冶金工程畢業(yè)論文-爐外精煉工藝優(yōu)化研究

II緒論研究背景伴隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，鋼鐵冶金學(xué)對(duì)品質(zhì)和性能的要求越來(lái)越高，特別是對(duì)于特種鋼公司來(lái)說(shuō)，鋼的冶金品質(zhì)可以說(shuō)就是公司存續(xù)和進(jìn)步的關(guān)鍵所在。爐外精煉技術(shù)能夠大幅提升鋼的品質(zhì)，提高煉鋼的純度，清除其中的夾雜物，降低了對(duì)能源和材料的使用量[1]?；诖?，高爐提煉技術(shù)成為世界鋼鐵冶金發(fā)展的方向。爐外精煉的品質(zhì)主要由相關(guān)的技術(shù)和工藝決定，精煉的過(guò)程必須科學(xué)、高效、可操作，這也是確保和改善品質(zhì)的關(guān)鍵。爐外精煉是基于初煉的深加工，通過(guò)合格的鋼水，決定最終的煉鋼品質(zhì)。撫順特鋼二煉鋼廠30t電爐-爐外精煉冶煉工藝是當(dāng)下國(guó)內(nèi)較為先進(jìn)的特殊鋼冶煉過(guò)程，其冶煉種類十分豐富多樣，且爐內(nèi)精煉質(zhì)量高，可滿足現(xiàn)代各類工程對(duì)特種鋼的純度要求。結(jié)合撫順特鋼冶煉的實(shí)際溶解情況，選擇30t電爐-爐外精煉線所冶煉的高品質(zhì)齒輪鋼，研究高品質(zhì)齒輪鋼冶煉過(guò)程中的原理和實(shí)際問(wèn)題，進(jìn)一步改善高品質(zhì)齒輪鋼的質(zhì)量。研究意義該課題研究的目的是從系統(tǒng)優(yōu)化的角度找到合理的工藝系統(tǒng)，改進(jìn)過(guò)程的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)?；诖耍谔囟ㄉa(chǎn)條件下，需要明確定量過(guò)程對(duì)指標(biāo)的影響，也就是對(duì)系統(tǒng)過(guò)程進(jìn)行分析，確立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，實(shí)現(xiàn)從爐到冶煉的30t電爐的最優(yōu)化[2]。在現(xiàn)有的設(shè)備條件下，促進(jìn)高品質(zhì)齒輪鋼總氧含量的削減。撫順特殊鋼二煉鋼廠采用30噸電爐，外精煉齒輪鋼。其在冶金學(xué)上的品質(zhì)遠(yuǎn)比其他技術(shù)流程優(yōu)秀，本文通過(guò)分析冶煉的過(guò)程，對(duì)相關(guān)的工藝流程進(jìn)行優(yōu)化，進(jìn)一步提高了冶金質(zhì)量和鋼水的純度。對(duì)于撫順特鋼來(lái)說(shuō)，該研究能夠顯著提高其生產(chǎn)效率和產(chǎn)品的質(zhì)量。爐外精煉與成分微調(diào)真空精煉的作用和目的真空精煉和真空解壓裝置的使用給對(duì)鋼和合金凈化過(guò)程的研究提供了前提條件。真空精制工藝是用來(lái)減少鋼的總氧的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的，在真空中，碳脫氧是在鋼渣界面下的淺層與鋼渣界面接觸的取鍋壁上運(yùn)行的，吹氬可以使煉鋼的組成和溫度均勻化，促進(jìn)中間物的滑移，提高脫氧反應(yīng)的質(zhì)量，使煉鋼的下部處于非?；钴S的狀態(tài)，補(bǔ)充和減少真空脫氣所帶來(lái)的不足，加速真空脫氣反應(yīng)[3]。煉鋼的成分微調(diào)工藝煉鋼的成分主要受到下方因素的影響：（1）元素調(diào)整：相關(guān)的值越小，和對(duì)應(yīng)值的差異就越低。相關(guān)的值越大，和對(duì)應(yīng)值的差異就越高。（2）元素產(chǎn)量：每一種合金的產(chǎn)量都是存在差異的?？刂茦?gòu)成最重要的是正確記錄要素的輸出。（3）煉鋼重量：不準(zhǔn)確的煉鋼重量是引起組成偏差的重要因素。（4）合金的質(zhì)量分?jǐn)?shù)和分析誤差：合金元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)和分析誤差必然會(huì)影響到元素的控制精度。（5）冶金過(guò)程的影響：碳和硅受冶金過(guò)程的影響很大。如果在低碳鋼中錯(cuò)誤混入渣的話，在出鋼的工程中會(huì)添加碳，碳會(huì)對(duì)淬火性產(chǎn)生很大影響。用電弧爐微調(diào)時(shí)，為了防止出鋼的切斷和氣化，確認(rèn)爐渣中含有游離碳是很重要的。硅也是深受渣影響的元素，鋁的種類和量也會(huì)影響硅的產(chǎn)量，所以需要注意冶金的過(guò)程和爐渣的狀態(tài)[4]。（6）殘留元素的影響：鎢、鉬、鎳等部分元素不受鋼控制，因此在微調(diào)前需仔細(xì)分析，便于之后對(duì)硬度的識(shí)別。