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1、钢铁模拟冶炼大赛赛后总结钢铁模拟冶炼大赛总结学院高等工程师学院专业班级工程师094 成员胡汉江李雅翀唯一识别码 284192011 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赛题理解 : 本次钢铁模拟冶炼大赛中非专业组的赛题为二次精炼，目标钢种为普通建筑用钢，在此次模拟中我们要将从转炉出钢的一包钢水，在一定的时间内以合适的成份、温度和一定的夹杂物含量（纯净度）运送到大方坯连铸机上。在以上要求合格的基础之上，尽量降低成本来完成这个模拟。难点分析 : 普通建筑用钢冶炼过程中最大的难点就是对夹杂物的控制，加入铝脱氧过程中在钢液中生成了23Al O夹杂物，在浇铸前要确保充
2、分的时间让23Al O夹杂物上浮，软吹可以加速这个上浮过程。如果在高温下加入 Al，意味着在钢水刚出钢时就加入， 这会使 Al的合金收得率大大降低， 最终提高了成本； 如果在低温下加入 Al，意味着钢水出钢很久之后才加入，这会使 Al的合金收得率提高， 但是没有充分的时间使23Al O夹杂物上浮；经过多次冶炼的练习总结经验，在温度1550左右加入 Al更有利于、且有足够的时间来完成去除夹杂的这个过程。吹氩气过程的控制对去除夹杂很重要，由于钢液内氩气发泡、 气洗作用和搅拌作用，脱除夹杂物和夹渣，同时还能够降低氢、氮含量，进一步脱除钢中氧，有效地均匀钢液的成分和温度，提高脱氧剂和合金收得率并降低成
3、本。二数值计算过程1、精炼设备的选择根据普通建筑钢成分要求可知，没有脱氢、脱硫、脱磷等特殊要求，只需降 低夹杂物含量，通过吹氩气可达到此要求，LF 精炼法可实现吹氩还有加热功能，达到保温效果，钢水温度易于控制，能满足连铸工艺要求。2、合金加入的计算（1）选择加入合金种类钢铁模拟冶炼大赛赛后总结图 1：普通建筑用钢成分由图 1 可以看出需增加碳、硅、锰、铝、铌的含量，同时脱氧。钢铁模拟冶炼大赛赛后总结图 2：可供选择的合金种类铌只能通过加铌铁合金来增加其含量；铝可通过铝线或铝粒增加含量，考虑到成本问题， 选择加价格较低的铝粒； 剩余三种则需要考虑价格、 成分比例来匹配达到最优。（2）合金加入量的
4、计算钢铁模拟冶炼大赛赛后总结图 3： FeNb合金成分满足目标合金含量的铌铁合金加入量的范围：(m in)0.035%10000079.37 63%70%F eN bkgmkg(m ax)0.05%100000119.04 63%70%FeN bkgmkg图 4：铝粒成分满足目标合金含量的铝粒加入量的范围：(m in)0.025%10000040.49 63%98%A lkgmkg(m ax)0.045%10000072.89 63%98%A lkgmkg钢铁模拟冶炼大赛赛后总结图 5：SiMn 合金成分图 6：高碳锰铁合金成分钢铁模拟冶炼大赛赛后总结图 7：SiFe （75）合金成分碳元素：
5、(m in)(0.13%0.05% )10000080Cmkgkg(m ax)(0.16%0.05% )100000110Cmkgkg锰元素：(m in)(1.3%0.12% )1000001180M nmkgkg(m ax)(1.5%0.12% )1000001380M nmkgkg硅元素：(m in)0.15%100000150Simkgkg(m ax)0.25%100000250Simkgkg为降低成本，碳、硅、锰元素加入量按最低值计算，碳只需80kg，而锰需要1180kg，高碳锰铁价格便宜， 既可以提供碳又可以提供锰，因此在保证碳的加入量足够的条件下，以碳的最低值计算出高碳锰铁的量，8
