有较多的硅（30%），而高碳锰铁中只有1%的硅，可以理解为钢水中的硅全部来自于硅锰合金。

已知：

钢水质量为：250000kg，硅锰合金的含硅量为：30%，在RH炉中硅的收得率为：98%，出钢钢水中硅含量为：0%，目标钢水中硅含量的最小值为：0.15%。

m(硅锰合金) 100%0.15%2500001275kg30%98%

5.锰元素增加量的计算

当加入合金时，必须考虑到对钢液中其它组元成份的影响

锰元素含量的增加：

已知：

钢水质量为：250000kg，硅锰合金质量：1275kg，硅锰合金的含锰量为：60%，在RH炉中锰的收得率为：95%。所以：

%Mn 127560%95%0.2907%Mn100%250000

6.高碳锰铁的计算

m(高碳锰铁)

实际加入量为：高碳锰铁465kg，硅锰合金1770kg。这是之后经过多次调试的结果，实际操作证明，加入高碳锰铁465kg，硅锰合金1770kg也可以满足硅和锰的含量要求，而且价格比理论计算便宜。100%（0.5-0.2907-0.12）%250000823kg76.5%95%

钢铁模拟冶炼大赛赛后总结

7.磷元素增加量的计算

确定完高碳锰铁和硅锰合金后，因为其中都有磷元素，计算可否忽略它们对磷含量影响。（1）高碳锰铁中磷的增加量计算：

已知：钢水质量为：250000kg，高碳锰铁质量：823kg，高碳锰铁的含磷量为：0.03%，在RH炉中磷的收得率为：98%。

%P8230.03%98%9.6710-5%P100%250000

（2）硅锰合金中磷的增加量计算：

已知：钢水质量为：250000kg，硅锰合金质量：1275kg，硅锰合金的含磷量为：0.08%，在RH炉中磷的收得率为：98%。

%P12750.03%98%3.99810-4%P100%250000

与0.055%相比较，这两个数都非常小，可以忽略不计。

8.磷铁的计算

钢水质量为：250000kg，磷铁的含磷量为：26%，在RH炉中硅的收得率为：98%，出钢钢水中磷含量为：0.008%，目标钢水中磷含量的最小值为：0.055%。

m(磷铁) 100%（0.055-.0008）%250000461.14kg26%98%

9.吹氧时间的计算：

加入高碳锰铁使碳的含量增加，碳元素的增加量为：

%C8236.7%95%0.0210%C100%250000

由脱碳动力学可知：

已知：

[%C]f = t 以后的碳含量=0.004 [%C]i = 最初碳含量=0.021+0.05=0.071 [%C]equ= 平衡状态下的碳含量=0.0015 Kc=0.164 t10.0040.0015ln()20.27min0.1640.0710.0015

基本脱碳时间为21秒。

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10.吹氧分段时间的确定

已经求出了脱碳时间为21min，在进行实际的脱碳处理时，我们发现碳没有完全脱除，要完全脱除碳需要吹氧28min，这就与理论值有了较大的偏差。经过对碳元素随时间变化关系曲线的分析，我们发现脱碳能力随时间的增加而降低（表现为斜率绝对值的减小）

如图：黑色曲线为碳随时间的变化曲线。

这就是理论值与实际值出现偏差的原因。我们发现在吹氧进行到14-15分钟时，脱碳基本停止，脱碳曲线有一些小平台，因此，全过程吹氧会浪费氧量，增加成本。所以我们采取分阶段吹氧的方法。经过不断尝试，把分段吹氧总结如下：（1）加入高碳锰铁，进行吹氧脱碳14-15分钟。（2）加入硅锰合金，进行吹氧脱碳7-8分钟。