煉鋼工藝發(fā)展影響因素分析鋼鐵企業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)階段2016—2017年期間，全國(guó)的粗鋼生產(chǎn)能力降低了一億噸左右，2018年期間，根據(jù)政府工作報(bào)告顯示，全國(guó)的鋼生產(chǎn)能力再次降低三千萬(wàn)噸，同時(shí)預(yù)計(jì)2018年年底之前可以實(shí)現(xiàn)國(guó)家制定的目標(biāo)，對(duì)粗鋼的生產(chǎn)能力降低1.5億噸。結(jié)合國(guó)務(wù)院制定的戰(zhàn)略部署方案和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀，工信部門制定并發(fā)布有關(guān)辦法，從2018年元旦開(kāi)始正式實(shí)施。其中明確指出，各個(gè)地區(qū)鋼鐵企業(yè)推出轉(zhuǎn)爐建設(shè)，用電爐也可以進(jìn)行有效取代。因?yàn)閲?guó)家針對(duì)采暖階段進(jìn)行了明確的限產(chǎn)規(guī)定，都是充分結(jié)合高爐的生產(chǎn)情況來(lái)決定的，因此在此期間，所有的廢棄鋼電爐企業(yè)都不會(huì)限產(chǎn)或受到任何影響，不過(guò)對(duì)于轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)企業(yè)來(lái)說(shuō)，也可以通過(guò)多種不同的方式增加廢棄的鋼材，由此實(shí)現(xiàn)保產(chǎn)增肥的效果[5]。但是因?yàn)楦郀t轉(zhuǎn)爐的過(guò)程中，會(huì)排放大量的碳，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)所有廢棄鋼電爐的短流程，加上我國(guó)碳排放權(quán)益交易市場(chǎng)得到不斷完善和優(yōu)化，國(guó)家針對(duì)鋼鐵工業(yè)制定了相應(yīng)的碳排放優(yōu)惠政策，也會(huì)為電爐短流程企業(yè)的運(yùn)行提供支持和幫助[6]。2018年3月，第十三屆全省人民一次會(huì)議正式召開(kāi)，會(huì)后李克強(qiáng)總理接見(jiàn)了國(guó)內(nèi)外新聞?dòng)浾撸瑫r(shí)針對(duì)我國(guó)鋼鐵生產(chǎn)的質(zhì)量發(fā)展趨勢(shì)提出自己的看法：要時(shí)刻堅(jiān)持轉(zhuǎn)型升級(jí)。工信部也明確表示，會(huì)加大對(duì)電爐煉鐵開(kāi)發(fā)項(xiàng)目的研究力度，為短工藝流程電爐煉鐵提供切實(shí)有效的政策環(huán)境，同時(shí)從三個(gè)角度出發(fā)，結(jié)合布局、轉(zhuǎn)型以及新品種等三個(gè)方面為切入點(diǎn)，由此推動(dòng)我國(guó)鋼鐵企業(yè)的長(zhǎng)久和穩(wěn)定發(fā)展[7]?？偠灾?，如果我國(guó)供應(yīng)側(cè)結(jié)構(gòu)改革的方向不發(fā)生任何變化，國(guó)家也堅(jiān)決要改變產(chǎn)能過(guò)剩的現(xiàn)象，必然會(huì)推動(dòng)我國(guó)鋼鐵企業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展和轉(zhuǎn)型，低碳綠色發(fā)展將會(huì)是必然的發(fā)展方向，對(duì)于煉鐵工藝當(dāng)中的節(jié)能保護(hù)等技術(shù)，則要做到加大研究和分析的力度，積極引進(jìn)和充分運(yùn)用全廢鋼電爐等短工藝技術(shù)，這些都是我國(guó)政策發(fā)展的最終目標(biāo)。中國(guó)鋼鐵工業(yè)流程結(jié)構(gòu)存在動(dòng)態(tài)調(diào)整目前，結(jié)合全球發(fā)達(dá)國(guó)家的鋼鐵企業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀和整體趨勢(shì)可以看出，隨著產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展速度不斷加快，廢鋼資源得到充分積累，所以電爐煉鐵是未來(lái)發(fā)展的必然方向。如今已經(jīng)呈現(xiàn)出工業(yè)化的發(fā)展趨勢(shì)，并且在中后期才可以看出粗鋼的產(chǎn)量峰值[8]。不過(guò)結(jié)合三個(gè)國(guó)家和地區(qū)的電爐煉鋼發(fā)展史來(lái)看，電爐煉鋼的比例從最初的10%提高到30%，這其間消耗了25-30年的時(shí)間，隨著價(jià)格的不斷波動(dòng)和下調(diào)，電爐煉鋼的比例之所以能得到有效提高，其中的阻力所占比例達(dá)到三至五成。