关键词： 废钢预热   数值模拟   纯氧燃烧   转炉   天然气  

摘要： 在双碳目标与铁矿石对外依存度过高的双重背景下,“多用废钢,少用矿石”对我国钢铁行业循环发展具有重要意义。近几年内,提升转炉废钢比仍是我国钢铁企业降低碳排放、有效利用废钢资源的重要途径。废钢预热是长流程提高废钢比最有效的技术手段之一,目前已成为各钢铁企业的试验研发热点。相较于炉外预热废钢技术,转炉内预热废钢可避免热物料输运、能量散失等问题,具有更高的废钢温度与能源利用效率。据此,本文研究团队提出了转炉内燃烧煤气加热废钢,从而提高转炉冶炼废钢比的工艺思路,并与国内企业开展了专用氧燃枪及配套装置的开发,在该企业60 t转炉上进行了初步热试。 为了确定转炉内预热废钢的工艺特点以及与转炉生产冶炼联动的预热参数,本文以该企业60t转炉为研究对象,对废钢预热目标温度进行了理论分析计算;并使用计算流体力学方法(CFD)模拟转炉内预热废钢过程中的气流运动规律、气固换热及温度变化情况。模型中将废钢近似看作均匀多孔介质,并引入废钢氧化过程放热量作为自定义函数(UDF)进行求解。论文主要研究结果如下: (1)根据某企业60t转炉实际生产冶炼的物料与能量平衡关系,讨论了转炉高废钢比冶炼时的废钢预热目标温度。对于该转炉,如果将废钢比提高到25%以上,即加入16 t废钢时,废钢预热目标温度应为1048K。 (2)模拟计算结果表明:天然气纯氧助燃条件下预热废钢,气流温度较高,气流中心可达3000K以上,20min之内可将16t废钢预热至目标温度,能够实现快速预热废钢,此时的燃气利用效率约为45%。 (3)通过模拟计算,对比了两种喷头形式的氧燃枪预热废钢的效果。四喷孔燃枪的气流冲击能力较弱,但预热范围大,废钢温度分布相较均匀;单喷孔燃枪的气流冲击能力强,废钢加热速率较快、温度高,但废钢温度分布均匀性较差;单喷孔燃枪炉底气流温度过高,可能会造成炉底耐火材料的热侵蚀。 (4)通过调整如预热枪位、燃枪喷口夹角、燃气流量等工艺参数可改变废钢预热效果。枪位较高时,废钢预热范围较大,废钢温度分布相较均匀。随枪位降低,废钢加热速率加快、温度升高,可缩短预热时间,但废钢温度分布均匀性变差;氧燃枪喷头角度较小时,废钢加热速率快、温度高,随喷头角度增加,废钢加热速度减小。喷头角度过大或过小均会使废钢温度均匀性变差。对于本研究,喷头角度25°废钢温度分布相较均匀;燃气流量增加,废钢预热速率加快、温度高。将废钢预热至目标温度时,燃气流量每增加200Nm3/h,平均可缩短预热时间约203s。但燃气流量增大,燃气热利用效率降低,预热单位质量废钢的燃料消耗增加。 (5)废钢空隙度对气流在废钢区内部的流动与换热有较大影响:较小的空隙度不利于气流在废钢区域内部的流动与换热,而空隙度增大会减少气流在废钢区域的停留时间;当转炉装入废钢质量一定时,废钢空隙度越大则料堆越高,下部废钢预热效果较差,废钢平均温度、燃气利用率较低。当废钢装料高度降低、空隙度很小时,气体不易进入料堆内部换热,使废钢温度均匀性较差。对于本文研究的60t转炉,装料高度为1.304 m、空隙度为0.809时,炉内气流分布相较均匀,废钢预热效果较优。