这样实际脱氧时间大概为22min。与理论值21min基本一致。

11.铝粒的计算

我们选择价格便宜的铝粒来增加铝的含量。铝粒有两个作用：

（1）与脱碳剩余的氧气反应，保护其它元素。（2）满足钢液中铝含量的要求。

1.通过对氧气随时间变化曲线的分析得出：在碳为0.004%时，氧气在钢中的含量为0.0130%。（如下图黑色竖线与红色线的交点为0.013%）

钢铁模拟冶炼大赛赛后总结

反应氧气需要的铝粒的质量为：、540.0130.0146%Al48

100%0.0146%250000m1(铝粒)41.38kg98%90%

2.使钢液中铝元素增加到最小值需铝粒质量为：

100%0.03%250000m2(铝粒)85.03kg98%90% %Al所以需要加入的铝粒量为：

m=m1+m2=126.41kg 为了确保去氧充足，我们决定加入铝粒130kg。

12.氩站吹氩量和时间的计算

氩气搅拌钢水时，冷却速度大概为1.5°C min-1。

在正常情况下，比如钢包移动和停滞，钢水冷却速度大约为0.5°C min-1。

在实际操作中，我们把降温规律总结为： 在正常情况下，钢水每两分钟冷却1度。在氩站吹氩时，钢水每一分钟冷却1度。总结得计算公式为：

设吹氩时间为x，自然冷却时间为（t剩余时间—x），x+0.5(t剩余时间—x)=T温度差 所以

x2(T温度差-0.5t剩余时间)2T温度差-t剩余时间

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三﹑参赛感受

转眼之间，2011年的钢铁模拟冶炼大赛已经落下帷幕，不管结果如何，这都将是我们大学四年中美好的回忆。

参加钢模大赛感触颇丰，不仅仅是对所学专业知识的一次深入探索，更是一次具体实践。参加钢模大赛对我们意义重大，从专业知识，团队合作能力，创新能力等各个方面都得到了很大的提高。

专业知识方面，不言而喻，没有扎实的专业知识很难成炼出符合质量同时成本最低的钢。为了这次大赛，我们复习了冶金物理化学中的基础知识，还去图书馆深入挖掘二次精炼的工艺，经过两个星期的准备工作，人们团队对二次精炼有了一个大体的了解，对其工艺流程，以及各种设备的作用，还有矿物原料的成份特性有了具体认知。为我们之后的实际操作打下了坚实的基础。

团队合作方面，我们从前期的准备工作到后期的报告成型都是由三个队友共同完成的，准备前期，每人负责学习二次精炼的一部分内容，然后在一起汇总交流，这样大大提高前期准备的效率。模拟冶炼阶段，我们三人齐心协力，不断交流对精炼的看法，并且尝试将其运用到实际操作中，每一次交流总结都使我们有很大的收获，新工艺的使用以及新的原料配比的加入，都带来了成本的降低。到了最后总结的阶段，大家分工合作，把总结任务分配到个人，基本分为三个模块：感受、计算、理解。最后大家一起汇总讨论，并进行认真修改。

创新方面，对于只能停留在理论想象了解的钢铁生产过程，钢模大赛无疑让我们更好的了解了现场的生产，模拟的过程和现场操作的基本流程。虽然不能完全反映现场，但让我们感受到了现场操作的感觉。然而，熟练的操作基于赛前无数次的模拟演练和技术改进。俗话说，科学技术是第一生产力，一个产业内的主流生产方式和工艺是建立在时刻完备的现有技术之上的。关于钢模演练。我们曾经尝试了诸多方案，目的在于保证精确满足题目限制的基础上，尽可能通过改变生产流程，改变原料添加量，优化生产工艺等一系列方法，最大限度的减少生产成本。经过组内成员的刻苦研究，我们的成本从原先的12左右降到最后的10.56，这是对我们数日艰苦和创新的回报。有了它，踏上比赛教室的那一刻，我们信心十足！

整个过程，让我们在专业知识上有了长足的进步，通过不断的查阅文献拓宽了我们的眼界和思想。同组三人精诚合作，共同进步。最后，感谢学院组织的这项意义深远的活动，四﹑参考文献

《炉外精炼》徐曾启 冶金工业出版社 《二次精炼模拟用户手册》

《冶金物理化学》 张家芸主编 冶金工业出版社

《专业炼钢学》第一册 炼钢的物理化学基础及转炉炼钢

北京钢铁工业学院炼钢教研组编著

冶金工业出版社

《炼钢过程的物理化学计算》

（苏）格里古良等著 冶金工业出版社