我國(guó)鋼鐵產(chǎn)業(yè)在發(fā)展的過(guò)程中已經(jīng)經(jīng)過(guò)了大規(guī)模膨脹的階段，但是因?yàn)槲覈?guó)粗鋼的產(chǎn)量慢慢轉(zhuǎn)向峰值區(qū)域，中后期呈現(xiàn)出前所未有的發(fā)展，廢舊鋼材資源相對(duì)充足，所以，使用電爐煉鋼的比例得到顯著提高，我國(guó)鋼鐵產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)逐漸呈現(xiàn)出動(dòng)態(tài)化的發(fā)展趨勢(shì)[9]。電爐鋼發(fā)展的外部基礎(chǔ)條件完善2012年期間，制造業(yè)和信息化建設(shè)部門陸續(xù)出臺(tái)相關(guān)管理辦法，如今已經(jīng)對(duì)五批具有市場(chǎng)準(zhǔn)入標(biāo)準(zhǔn)的180多家公司進(jìn)行了公示，同時(shí)針對(duì)廢舊鋼鐵加工企業(yè)提出的準(zhǔn)入申報(bào)制度進(jìn)行全面實(shí)施，從動(dòng)態(tài)的角度出發(fā)實(shí)施監(jiān)督和管理，這就意味著我國(guó)廢棄鋼鐵企業(yè)已經(jīng)逐漸趨于標(biāo)準(zhǔn)化的管理模式。除此之外，我國(guó)廢鋼鐵應(yīng)用協(xié)會(huì)已經(jīng)針對(duì)其中的67家廢棄鋼鐵機(jī)械加工公司進(jìn)行了深入考核，同時(shí)陸續(xù)獲得相關(guān)榮譽(yù)稱號(hào)，這些公司每年加工的廢棄鋼產(chǎn)品高達(dá)5000萬(wàn)噸，說(shuō)明我國(guó)已經(jīng)形成了相對(duì)完整的廢棄鋼機(jī)械加工體系[10]。因?yàn)槲覈?guó)政府在不斷加強(qiáng)去產(chǎn)能核查的力度，注重環(huán)境的檢查，其中一些不符合要求的企業(yè)已經(jīng)采取了停工或限產(chǎn)的措施，特別是隨著地條鋼企業(yè)的全面清除，原先位于灰色地帶的廢棄鋼材資源慢慢恢復(fù)，回到正常流通的區(qū)域，當(dāng)前我國(guó)鋼鐵工業(yè)的廢棄鋼材資源量得到顯著提高。廢鋼，特別是輕薄的材料，報(bào)價(jià)水平依舊整體盤底，但是因?yàn)槊禾慨a(chǎn)品的價(jià)格不斷上升，導(dǎo)致鐵水的成本同步上漲，由此提高企業(yè)對(duì)于廢棄鋼材的購(gòu)買意愿[11]。2017年年底，為了充分掌握廢棄鋼材資源，將退稅優(yōu)惠政策充分考慮進(jìn)去，大部分民營(yíng)企業(yè)都開(kāi)始加大改造的力度，同時(shí)致力于建設(shè)大型廢棄鋼材加工基地，如今，廢棄鋼材加工體系得到全面完善和優(yōu)化。隨著全國(guó)輸配電價(jià)格改革的實(shí)驗(yàn)順利實(shí)現(xiàn)，將政府的直接用電和用戶直購(gòu)電價(jià)，高耗能產(chǎn)業(yè)差別電價(jià)等充分結(jié)合起來(lái)，加大對(duì)各個(gè)政策的推廣和實(shí)施力度，對(duì)于合法經(jīng)營(yíng)的電爐冶煉鋼鐵公司則可以享受到更大的優(yōu)惠?？偠灾还苁菑U舊鋼資源，還是電力供需情況，電爐鋼的生產(chǎn)和發(fā)展條件都得到全面完善和優(yōu)化。隨著鋼材的生產(chǎn)和發(fā)展不斷趨于穩(wěn)定，以往因?yàn)槭艿匠杀居绊懚媾R停產(chǎn)的電爐鋼公司陸續(xù)投入生產(chǎn)，并且大部分產(chǎn)能置換項(xiàng)目也開(kāi)始投入到電爐的運(yùn)行和管理工作中。根據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，2017年年底，國(guó)內(nèi)外各個(gè)電爐設(shè)備制造商和10多座電爐企業(yè)形成良好的合作關(guān)系，這就意味著在不久的將來(lái)，市場(chǎng)在發(fā)展電爐時(shí)已經(jīng)形成了前所未有的信心[12]。中國(guó)轉(zhuǎn)爐煉鋼技術(shù)的重大進(jìn)步近年來(lái)，我國(guó)轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)煉鋼技術(shù)得到全面發(fā)展，我國(guó)轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)煉鋼技術(shù)呈現(xiàn)出前所未有的發(fā)展勢(shì)頭，這是因?yàn)槠髽I(yè)積極引進(jìn)并應(yīng)用先進(jìn)的技術(shù)設(shè)備。