关键词： 废钢   冷模实验   融化   混匀   凝固  

摘要： 2020年我国提出要在2030年之前实现二氧化碳排放达峰,并在2060年实现碳中和的目标。中国钢铁行业碳排放量占全国碳排放是碳排放量最高的产业。钢铁产量逐年增加,但是生产却依然有很多缺陷存在。废钢是重要的可再生资源,可以有效提升钢铁产能、降低铁矿石的消耗、减少能耗以及成本等。在实际生产中废钢和生铁同时加入转炉时,废钢先于生铁块熔化,出钢后生铁块凝于底部,影响精炼过程中碳含量。因此,通过研究废钢的熔化机理,提升转炉废钢比,提高产品质量。本文使用不同质量百分比的氯化钾溶液冷冻制作成冰样模拟不同的废钢,将冰样放在小型熔池中静置融化,探究小型熔池中浓度差对冰样融化的影响;将冰样放置在中型熔池中,探究气体流量对冰样的融化与混匀影响。在样品的融化过程中发现饱和氯化钾溶液底部存在分层,将不同浓度的氯化钾溶液装入模具中,研究对其凝固过程以及偏析程度,评估成分不同的样品,主要结论如下:1)在不同熔池中融化时,非饱和氯化钾溶液制作的球形冰样的融化形貌几乎是球形或椭球形,而圆柱形的冰样融化时顶部细,底部粗。饱和氯化钾溶液制作的冰样在融化时会出现分层现象,在中型熔池中可以看到表面冰片的剥落。2)在小型熔池中融化时,熔池的导温系数是冰球在亚共晶侧的熔池中氯化钾溶液中融化的主要影响因素。熔点是饱和氯化钾溶液制作的冰样在过共晶侧的熔池中融化的主要影响因素。导温系数是不同质量分数的氯化钾溶液制成的冰样融化的主要影响因素。3)对于中型熔池中饱和氯化钾溶液制作的冰样的混匀实验中,顶部和底部各监测点的电导率变化趋势相似。此外,示踪剂到达底部监测点的时间随着气体流量的增加而缩短。4)不同质量分数的氯化钾溶液的凝固过程与其在相图的位置相关。溶液在球形模具中凝固时,亚共晶一侧的冰样顶部氯化钾含量低于原溶液中氯化钾含量,过共晶一侧的冰样底部的氯化钾高于原溶液中氯化钾含量。不同质量分数的氯化钾溶液在圆柱形模具中凝固时的凝固结果与球形模具中相似。

摘要： 2022年1月13日，生态环境部固体废物与化学品管理技术中心、中国再生资源回收利用协会、博瑞（江苏）环保设备有限公司在京举行“废钢桶资源化利用环境管理暨‘低温烘干打磨一体化’技术应用研究”合作签约仪式。生态环境部固体废物与化学品管理技术中心总工程师韦洪莲在签约仪式上指出，废钢桶清洗作为一个十分重要但又门槛较低的行业，技术水平参差不齐，其环境影响和减碳贡献长期以来未受到足够的重视。

关键词： 农业机械   残膜回收   伸缩捡拾   圆捆打包   试验  

摘要： 地膜覆盖技术在棉花种植的过程中发挥着不可替代的作用。然而,当农田地膜长期呈现“投入大回收少”的状态后,引发了诸如土壤板结硬化、植株发育不良及“白色污染”等一系列问题,棉花产量也随之出现“拐点”并逐渐下降。为了回收残膜,目前国内已研究设计百余种收膜机构,但回收的残膜存在散乱堆积易漂浮、二次污染严重、运输成本高及现有的残膜压缩打包机能耗高、成型率低、易松散等问题,本文着力于推进残膜资源再利用,提高残膜的成捆密度,延长成捆周期,设计了一款经秸秆粉碎还田和残膜集条后可一次完成残膜捡拾、清选、输送及打包的残膜捡拾打包机。主要研究工作及结论如下:(1)集条残膜基本尺寸的测定。对棉秸秆粉碎还田及残膜集条后的农田环境进行了测定,主要包括集条残膜的宽度、厚度以及在集条长度为1m的采集区内土壤杂质、棉秸秆主秆和枝秆的平均含量,为机构的工作幅宽、作业深度及膜土分离与输送机构的设计提供数据支撑。(2)整机与关键部件的设计。根据前期对作业前农田环境的测定结果,确定了机构的整体设计方案。为了提高残膜捡拾效率、降低回收膜包中的杂质含量、缓解因残膜拥堵而出现缠辊现象,从核心部件的工作状况和残膜的受力运动状态出发,对挑膜机构的挑膜过程、残膜在振动输送机构上的运动过程以及残膜在成捆室内的运动进行了分析,确定了挑膜机构、振动输送机构的相关结构选型及设计参数,获得了推进膜芯快速形成的关键因素。(3)试制样机并进行田间试验。选取机具平均前进速度、捡拾滚筒转速、钢辊转速为试验因素,选择残膜捡拾率、成捆率作为试验指标,进行正交试验和方差分析。结果表明:当机具平均前进速度为4km/h,捡拾滚筒转速为60r/min,钢辊转速为300r/min时,残膜捡拾率为90.3%,成捆率可达98.4%。

