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“铁合金与电热冶金”研究梯队简介
发布时间:2011-5-22    立即打印    

梯队负责人:  储少军 教授

梯队成员: 储少军许中波张克强张永超,章俊

梯队简介:

电热过程是电能转变为热能的过程。在金属的冶炼、精炼、熔融或合金化等过程中都要用到电炉。电炉有电阻炉、电弧炉和感应炉等,在这些电炉中电流通过炉料电阻或产生电弧,或因电感应而转变为热。电热冶金包括电弧炉炼钢,矿热炉冶炼铁合金(还包括黄磷、电石)以及电渣重熔等冶金过程。

早在五十年代,北京科技大学的前身——北京钢铁学院,成立了国内第一个电冶金研室,在已故教授朱觉先生的带领下,在周进华、刘海洪等老师的积极努力下,该教研室解决了铁合金与电热冶金研究方向的大量技术难题,为当时我国的钢铁工业生产出了重大贡献

进入21世纪,中国已成为世界钢铁工业的中心,随着钢铁生产的快速发展,我国在世界铁合金工业领域中的地位得到提高,成为世界铁合金第一生产国和出口国。同时,其它电热冶金行业,比如电渣重熔、电熔刚玉、电熔镁、电石、黄磷等也随着经济的发展产量得到很大的提高。铁合金与电热冶金工业的发展必然面临着技术装备与工艺的提高,从而对冶金科研工作者提出了更高的要求。

铁合金与电冶金学术梯队继承了老一辈科技工作者理论联系实际的科研作风,长期从事铁合金与电热冶金学科领域的科研和教学活动,积极与国内铁合金企业和设计单位合作,在该领域做出了一定的贡献。

代表性研究内容或成果:

1高功率矿热炉与硅锰合金低渣比冶炼工艺研究

该工艺从矿热炉极区功率密度、配矿原则和炉前操作制度三方面提出了硅锰合金低渣比冶炼工艺的技术要点。依据“高有功功率”矿热炉的设计思想,对6.3MVA硅锰矿热炉进行了技术改造。改造后的5.6MVA矿热炉冶炼65MnSi17产品的生产技术经济指标为:入炉锰矿综合品位Mn%=32~33,Al2O3含量小于13%的原料条件,Mn、Si回收率分别达到85~88%和54~57%,渣铁比可控制在0.85左右,平均矿耗低于2.3吨/吨,冶炼电耗平均不超过4200kwh/t,日产量可达到31吨以上。

2)复合脱氧铁合金自然粉化行为研究

上个世纪八十年代以来,我国在炼钢工艺中已广泛使用复合脱氧铁合金,SiAlFe铁合金被视作替代纯Al脱氧的一种复合强脱氧剂,已列入国家铁合金标准。生产实践表明,SiAlFe铁合金产品经常出现自然粉化的现象,并伴随少量有毒、易爆气体的溢出,不仅影响到使用效果,而且给产品的仓储和运输造成安全隐患。因此,研究解决SiAlFe铁合金的自然粉化问题是一项有重要意义的工作。

现场生产实践调研与实验室工作表明,杂质元素CP含量对SiAlFe铁合金粉化的影响作用与该合金的生产方法和含Al量的高低有关。正交实验结果表明,勾兑法生产的SiAlFe铁合金,不粉化的SiAlFe中含P量应小于0.03%,而C元素含量在低于0.7%的范围内与铁合金粉化与否无必然联系。矿热炉电热法冶炼的SiAlFe铁合金产品发生粉化的原因除杂质元素P的影响外,主要是冶炼过程产生的中间产物Al2OC本身或者是其转变为最终产物Al4C3引起的。

在以上研究工作基础上,针对四川玉典电冶有限责任公司和河南焦作王封钢联铁合金有限责任公司存在的SiAlFe铁合金发生粉化产品质量问题,开展了铁合金熔体的炉外精炼和浇注工艺改进等工业生产试验,取得了抑制SiAlFe铁合金粉化的预期效果。