濺渣護(hù)爐工藝的優(yōu)化與完善隨著濺渣護(hù)爐工藝技術(shù)的不斷提高，爐齡得到進(jìn)一步改進(jìn)，由此促進(jìn)轉(zhuǎn)爐煉鐵技術(shù)的充分實(shí)現(xiàn)，通過(guò)增加爐齡，減少生產(chǎn)成本的同時(shí)，還有助于提高旋轉(zhuǎn)高爐的整體產(chǎn)量，對(duì)于濺渣護(hù)爐工藝來(lái)說(shuō)，其中的基本原理就是借助高速氮，對(duì)剩余的焊渣成分進(jìn)行調(diào)整，最終得到濺渣層，可以對(duì)爐襯壽命表面的熱氧化進(jìn)行合理控制，避免在高溫的環(huán)境下，焊渣對(duì)磚塊的表層造成腐蝕，使用濺渣護(hù)爐工藝之后，將殘磚的厚度侵蝕到50厘米的厚度之內(nèi)，此時(shí)，爐壁冷卻溫度以及爐內(nèi)鋼渣層所具備的導(dǎo)熱性能呈現(xiàn)出平衡的狀態(tài)，這時(shí)，不管是爐襯壽命還是融合層都不會(huì)輕易遭到腐蝕，伴隨著爐齡的不斷增加，爐襯壽命的厚度可以保持穩(wěn)定不變，當(dāng)前國(guó)內(nèi)外大部分鋼廠都此為基礎(chǔ)，開(kāi)發(fā)出了大量的轉(zhuǎn)高爐進(jìn)行生產(chǎn)，從而可以大大提高爐齡，并高達(dá)3萬(wàn)爐以上，其中爐役時(shí)間和鋼產(chǎn)量不斷增加，防火料的損耗和鋼材成本不斷降低，對(duì)于我國(guó)轉(zhuǎn)爐濺渣護(hù)爐的工藝技術(shù)和相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)此進(jìn)行總結(jié)就可以得到以下幾點(diǎn)內(nèi)容：（1）結(jié)合冶煉鋼的種類以及生產(chǎn)方式之間的不同，需要選擇合適的濺渣工藝技術(shù)；（2）盡可能提高氮?dú)鈮毫?，?duì)濺渣工藝技術(shù)進(jìn)行完善和優(yōu)化；（3）選擇合適的濺渣時(shí)間，從而避免對(duì)爐襯壽命造成任何負(fù)面影響；（4）實(shí)現(xiàn)濺渣和補(bǔ)爐之間的充分結(jié)合，對(duì)濺渣的轉(zhuǎn)爐爐型進(jìn)行合理控制。長(zhǎng)壽復(fù)吹轉(zhuǎn)爐冶煉工藝使用長(zhǎng)壽轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)的大煉鋼鐵工藝技術(shù)后，由于轉(zhuǎn)爐爐齡大大提高，怎樣逐步拉長(zhǎng)爐底噴頭延壽，在高爐齡要求下實(shí)現(xiàn)100.0%的復(fù)吹比，是全球鋼鐵公司緊急要求破解的主要技術(shù)難題.雖然美國(guó)開(kāi)發(fā)了濺渣護(hù)爐工藝技術(shù)，卻沒(méi)有破解影響爐底噴頭延壽的主要技術(shù)困難.隨著爐齡增加后，復(fù)吹比明顯下降，最后決定取消復(fù)吹工藝技術(shù)。目前日本政府和西歐各國(guó)希望進(jìn)一步提高復(fù)吹效率，但并未大量使用濺渣護(hù)爐工藝技術(shù)。希望克服這一困難，中國(guó)國(guó)內(nèi)的鋼鐵企業(yè)開(kāi)發(fā)了利用爐渣蘑菇頭保護(hù)底吹透氣磚的先進(jìn)工藝科技，并順利破解了復(fù)吹轉(zhuǎn)爐爐底噴頭長(zhǎng)延壽的科技困難，使底吹噴火器延壽和轉(zhuǎn)爐爐齡增加了同步，并確保復(fù)吹比超過(guò)百分之一百，這也是我國(guó)對(duì)國(guó)際鋼鐵對(duì)生產(chǎn)科技發(fā)展的重大貢獻(xiàn)[13]。轉(zhuǎn)爐高效吹煉工藝近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外各大鋼企相繼進(jìn)行了提升旋轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)效率，增加供氧技術(shù)強(qiáng)度，以實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)吹煉的科學(xué)技術(shù)研發(fā)工作，并研制出了一系列旋轉(zhuǎn)爐的生產(chǎn)高效冶金工藝技術(shù)，使旋轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)效益大大地提高.劉瀏等人統(tǒng)計(jì)并分析了目前國(guó)內(nèi)外的大、中、小旋轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)效益情況.