关键词： 废钢料堆   深度学习   语义分割   双目视觉   立体匹配  

摘要： 钢铁工厂、钢铁产品报废、垃圾回收等多种途径会产生大量的不同种类的废钢,在废钢回收加工时,需要将对应的种类搬运到指定的位置。目前普遍的回收方式为作业人员操作抓取机器,对相应的废钢料堆进行回收搬运,这个方式的缺点是效率低,而且受很强的主观因素影响,不利于规范标准,同时废钢料场的空气中含有大量有害金属,严重危害作业人员的身体健康,若能开发一种智能的废钢料堆回收机器人,使其精确又快速地对当前废钢料场中的废钢料堆的位置进行检测和定位,使其24小时不断地工作,不仅能提高工作效率,同时也保护了作业人员的生命健康。本文以采集的光学成像的废钢料场的废钢料堆图像数据为研究对象,通过定位原理、深度学习和立体计算方法,对废钢料堆智能回收机器人的料堆定位方法进行了研究。本文主要致力于研究一种更高效精准的废弃钢料堆定位方式,以提升废弃钢料堆区域检测准确度,并着重进行了双目视觉系统设计、深度学习语义分割模型的构建、特征点获取与优化、定位算法的研发,以及进行了相关的程序设计,具体的研究内容包括:(1)基于手眼方案的分析和研究,针对废钢料堆回收机器人的工作方式,设计了眼在手的手眼系统;最后通过视觉定位原理,使用立体定位方案,选用双目视觉技术,并对双目系统硬件进行了选型,搭建了废钢料堆双目视觉定位硬件系统,并对废钢料堆定位机器人的工作坐标系进行了分析,从而设计了标定方案,完成了废钢料堆定位双目视觉系统的相机标定。(2)本文基于残差块、注意力机制和多尺度模型,采用了学习语义分割技能,建立了一个高度自适应的深度学习训练网络,能够使其在训练不同分辨率的图像数据时进行自动的增删网络层。并根据Adam以及SGD优化器的特性,开展了联合训练试验,最后实测结果显示,经过改良后的废旧钢铁料堆区域检测分割网络,能有效地应用于废钢料堆的区域检测,其识别平均m Io U分数达0.95,MPA达到了0.97,经过多次实验,选用测试分数最高的权重组合,可以将其作为废钢料堆区域分割检测的最优模型。(3)本文基于双目视觉测量原理对废钢料堆位置进行测量。首先采用直方图匹配法对左、右相机进行颜色矫正,以确保将同组图片的相同特征点提取,然后利用已训练好的废弃钢铁料堆区域检测模块对废弃钢铁料堆进行区域分割检测,输出废钢铁料堆区域;最后再利用SURF特征提取算法获得废钢区的SURF特征点,并使用RANSAC算法优化特征点的匹配;最后通过双目测量原理完成对匹配的特征点结果进行三维点云计算,并通过立方体拟合测量料堆的空间位置。(4)基于本文设计的定位算法,设计并搭建了废钢料堆双目定位框架,建立了接口函数,实现了对料堆的定位标注显示及三维空间定位,RMSE指标为364.2。

关键词： 废钢   铜砷   热塑性   热加工性  

摘要： 随着我国双碳目标的持续推进,废钢的重要性以其独有的绿色低碳优势愈发凸显,然而在废钢循环利用过程中必将面临钢中残余元素对性能造成危害的问题。本文将利用高温热拉伸实验以及等温氧化实验共同研究两个铜含量下砷含量增加对实验钢热塑性和热加工性的影响规律及恶化机制,为连铸矫直和后续加热、轧制过程避开裂纹敏感区操作提供理论依据和技术支撑。热塑性实验结果表明,无论铜含量水平是0.17mass%还是0.22mass%时,700～1100℃范围内,实验钢的热塑性损失皆随着砷含量增加而增加;当Cu含量水平为0.17mass%时,开始恶化热塑性较为严重的砷含量为0.10mass%,而Cu含量水平为0.22mass%时,这一砷含量降为0.04mass%。断口形貌结果表明,两种铜含量水平下,实验钢断口随砷含量增加而向沿晶脆性化断裂转变;热膨胀曲线结合显微组织观察表明,砷含量增加抑制沿晶先共析铁素体的形成导致奥氏体和铁素体两相区的热塑性恶化;应力应变曲线及透射电镜分析表明,砷抑制动态再结晶发生和铜砷的晶界偏聚共同导致奥氏体单相区热塑性损失增加。铜和砷对钢热加工性的影响与其对钢高温氧化性密切相关。氧化动力学结果表明,无论Cu含量水平是0.17mass%还是0.22mass%,在实验目标温度范围内,随着砷含量水平的提高,实验钢的氧化增重量增加而氧化激活能随之降低,且铜含量水平为0.22mass%时实验钢的氧化激活能低于铜含量水平0.17mass%时。铜砷氧化富集面扫描结果表明,1050℃时,铜砷富集最为严重,而当氧化温度提高到1100℃以上,铜砷富集尚未分辨出来;随着砷含量增加,1050℃下含砷富铜液相浸润晶界现象逐渐明显。EDS结合Cu-As相图分析表明,砷含量增加降低富铜相熔点从而促使更多含砷富铜液相1050℃下即可析出而浸润晶界。此外,1050℃下,铜含量水平为0.17mass%的钢中开始出现浸润晶界含砷富铜液相所对应的砷含量为0.10mass%,而铜含量水平为0.22mass%其降为0.04mass%。热压缩结果表明,1050℃时热裂程度最为严重,并且热裂程度随着砷含量增加而加剧,与高温氧化富集规律结果一致。