6、017 82 6.7 %6 7%H CM n F emkg，其所带来的 Mn含量为1178276.5%67%913.36M nmkg，还需 Mn含量为1180913.36266.64kg，选择硅锰合金补充剩余的所需要的Mn ，因为其价格便宜，还能同时带来Si ，266.64663.28 60%67%SiM nmkg ，其所带来的Si 含量为1663.2830%69%137.30Simkg，还需 Si 含量为150-137.30=12.7kg ，选择 FeSi75 来补充剩余的所需要的Si，钢铁模拟冶炼大赛赛后总结7512.7 24.54 69%75%F eSimkg 。所加的合金带来的其他一些
7、杂质，比如：S、P等，经估算都在范围之内，不会超过最大值。经反复实际操作以后，工艺过程控制好，可大大提高合金收得率， 基于上述计算， 我们组最终确定的加入合金量的方案是：表 1：合金加入量合金种类加入量/kg 高碳锰铁1364 硅锰380 硅铁70 铌铁57 铝粒41 表 2：合金收得率元素种类原收得率实际收得率Mn 67% 92.8% Si 69% 90.1% Nb 70% 97.5% 3、吹氩、温度及合金加入时间控制过程在出钢过程中钢水温度会下降60C 左右，出钢完毕后钢水温度从1650降到1588，在正常情况下，钢包移动和停滞，钢水冷却速度大约为0.5C min-1 ，从出钢完毕到钢包炉
8、预热之前用时7min，温度下降 3.5 ，此时温度为1585，温度比较高，不需要加热，所用电能为0。合金是在氩气氛围下加入， 在温度降到 1580左右，加入除 Al之外的合金， 加入量见表 1。对于大多数合金来说，平均每加入1000kg 合金钢液温度降低 6，所以加入合金后温度降低 11.2，大约到 1550左右时，加入铝，铝脱氧是放热反应，100kg 铝氧化能使钢水温度升高12，因此在以上过程中一直不需要加热，当温度降到 1540时，铝热反应基本完成，反应中没有热源，且钢铁模拟冶炼大赛赛后总结氩气搅拌钢水时，冷却速度大概为1.5C min-1 ，温度会降的很快，在 LF过程中可以用电对钢水进
9、行加热， 满功率运行时，升温速度为 3C min-1 。但此时我们不需要升温，只是需要保持温度，所以用较低功率电能加热，保证稳定的温度，可根据实际情况调整电能用量， 达到最优，做到不浪费。而且到后期23Al O夹杂物基本完全上浮，氩气流量可以逐渐减少，甚至关掉，根据多次练习的经验，以上过程完毕后模拟要求就能够达到了，而且成本较低。三参赛感受 (视各自情况 ) 很荣幸参加北京科技大学第四届钢铁模拟冶炼大赛，报名之后开始准备，原以为参赛题目是在参赛当天给出，所以感觉时间紧迫，因为所需要准备的有高炉、转炉、电炉炼钢、二次精炼、连铸，从用户名注册、熟悉网站到收集资料大概经历一个月，查阅的资料基本包括了
10、以上所有的工艺过程，有过迷茫、有过无助，因为东西太多，专业知识缺乏，不知道从何看起，但在此期间对这些工艺还是有了深一步的认识。得知题目（二次精炼）后进一步对精炼过程所用的四种钢进行了练习，又得知非专业组所用钢种为普通建筑用钢时，心里边感觉挺轻松的，因为之前充分的准备和网站模拟练习使我们对此次大赛较熟悉，接下来的工作则落在了对普通建筑用钢二次精炼工艺的优化、所加合金种类和量的调整，从多次模拟中获取经验，更好的控制精炼过程，比赛当天上午进行了最后的练习，成功率较低，但总结出很多宝贵的经验，比如：加入 Al 的时间和温度，加入合金的量、工艺过程、时间控制等。在真正比赛的时候所总结的这些真的起了很大作用，比赛的时候发挥出我们组的最佳水平，成功率较高（和之前相比较），而且一次比一次成本低。四参考文献1 万真雅，薛立基 . 钢铁冶金设计原理（下册）M. 重庆：重庆大学出版 社，1992,186. 2 包燕平，冯捷. 钢铁冶金学教程 M. 北京：冶金工业出版社， 2008.7,362. 3 朱苗勇 . 现代冶金学 . 钢铁冶金卷 M. 北京：冶金工业出版社， 2005.9,291. 4 干勇. 炼钢-连铸新技术 800 问M. 北京：冶金工业出版社， 2003.9,291.