據(jù)分析，目前國(guó)內(nèi)外中小型旋轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)的作業(yè)率和資源利用系數(shù)都超過(guò)了大、中旋轉(zhuǎn)爐產(chǎn)量，一般的冶煉周期約為4.7min，最短時(shí)間可達(dá)3min，其主要原因是中小旋轉(zhuǎn)爐產(chǎn)品的輔助作業(yè)時(shí)限（如出鋼兌鐵時(shí)間）大大縮短，從而便于擴(kuò)裝。傳統(tǒng)看法認(rèn)為，提高旋轉(zhuǎn)爐的生產(chǎn)供氧技術(shù)強(qiáng)度主要受爐容比影響，而通過(guò)下列技術(shù)則能夠提高生產(chǎn)供氧技術(shù)強(qiáng)度，進(jìn)而使旋轉(zhuǎn)爐產(chǎn)量的效益顯著增加：（1）大幅度降低渣量，有利于少渣冶煉轉(zhuǎn)爐由于渣量的降低，而提升供氧技術(shù)強(qiáng)度；（2）通過(guò)優(yōu)化改進(jìn)氧槍構(gòu)造，增加噴火器化渣速率，以降低熔池的濺蝕和防止形成大量FeO粉塵，是進(jìn)一步提升供氧技術(shù)強(qiáng)度的關(guān)鍵；（3）通過(guò)從底吹強(qiáng)攪拌過(guò)程，促使初渣完全熔融，以達(dá)到渣鋼的反應(yīng)均衡，是增加熔池內(nèi)供氧工藝強(qiáng)度的主要基礎(chǔ)；（4）通過(guò)電腦終端動(dòng)態(tài)監(jiān)控，以達(dá)到不倒?fàn)t出鋼及增加出鋼口壽命，以壓縮出鋼時(shí)限，從而大大減少了旋轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)的輔助生產(chǎn)作業(yè)時(shí)限，也是進(jìn)一步提升旋轉(zhuǎn)爐產(chǎn)能效益的關(guān)鍵科技舉措[14]。實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)工程背景GCr15SiMn高碳鉻軸承鋼于1901年首次亮相，1913年在美國(guó)首次銷售（相當(dāng)于SAE52100）。幾十年的開(kāi)發(fā)后，由于其高耐疲勞性、高延展性、出色的耐磨性、適度的彈性和韌性以及一定的耐銹性，高碳鉻軸承鋼的完整系列逐漸形成和確立，并在全世界廣泛使用。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)is0683nxii-1976有5種鋼，美國(guó)、日本、德國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家也有相應(yīng)的規(guī)格[15]。撫順?shù)搹S于2006年9月啟動(dòng)了兩個(gè)新的30tlf鋼鐵廠，與從德國(guó)進(jìn)口的VOD合作制造了特殊鋼種。LF爐最大加熱速度為6K/min，平均處理時(shí)間80分鐘，處理效果：w[H]≤0.0002%，最低H-mass評(píng)分為1X10-6，S-mass分?jǐn)?shù)可能達(dá)到0.001%。二煉鋼現(xiàn)有的典型工藝路線如下：EAF-LF-VD（碳鍵、接合、軸承、彈簧及其他品種的生產(chǎn)線）；EAF-LF-VOD/VHD（不銹鋼、精制鋼、高-強(qiáng)度鋼、高溫合金等生產(chǎn)線）。將取鍋吊上LF處理線的鑄鋼車后，連接取鍋下部的送風(fēng)連接器，根據(jù)所需的煉鋼成分和溫度，進(jìn)行水中弧加熱、氣氬攪拌、合金化。白渣穩(wěn)定后，采集LF的完全分析樣品。在取樣之前，需要確認(rèn)各種合金完全熔化，且采樣必須是有代表性的。LF處理后的煉鋼成分達(dá)到了規(guī)格的下限，并且必須盡可能減少鋼中氧氣和硫的含量。經(jīng)過(guò)VD切割處理后，煉鋼的化學(xué)成分和氣體質(zhì)量分?jǐn)?shù)滿足鋼組成的要求，溫度測(cè)量適當(dāng)，吊出喂鋁終脫氧，最后在開(kāi)始澆筑。圖5-1是齒輪鋼在爐外的精制和冶煉過(guò)程流程圖。圖5-1爐外精煉冶煉齒輪鋼工藝流程圖實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮头椒ㄑ芯康哪康氖菍ふ液侠淼倪^(guò)程系統(tǒng)，改進(jìn)過(guò)程的技術(shù)過(guò)程指標(biāo)，系統(tǒng)地分析過(guò)程，建立數(shù)學(xué)模型。逐步回歸方法是被用作得出回歸方程式的主要技術(shù)手段。圖5-2示出了系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)分析和建模。圖5-2系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)分析和建模過(guò)程示意圖實(shí)驗(yàn)步驟確定變量分析系統(tǒng)從變量的設(shè)定開(kāi)始，具體的方法如下：（1）為了得到爐外精煉的環(huán)境，需要將研究對(duì)象從環(huán)境中分離出來(lái)。