摘要： 为贯彻落实《固体废物污染环境防治法》，加快废钢铁综合利用先进技术装备推广应用，2022年6月22日，节能与综合利用司指导中国废钢铁应用协会召开废钢铁加工利用行业政策宣贯暨先进技术推广会，来自企业、行业机构、科研院所等单位代表参加会议。

摘要： 国际回收局(BIR)近日表示,今年上半年,全球废钢消费量下降,与粗钢产量趋势相同。根据世界钢铁协会先前报告的数据,上半年全球粗钢产量同比下降5.5%至9.494亿吨。国际回收局统计数据显示,今年上半年主要国家和地区的废钢消费量同比下降8.4%至2.488亿吨,对应的粗钢产量也同比下降6.1%至7.772亿吨,占全球粗钢产量的81.9%。

摘要： 一、棉花打包机的技术进展（一）棉花打包机智能化的进展智能打包机（见图17）采用了适合棉花加工生产线工况的打包机智能调速技术，具有动态性能好、液压油发热少、故障率低的特点，相比非调速打包机耗电减少20%以上。以棉花打包机智能调速、智能捆扎为任务的课题“棉花智能成包与装卸关键技术及装备研发”是国家重点研发项目“棉花智能化提级加工关键技术装备研发”的五个课题之一，智能调速打包机的技术创新推广使用后，能够带来可观的社会与经济效益等。

关键词： 电弧炉   废钢预热   数值模拟   温度场  

摘要： 近年来,低碳型电弧炉废钢预热技术受到钢铁行业的广泛重视。该技术通过安装在炉体上方的预热竖井装载和添加废钢,并利用上行的高温烟气对废钢进行预热,属于短流程炼钢领域的热点和前沿技术。由于该技术开发时间较短,相关科学问题尚存在较多空白。特别是关于预热竖井中不同工况条件、废钢不同形状和尺寸及不同类型废钢分布状态下的废钢预热效果,目前缺少相关研究和数据指导。由此导致生产实践中废钢预热效果不佳、废钢局部熔化导致的掉料等问题时有发生,严重制约了企业的生产效率和制造成本。因此,以某钢铁企业低碳型电弧炉的预热竖井为研究对象,按照实际生产中废钢的形状和尺寸及布料方式,建立了废钢预热的有限元模型,采用数值模拟软件Pro CAST进行求解,模拟研究了废钢预热过程中的温度变化特征。主要内容如下:1)基于数值模拟方法,利用开发的废钢预热模型分析了整个电炉废钢预热过程的流场和温度场特征。并将模拟结果与工业生产实测温度进行了对比验证,结果表明,数值模拟结果与生产实测温度较为吻合,验证了模型的准确性。2)对比研究了不同料型废钢在不同时刻、不同位置的预热效果,轻薄料和轻料废钢的预热效果较好。废钢温度最高发生的时间为预热的最后时刻,位置为预热竖井底部的轻薄料废钢。3)分析不同工艺参数条件下废钢温度的变化。与烟气温度和预热时间相比,烟气速度对废钢预热温度影响最大。在生产实践中,通过改变烟气速度大小能够快速、有效地调节废钢预热温度。4)研究了烟气温度、预热时间和烟气速度对轻薄料废钢局部温度的影响。设计了合理的工艺参数组合,当烟气温度1610℃、预热时间660 s和烟气速度0.20 m/s时,既可以获得良好的废钢预热效果,又能保证不发生掉料现象。图62幅;表9个;参81篇。