3)低电阻测量装置开发及其在冶金中的应用

1)电阻测量用于钢帘线性能检测的研究

电阻分析方法在金属材料研究中早已应用过。然而,利用拉拔钢丝电阻率变化规律判断不同质量盘条拉拔性能仍然是一项新的探索性工作。本研究工作通过进行青钢盘条与浦项盘条对比实验,在名义电阻率测量方面对两者盘条的质量和拉拔性能进行评测。通过对钢丝拉拔各道次名义电阻率的测量发现,在回火胎圈钢丝拉拔过程中,随着总压缩率的提高,钢丝“名义电阻率”出现先降、后升的变化规律。名义电阻率愈低,或者电阻率开始升高时的总压缩率值愈大,则表示该盘条的拉拔性能越好。由于进行钢丝电阻测量的钢丝长度达10 m,能减小一般检测钢丝内在质量的取样误差。因此,电阻率测量提供了一种不同质量盘条可拉拔性能的测量方法,尤其对回火胎圈钢丝的生产更为明显。

(2)低电阻仪用于熔体结构测量的研究

脉冲处理作为改善金属材料组织的一种方法,多年来一直是一个研究热点。在对电脉冲处理金属熔体的研究中发现,电脉冲可以改变凝固组织,细化晶粒,并且在金属熔体结构理论上有关学者也做了很多探索。对于凝固组织的改变,有的学者解释是电脉冲导致熔体升温或局部过热,有的学者则认为是电脉冲导致熔体结构突变,但实验上都没有足够的证据,比如用拉曼光谱测脉冲后结构变化,但这只是表面分析,相关对熔体结构的检测也比较困难。考虑到电阻是对组织结构敏感的物理量,不同结构的熔体、固体有不同的电阻率,不管是升温还是结构突变都会导致电阻率因温度效应或结构效应变化,因此本研究采用电阻测量方法研究电脉冲对熔体结构的影响。为了扣除电脉冲过程温度变化对电阻率的影响,首先测量合金电阻率与温度的关系,进而研究温度对结构的影响。然后测量电脉冲对电阻率和温度的影响,判断电脉冲是否影响合金结构,效果如何,能否解释电脉冲对凝固组织的细化作用等。

4)吹氨冶炼高氮不锈钢新工艺研究

高氮不锈钢作为一种性能优良、节约环保的新型钢铁材料,目前日益受到人们的青睐。氮作为强烈扩大奥氏体区的元素,可以取代镍稳定奥氏体,大量减少非常昂贵的合金元素如镍、钴等的消耗,被认为是最有研究和开发价值的新材料之一。

本研究以冶金热力学为理论基础,从冶炼高氮不锈钢的的生产实际出发,借鉴氮化铁合金的的生产工艺和表面渗氮技术,经过分析论证了吹氨冶炼高氮钢不锈钢的耦合反应:NH3+3/2[O]=[N]+3/2H2O。与钢液吹氮气增氮的机理相比较,氨通过耦合反应分解产生的氮可能不受氮分子经吸附、界面化学反应两个限制性环节的制约,可以直接向钢液提高活性氮原子,起到快速增氮的效果。同时钢液中[O]含量不再是钢液中加氮的限制环节,相反,通过耦合反应可以促进氨的分解,更进一步提高钢液中活性氮原子的浓度,因此,吹氨加氮不但能够提高钢液的氮收得率,而且缩短了冶炼时间。

5)非平衡态热力学在冶金中的应用

非平衡态热力学是热力学发展的第二阶段,可分为线性非平衡态热力学和非线性非平衡态热力学,它们分别研究的是近平衡和远离平衡体系的性质和该体系发生不可逆过程时力学量间的关系。近年来已有少量文献报导研究冶金过程中非平衡态热力学的应用,如:乌克兰Камкина教授发表的文章题为不可逆非平衡态热力学的研究方法在冶金过程的应用 近些年,课题组应用非平衡态热力学建立了转炉炼钢脱碳过程的非平衡态热力学模型,该模型描述了整个冶炼过程中脱碳速度的台阶形特征和回锰现象。同时,应用该理论对钢液底吹氮气增氮的动力学过程进行研究,得到相应的增氮速率模型。

1)转炉炼钢脱碳过程的非平衡态热力学模型

2)吹氮气冶炼高氮钢的动力学研究

 

6)其它研究内容

铬铁矿的冶金性能和预处理技术、矿热炉二次补偿技术研究、电渣重熔用电制度优化研究、矿热炉冶炼过程自动化研究。同时课题组内许中波老师对冶金行业战略布局、宏观政策调控有自己独特的研究,详见http://www.txlm999.com/seeinfo.asp?id=2426

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