（2）考慮到整個(gè)系統(tǒng)，目前不說(shuō)明其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，只考慮輸出、輸入、過(guò)程相關(guān)的變量。收集原始數(shù)據(jù)收集100爐Gcr15SiMn鋼冶煉的原始記錄和高檔齒輪鋼DSCM419，另外包括50爐DSCM436H鋼冶煉記錄。從中心選取出異常的爐號(hào)，現(xiàn)場(chǎng)工作人員收集爐渣樣品、氣體樣品、各周期的溫度、添加鐵合金的時(shí)間、回收率。統(tǒng)計(jì)及逐步回歸分析在各精制階段，對(duì)冶煉參數(shù)、礦渣組成、氣體質(zhì)量分?jǐn)?shù)以及各種冶煉時(shí)間的元素回收率進(jìn)行了分析，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和逐步評(píng)估，以確定最佳的參數(shù)。制定試驗(yàn)方案依據(jù)回歸式生成最佳數(shù)據(jù)，設(shè)置相關(guān)計(jì)劃，在爐外的30t電爐中加熱齒輪鋼50次，精制，冶煉，從實(shí)驗(yàn)室中檢測(cè)相關(guān)的T.o及夾雜物，以此來(lái)確定最優(yōu)解。GCr15SiMn鋼最佳工藝參數(shù)確定LF精煉時(shí)間控制T.0與tAr回歸模型如下：T.0=3.7579×10-3tAr2-0.53tAr27.644式中，tAr為L(zhǎng)F吹氟加熱時(shí)間（LF精煉時(shí)間），min；tArmin為L(zhǎng)F最佳吹氬加熱時(shí)間，min；tArmin=70.5235min。圖6-1示出了tAr的分布情況。在圖中可以清晰LF的最長(zhǎng)加熱時(shí)間是110mi，最短的加熱時(shí)間則是40min，均時(shí)為75分鐘，約75%為60-90分鐘，通過(guò)觀察焦胺和焦油的分布，可以知道噴涂白鐵的LF的加熱時(shí)間是55-70分鐘。圖6-1LF精煉時(shí)間分布狀態(tài)圖出鋼溫度制度進(jìn)入LF煉鋼溫度和VD煉鋼爐的溫度與脫氧效率成正比。圖6-2所示為制鋼過(guò)程中溶鋼的溫度降低情況。其中，溫度最低下降為80K，溫度最高下降為145K，均溫下降為123K，溫度下降的峰值分布率也處在其中。其中，大約有80%的溫降在105-135K之間。圖6-2出鋼溫降分布狀態(tài)圖入VD爐溫度制度VD的過(guò)程溫降狀態(tài)如圖6-3所示，有接近80%的溫降處于90-110K之間，根據(jù)對(duì)GCr15SiMn的熔點(diǎn)、鑄造過(guò)程中的溫度降低情況的觀察，可以得出結(jié)論：VD爐的溫度約為1783k，VD過(guò)程中的冷卻應(yīng)計(jì)算為100k，VD爐內(nèi)的溫度必須在1863-1893K之間。圖6-3VD過(guò)程溫降分布圖圖6-4顯示了爐外精煉過(guò)程的溫度發(fā)展?fàn)顩r。三條曲線分別是溫度的平均值和極限值。其中，觀察到進(jìn)入LF爐和VD爐的鋼水溫度波動(dòng)較大，因此，必須嚴(yán)格按照上述工藝溫度進(jìn)行操作，以提高溫度控制的穩(wěn)定性，要充分保證操作的規(guī)范化。圖6-4精煉過(guò)程溫度走向圖合金加入制度通過(guò)完全控制原料的合金組成，可以減少LF-VD的合金化工作，完全實(shí)現(xiàn)脫硫、脫氣以及爐內(nèi)夾雜物的精制功能。LF中熔鋼的組成，也就是大致的調(diào)整組成，Si和Cr越高，Mn越低，有助于降低鋼的氧含量和質(zhì)量。所以，粗調(diào)整成分Si和Cr必須根據(jù)規(guī)格的中間界限進(jìn)行調(diào)整，Mn則按規(guī)格下限來(lái)設(shè)定。真空及氬氣制度氬是一種對(duì)鋼具有不溶性的惰性氣體。在將氬通過(guò)換氣裝置吹進(jìn)鋼液后，會(huì)形成很多小氣泡。對(duì)煉鋼過(guò)程中的H、O、N，等同于在真空室內(nèi)去除它們以達(dá)到解壓目的。因此，鋼包吹氬精煉的加工原理與真空解壓原理相同，從動(dòng)力學(xué)條件的觀點(diǎn)來(lái)看，效果會(huì)更大。此外，通過(guò)氬氣泡的流動(dòng)攪拌鋼水，分散在鋼水中的小夾雜物可以的得到充分的碰撞、從而在吸附后得以祛除，加快了夾雜物的上游速率。作為L(zhǎng)F主要的精制工序之一，鋼包底部的鋁箔攪拌技術(shù)，對(duì)鋼中的非金屬夾雜物和有害氣體的去除有著較好的效果，對(duì)化學(xué)成分的均質(zhì)化也有很大的效果。