1.研究現(xiàn)狀

目前，中國是世界主要鋼鐵生產(chǎn)國之一，也是最大的鋼鐵消費國之一。在我國國民經(jīng)濟排名中，鋼鐵冶金一直處于前列，由于國家基礎(chǔ)設(shè)施和工業(yè)的快速發(fā)展與鋼鐵冶金密不可分，因此鋼鐵冶金已成為生產(chǎn)鏈的支柱。同時，鋼鐵在其他領(lǐng)域有著非常廣泛的應(yīng)用，無論是國防裝備、交通運輸、建筑還是家用電器，日常生活的需要都離不開鋼鐵材料。有色冶金已成為衡量一個國家綜合國力潛力強弱的重要指標。特別是近兩年來，鋼鐵冶金在我國工業(yè)經(jīng)濟中的份額持續(xù)增長，許多企業(yè)的生產(chǎn)設(shè)施達到國際水平，同時鋼材的品種和質(zhì)量也達到世界一流水平。然而，鋼鐵產(chǎn)量的快速增長也帶來了許多復(fù)雜的問題，如工藝優(yōu)化、節(jié)能減排、產(chǎn)能過剩等。為了克服這些復(fù)雜的問題，我們需要關(guān)注鋼鐵行業(yè)的連鑄技術(shù)，研究未來的發(fā)展趨勢。

隨著有色冶金的快速發(fā)展，金屬廢渣的釋放量顯著增加，有必要促進廢渣資源的回收利用。電爐和轉(zhuǎn)爐是廢鋼消耗的主要來源。2017年，我國廢鋼加工機消費量最高，為2.7億噸，電爐廢鋼消費量為8700萬噸。但是，目前國內(nèi)系統(tǒng)完善的廢品回收利用企業(yè)很少，回收處理設(shè)施水平較低，回收率仍低于世界發(fā)達國家。中國在提高廢金屬質(zhì)量和處置水平方面還有很大潛力。從我國鋼鐵行業(yè)的現(xiàn)狀來看，促進廢鋼的快速熔化是改變我國廢鋼過剩而回收利用率低的現(xiàn)狀的關(guān)鍵。

2.廢鋼熔化過程分析

2.1文獻分析

根據(jù)文獻中給出的結(jié)果，熔化金屬廢料的過程可以分為三個階段：凝固層的形成、凝固層的快速熔化和金屬廢料的正常熔化[1，2，3]。每一步具體描述如下：硬度層的形成：1.熔化液在金屬廢料表面硬化并迅速生長，直至達到最大厚度;2.?硬度層快速熔化：硬度層逐漸熔化，直至原始廢金屬表面被打開;3.正常熔化：首先，碳不斷穿透廢金屬表面，降低熔化溫度。當熔點低于熔池溫度時，原來的金屬廢料開始迅速熔化。統(tǒng)計1526K - 1725K時無尺寸變化的廢料直徑和重量。首先分析了硬化層的形成和快速熔化階段，發(fā)現(xiàn)熔池溫度的升高對硬化層的形成和熔化有積極的影響。當熔池溫度為1673K時，凝固層在2s迅速形成，在5s時凝固層被快速熔化，而在1537K時凝固過程耗時10s。在熔池溫度為1725K時，由于固化層的快速形成，在實驗過程中很難捕捉到，所以固化層的形成和熔化階段在圖中不可見。Pelke等人[3]也發(fā)現(xiàn)熔池溫度越高硬化層的厚度就越小，成反比。

2.2結(jié)果分析

此外，通過對無量鋼的直徑和質(zhì)量變化凍層熔化后分析表明：在初始階段的熔化，母體廢鋼在熔化剛開始的時候表明直徑的變化和質(zhì)量原始廢金屬的相對較小，熔化曲線呈現(xiàn)“山峰狀”。此時，熔化率很低，廢鋼尺寸變化肉眼看不明顯。在主要廢料開始熔化時發(fā)生的現(xiàn)象被定義為熔化過程中的“滲碳”。這一現(xiàn)象在較低的浴溫（1526K）在1623K時約為180℃和60℃時尤為明顯，但在較高的浴溫（1673K和1725K）時不太可能發(fā)生。這是由于以下幾點原因：浸在含碳豐富的鐵水廢鐵中處于滲碳狀態(tài)，熔池溫度相對較低，熔池與固體廢鐵之間高溫過熱溫度較高，為熔池表面的鐵水廢鐵傳熱提供了巨大的熱驅(qū)動力，同時促進碳的耗散和質(zhì)量流動，如廢鋼的結(jié)合迅速熔化和鋼的熔化，所以當熔池溫度較高時，“滲碳”階段幾乎不出現(xiàn)。在熔化過程中，“滲碳”增加了固體廢料表面的碳含量，降低了廢料的熔點?！皾B碳”結(jié)束后，基體廢料熔化速度快，熔池溫度越高，廢料熔化速度越快，即固體廢料表面繼續(xù)煤化、逐層熔化，直至熔化完成。在熔化過程本身，主要廢鋼的“滲碳”和快速熔化過程是同時進行的，“滲碳”現(xiàn)象只有在熔池溫度較低時才明顯。可以看出，固體燃料和液體燃料交界處的碳質(zhì)轉(zhuǎn)移對熔化過程的順利進行非常重要，提高熔池溫度可以促進碳的分散和廢金屬的熔化。

3.總結(jié)

以鋼鐵生產(chǎn)過程分析、冶煉參數(shù)優(yōu)化和最終控制給料過程為目標，對周邊廢鋼冶煉過程進行分析和評價。在自然對流和強制對流條件下進行實驗室模擬的廢金屬冶煉過程的熱方法，熔化過程的數(shù)值模擬，傳熱系數(shù)的計算和傳遞等為優(yōu)化廢鋼熔化條件和確定合適的廢鋼混合方法提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。主要結(jié)論如下：廢鋼熔化過程可分為凝固層形成階段、凝固層快速熔化階段、滲碳階段、碳化階段和主廢鋼快速熔化四個階段。每一階段的特征如下：（1）硬度層的形成：液態(tài)鐵水在廢金屬表面硬化并迅速生長，直至達到最大厚度;（2）硬化層快速熔化：硬化層達到最大厚度后逐漸熔化，直至原始廢金屬暴露;（3）碳化階段：固相層熔化后，在初始階段對廢鋼進行地面熔化，熔化速率較低，廢鋼的變化不明顯，主要受碳的傳質(zhì)控制;（4）碳化爐加工和原廢料的快速熔化：碳不斷地轉(zhuǎn)移到廢料表面，降低表面的熔點，當熔點低于熔池溫度時，基廢料迅速熔化，直至熔化結(jié)束。

參考文獻

[1]楊文遠，蔣曉放，林李，等.廢鋼熔化的熱模試驗[J].鋼鐵，2017，52（3）：27-35.

[2]楊文遠，張先貴，楊勇，等.轉(zhuǎn)爐煉鋼利用廢鋼的研究綜述[J].中國廢鋼鐵，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.

作者簡介：李秋華，男，1986年4月出生，籍貫：河北豐潤，漢族，?？茖W(xué)歷，助理工程師，研究方向：冶金、煉鋼生產(chǎn)，工作單位：唐山縱橫鋼鐵集團有限公司。