炼钢工艺过程的基本浅析

1.研究现状

目前，中国是世界主要钢铁生产国之一，也是最大的钢铁消费国之一。在我国国民经济排名中，钢铁冶金一直处于前列，由于国家基础设施和工业的快速发展与钢铁冶金密不可分，因此钢铁冶金已成为生产链的支柱。同时，钢铁在其他领域有着非常广泛的应用，无论是国防装备、交通运输、建筑还是家用电器，日常生活的需要都离不开钢铁材料。有色冶金已成为衡量一个国家综合国力潜力强弱的重要指标。特别是近两年来，钢铁冶金在我国工业经济中的份额持续增长，许多企业的生产设施达到国际水平，同时钢材的品种和质量也达到世界一流水平。然而，钢铁产量的快速增長也带来了许多复杂的问题，如工艺优化、节能减排、产能过剩等。为了克服这些复杂的问题，我们需要关注钢铁行业的连铸技术，研究未来的发展趋势。

随着有色冶金的快速发展，金属废渣的释放量显著增加，有必要促进废渣资源的回收利用。电炉和转炉是废钢消耗的主要来源。2017年，我国废钢加工机消费量最高，为2.7亿吨，电炉废钢消费量为8700万吨。但是，目前国内系统完善的废品回收利用企业很少，回收处理设施水平较低，回收率仍低于世界发达国家。中国在提高废金属质量和处置水平方面还有很大潜力。从我国钢铁行业的现状来看，促进废钢的快速熔化是改变我国废钢过剩而回收利用率低的现状的关键。

2.废钢熔化过程分析

2.1文献分析

根据文献中给出的结果，熔化金属废料的过程可以分为三个阶段：凝固层的形成、凝固层的快速熔化和金属废料的正常熔化[1，2，3]。每一步具体描述如下：硬度层的形成：1.熔化液在金属废料表面硬化并迅速生长，直至达到最大厚度;2. 硬度层快速熔化：硬度层逐渐熔化，直至原始废金属表面被打开;3.正常熔化：首先，碳不断穿透废金属表面，降低熔化温度。当熔点低于熔池温度时，原来的金属废料开始迅速熔化。统计1526K - 1725K时无尺寸变化的废料直径和重量。首先分析了硬化层的形成和快速熔化阶段，发现熔池温度的升高对硬化层的形成和熔化有积极的影响。当熔池温度为1673K时，凝固层在2s迅速形成，在5s时凝固层被快速熔化，而在1537K时凝固过程耗时10s。在熔池温度为1725K时，由于固化层的快速形成，在实验过程中很难捕捉到，所以固化层的形成和熔化阶段在图中不可见。Pelke等人[3]也发现熔池温度越高硬化层的厚度就越小，成反比。

2.2结果分析

此外，通过对无量钢的直径和质量变化冻层熔化后分析表明：在初始阶段的熔化，母体废钢在熔化刚开始的时候表明直径的变化和质量原始废金属的相对较小，熔化曲线呈现“山峰状”。此时，熔化率很低，废钢尺寸变化肉眼看不明显。在主要废料开始熔化时发生的现象被定义为熔化过程中的“渗碳”。这一现象在较低的浴温（1526K）在1623K时约为180℃和60℃时尤为明显，但在较高的浴温（1673K和1725K）时不太可能发生。这是由于以下几点原因：浸在含碳丰富的铁水废铁中处于渗碳状态，熔池温度相对较低，熔池与固体废铁之间高温过热温度较高，为熔池表面的铁水废铁传热提供了巨大的热驱动力，同时促进碳的耗散和质量流动，如废钢的结合迅速熔化和钢的熔化，所以当熔池温度较高时，“渗碳”阶段几乎不出现。在熔化过程中，“渗碳”增加了固体废料表面的碳含量，降低了废料的熔点。“渗碳”结束后，基体废料熔化速度快，熔池温度越高，废料熔化速度越快，即固体废料表面继续煤化、逐层熔化，直至熔化完成。在熔化过程本身，主要废钢的“渗碳”和快速熔化过程是同时进行的，“渗碳”现象只有在熔池温度较低时才明显。可以看出，固体燃料和液体燃料交界处的碳质转移对熔化过程的顺利进行非常重要，提高熔池温度可以促进碳的分散和废金属的熔化。

3.总结

以钢铁生产过程分析、冶炼参数优化和最终控制给料过程为目标，对周边废钢冶炼过程进行分析和评价。在自然对流和强制对流条件下进行实验室模拟的废金属冶炼过程的热方法，熔化过程的数值模拟，传热系数的计算和传递等为优化废钢熔化条件和确定合适的废钢混合方法提供了基础数据。主要结论如下：废钢熔化过程可分为凝固层形成阶段、凝固层快速熔化阶段、渗碳阶段、碳化阶段和主废钢快速熔化四个阶段。每一阶段的特征如下：（1）硬度层的形成：液态铁水在废金属表面硬化并迅速生长，直至达到最大厚度;（2）硬化层快速熔化：硬化层达到最大厚度后逐渐熔化，直至原始废金属暴露;（3）碳化阶段：固相层熔化后，在初始阶段对废钢进行地面熔化，熔化速率较低，废钢的变化不明显，主要受碳的传质控制;（4）碳化炉加工和原废料的快速熔化：碳不断地转移到废料表面，降低表面的熔点，当熔点低于熔池温度时，基废料迅速熔化，直至熔化结束。

参考文献

[1]杨文远，蒋晓放，林李，等.废钢熔化的热模试验[J].钢铁，2017，52（3）：27-35.

[2]杨文远，张先贵，杨勇，等.转炉炼钢利用废钢的研究综述[J].中国废钢铁，2012，22（2）：1-6

[3]Newman R C . The dissolution and passivation kinetics of stainless alloys containing molybdenum—II. Dissolution kinetics in artificial pits[J]. Corrosion Science，1985，25（ 5）：341-350.

作者简介：李秋华，男，1986年4月出生，籍贯：河北丰润，汉族，专科学历，助理工程师，研究方向：冶金、炼钢生产，工作单位：唐山纵横钢铁集团有限公司。