在氬精煉中，煉鋼、耐火鍋、精煉爐渣之間的物理和化學(xué)反應(yīng)可能不利于去除鋼中的夾雜物。如果煉制過(guò)程中的一些參數(shù)沒(méi)有被適當(dāng)控制，則會(huì)導(dǎo)致鋼中夾雜物含量的增加。所以，為了提高多邊形攪拌的提煉效率，必須根據(jù)煉鋼和爐渣的情況，選擇適當(dāng)?shù)膲毫?、流量、吹氬時(shí)間等。圖6-5為撫順?shù)搹S第二煉鋼廠LF精煉使用不同燒成時(shí)間時(shí)，95%鋼包混合時(shí)間與氬氣流量的關(guān)系。圖6-5吹氬攪拌間、氬氣流量與鋼液95%均勻之間的關(guān)系試驗(yàn)結(jié)果及討論上述參數(shù)提出的過(guò)程方案是用來(lái)熔化鋼的。表6-1表示相關(guān)總氧含量?？傃鹾康钠骄禐?0.62X10-6，范圍為8X10-6-14X10-6。表6-2中顯示包含的級(jí)別，結(jié)果比以前的成績(jī)要好。表6-1全氧質(zhì)量分?jǐn)?shù)分布表（50爐）全氧質(zhì)量分?jǐn)?shù)/10-6≤9≤10≤11≤13≤15≤20試驗(yàn)工藝T.0分布/%29.1754.1764.5895.83100100原工藝T.0分布/%20.2144.2352.6982.2293.12100表6-2夾雜物級(jí)別工藝制度檢驗(yàn)批數(shù)A/級(jí)C級(jí)D級(jí)細(xì)粗細(xì)粗細(xì)粗試驗(yàn)工藝1380.100.410.20000原工藝1260.1690.640.38000.106齒輪鋼冶煉工藝與實(shí)踐試驗(yàn)結(jié)果及分析渣的堿度對(duì)脫氧的影響爐渣中的fe0-mn0等氧化物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)低，冷卻后的爐渣是白色。根據(jù)理論計(jì)算和分析，這種中低碳鋼的煉鋼處理溫度為t1877K。在白色殘留物的操作和特定組成條件下，堿性高，氧氣的質(zhì)量分?jǐn)?shù)低。由于充分的擴(kuò)散脫氧，爐渣中的fe0-mn0等氧化物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)減少，相應(yīng)地爐渣的堿度增加，鋼中的氧的質(zhì)量分?jǐn)?shù)減少。因此，為了不降低渣的堿度，通常不添加硅粉末以在制造時(shí)脫氧渣表面。實(shí)踐表明，通過(guò)實(shí)際的精制而生成的高堿度鋼渣可以保持白鋼渣的穩(wěn)定，維持低氧質(zhì)量分?jǐn)?shù)，但是為了避免流動(dòng)性的降低，堿度不能過(guò)高。鋼中殘余鋁對(duì)脫氧的影響為了進(jìn)一步減少鋼中氧氣的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，鋁線會(huì)被送去包裝以進(jìn)行深度脫氧。煉鋼中鋁和氧的反應(yīng)分為兩個(gè)部分：一個(gè)是與鋼的溶解氧反應(yīng)，另一個(gè)是與氧化物FeO、MnO、二氧化硫反應(yīng)形成三氧化二鋁。在渣的流動(dòng)性和還原性良好的情況下，主要與溶解氧反應(yīng)。統(tǒng)計(jì)分析后，在規(guī)定范圍內(nèi)，鋼中的氧的質(zhì)量分?jǐn)?shù)與鋁的質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈線性關(guān)系，必須排除煉鋼中的脫氧產(chǎn)物三氧化二鋁。因此，在精制過(guò)程中需要注入適當(dāng)量的氫。另外，由于注入氫的強(qiáng)度，鋼的水面露出，鋼中所含的三氧化二鋁必須不被除去。真空度和澆注過(guò)熱度對(duì)脫氧的影響在特定的化學(xué)成分和溫度條件下，氧氣的質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨著VD真空度的降低而降低。因此，在實(shí)際操作中，為了確保碳和氧在高真空下的充分反應(yīng)時(shí)間，必須將真空度控制在小于67PA的范圍內(nèi)，并保持在小于最終真空度的10分鐘內(nèi)。延長(zhǎng)真空時(shí)間對(duì)于最大化從鋼中除去氣體也是有益的，允許夾雜物聚集、生長(zhǎng)、懸浮在鋼中。抽真空后，減少煉鋼過(guò)熱不僅可以減少煉鋼在高溫下的吸引力，可以減少煉鋼中的二次氧化，還可以減少鋼中氧氣的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。爐外精煉過(guò)程成分微調(diào)工藝齒輪鋼的淬火性是其最重要的成果。淬火性或狹窄的淬火性帶寬的變動(dòng)與齒輪的熱間及冷間加工性、熱間加工后的變形、磨削、組裝、驅(qū)動(dòng)操作的品質(zhì)及壽命有關(guān)。目前控制淬火帶寬的方法是改良鋼的組成，縮小鋼的主要組成范圍。合金元素成分微調(diào)工藝取鍋合金是爐外精制過(guò)程的中間環(huán)節(jié)。這是從電爐到取鍋的過(guò)程，是取鍋內(nèi)復(fù)雜的物理和化學(xué)變化的過(guò)程，是連接過(guò)去和未來(lái)的重要過(guò)程。供給順序，供給溫度，比列尺寸，對(duì)取鍋的合金和成品率有很大的影響。表7-1為DSCM436鋼精煉過(guò)程合金元素回收率。表7-1DSCM436鋼精煉過(guò)程合金元素回收率（30爐）過(guò)程加入次數(shù)/次Si回收率/%加入次數(shù)/次Mn回收率/%加入次數(shù)/次Mo回收率/%加入次數(shù)/次高Cr回收率/%加入次數(shù)/次低Cr回收率/%LF3573.402392.122893.68791.62795.6VD過(guò)程1071.871592.641396.761094.05795.9VD后1996.552495.46696.6895.251989.07合金在進(jìn)入VD前約10分鐘被添加，在出了VD爐后采樣。VD后，即VD爐后合金組成的最后微調(diào)時(shí)間。從表5.1可以看出，由于煉鋼的氧化能力高，硅容易氧化，所以在LF中硅的回收率為73.4%，VD過(guò)程中硅的回收率略有改善。錳、鉬、鉻的回收率在整個(gè)精制過(guò)程中超過(guò)了95%。正確把握合金回收率，盡可能使VD前后的合金組成接近每天的基準(zhǔn)值，將VD爐后的組成的微調(diào)量控制在最小限度，減少與目標(biāo)值的偏差。碳元素調(diào)整工藝碳在冶金過(guò)程中會(huì)受到較大的影響，碳粉末的回收率比合金滲碳低，不穩(wěn)定。圖7-1表示碳回收的分布。加熱器約60%的碳回收率約為40%。撫順?shù)搹S第二鋼鐵廠的齒輪鋼鐵廠是以一定的碳組成運(yùn)轉(zhuǎn)的（碳元素的上限和下限是0.02%）。其在一定程度上增加了熔融的難度，但是保證了嚴(yán)格的淬火性要求。因此，理解增加碳的法則非常重要。圖7-1Lr過(guò)程碳回收率分布過(guò)程精煉過(guò)程元素變化規(guī)律脫氧和大致的組成調(diào)整后，煉鋼達(dá)到一定的溫度，為了真空泵處理進(jìn)入VD爐。（1）精制過(guò)程中碳的變化在特定條件下，碳和氧的反應(yīng)比鐵和氧的反應(yīng)更活躍。圖7-2齒輪鋼VD過(guò)程增碳量分布圖從圖7-2可以看出，在低碳鋼的VD過(guò)程中，加熱器的約90%被滲碳，加熱器的約60%被滲碳0.02%。所以，在進(jìn)入VD爐之前，除了將VD后微調(diào)的合金浸炭外，還必須確保0.02%和0.03%的碳成分，以確保一定的碳成分。滲碳的原因是耐火鍋由鎂碳磚引起的。鎂碳磚含有14.18%的碳，冶煉過(guò)程被鋼渣腐蝕，鋼渣中的鎂和鋼的碳增加。（2）精煉過(guò)程合金元素變化規(guī)律VD爐是真空解壓裝置，其主要功能是去除鋼中的H、N等有害氣體。它可以減少2X10-6以下的煉鋼氫。同時(shí)，部分脫氧、脫硫、組合物的微調(diào)、含有物的變性也是可能的。VD爐處理后的煉鋼純度進(jìn)一步提高，容器處理前的煉鋼溫度十分高。除了Ti、Al、B以外，化學(xué)成分都必須滿足內(nèi)部控制標(biāo)準(zhǔn)，鋼中必須含有一定量的酸可溶性鋁。真空處理是冷卻過(guò)程，溫度下降的話，ai-o平衡崩潰，發(fā)生Al-O反應(yīng)，生成A1203的二次封裝體。煉鋼中的酸性可溶性鋁減少30.50%。生成的A1203夾雜物在真空攪拌作用下浮在爐渣上，進(jìn)一步精制煉鋼。圖5-3示出了在撫順?shù)撹F廠的第二煉鋼過(guò)程中齒輪鋼精制過(guò)程中硅的變動(dòng)規(guī)則。圖7-3過(guò)程硅變化量分布圖硅的變動(dòng)分布如圖7-3所示。從圖7-3可以看出，VD過(guò)程中熱的約60%的硅還原由0.01~0.02%構(gòu)成。經(jīng)過(guò)分析VD前后的渣樣品，加權(quán)硅大幅增加。在VD過(guò)程的初期階段，如果真空度不高，碳的脫氧能力不超過(guò)硅的脫氧能力，硅就會(huì)與鋼中的氧反應(yīng)形成二氧化碳。在真空條件下，一氧化碳的分壓決定了碳的脫氧能力。1873K的一氧化碳分壓為100KPA時(shí)，碳的脫氧能力比錳大，比硅小。在10KPA中，碳的脫氧能力超過(guò)了硅。低碳鋼、低碳質(zhì)量、10KPA中碳還原的硅很少。鉻、錳、鉬等其他元素沒(méi)有太大變化。結(jié)語(yǔ)根據(jù)對(duì)撫順特鋼30t電爐-爐外精煉冶煉工藝流程的研究，得出以下結(jié)論：（1）將撫順特鋼的30t電爐的精煉及冶煉過(guò)程在最初的爐外進(jìn)行優(yōu)化，取得了最佳的工藝參數(shù)。（2）適當(dāng)?shù)拿撗豕ば蚴谴_