基于金屬材料熱處理的冶金技術(shù)控制性能研究

劉偉潔

（河鋼集團宣鋼公司，河北 張家口 075100）

常規(guī)冶金技術(shù)控制方法采用多個指標(biāo)不同評價體系進行對冶金技術(shù)的控制，技術(shù)控制靈活，適用于小型冶金企業(yè)的技術(shù)控制，但由于不同體系執(zhí)行不同標(biāo)準(zhǔn)，不同標(biāo)準(zhǔn)間評價指標(biāo)不同，當(dāng)常規(guī)冶金技術(shù)控制應(yīng)用于大型冶金企業(yè)時，存在冶金技術(shù)控制有效性較低的不足[1]，不適合大型冶金企業(yè)的冶金技術(shù)控制。

為此提出了基于金屬材料熱處理的冶金技術(shù)控制性能研究。

利用金屬材料熱處理理論基礎(chǔ)，根據(jù)不同礦石成分進行金屬液相線計算，實現(xiàn)冶金控制溫度的優(yōu)化，控制金屬材料自由能變化，改善冶金凝固順序，優(yōu)化冶金控制過程，完成了基于金屬材料熱處理的冶金技術(shù)控制性能研究，實驗數(shù)據(jù)表明，提出的冶金技術(shù)具有較高的控制有效性。

1 基于金屬材料熱處理優(yōu)化冶金控制溫度

冶金控制溫度是影響冶金技術(shù)控制性能的核心參數(shù)之一，將直接影響冶金技術(shù)控制有效性。為了改善常規(guī)冶金技術(shù)控制方法的限制性，引入金屬材料熱處理技術(shù)手段，進行冶金控制溫度的優(yōu)化。

冶金過程是金屬礦石通過高溫冶煉的金屬的過程。又因為金屬為晶體材料，存在固定的熔點以及相變過程[2]?；诮饘俨牧系臒崽幚硎侄危軌蚝侠淼目刂迫蹮挏囟?。

其金屬材料的熱處理過程，是材料的相變過程，為合理的控制冶金溫度，首先確定冶金熔煉溫度，其冶金熔煉溫度的確定，是根據(jù)金屬材料熱處理相圖決定的，其金屬材料熱處理相圖如圖1所示[3]。

圖1 金屬材料熱處理相圖

根據(jù)金屬材料熱處理相圖可知，需熔煉金屬礦石須達(dá)到液相線溫度，若礦石熔煉溫度低于液相線溫度，則礦石熔煉緩慢，耗能較大，很難達(dá)到高效的熔煉效果，同時若熔煉溫度過高，首先造成熱能的浪費，其次是造成金屬過熱，引起金屬成形性較差的問題。為此基于金屬材料的熱處理，確定熔煉液相線溫度，根據(jù)冶煉礦石不同，其金屬的液相線溫度有所不同，可用公式（1）表示：

式中，d代表礦石含碳量，l代表礦石含鐵量，T代表礦石雜質(zhì)成分含量，M代表熱處理像圖的顯示溫度。

基于金屬材料熱處理，依托不同礦石的金屬液相線計算，實現(xiàn)冶金控制溫度的優(yōu)化。

2 改善冶金凝固順序優(yōu)化冶金控制過程

基于金屬材料熱處理的另一個關(guān)鍵技術(shù)，是通過改善冶金凝固順序，對傳統(tǒng)冶金控制過程進行優(yōu)化。改善冶金凝固順序，是通過控制金屬材料由一種組織，向另一種組織轉(zhuǎn)變過程而實現(xiàn)的。

冶金過程中由于不同組織的凝固順序不同，將會給冶金技術(shù)控制性能帶來較大的困擾，為此通過控制鐵素體、奧氏體、萊氏體相變過程，控制冶金凝固順序，由于鐵素體、奧氏體、萊氏體的相變自由能不同，通過控制其相變自由能，使E鐵素體＞E奧氏體＞E萊氏體，用于實現(xiàn)對冶金凝固順序的改善，而控制相變自由能的方式，從而完成冶金控制過程的優(yōu)化，基于金屬材料熱處理優(yōu)化冶金控制溫度，完成了冶金技術(shù)控制性能研究。

3 實例分析

為了保證本文提出的基于金屬材料熱處理的冶金技術(shù)控制性能研究有效性，進行實驗分析，驗證其冶金技術(shù)控制有效性。實驗過程采用仿真實驗的形式進行驗證，利用常規(guī)冶金技術(shù)控制方法作為實驗對比對象。

實驗過程中，模擬5種不同生產(chǎn)規(guī)模的冶金企業(yè)，其產(chǎn)量分別為50t/d、100t/d、200t/d、400t/d、800t/d，代表小型冶金企業(yè)、中型冶金企業(yè)、大型冶金企業(yè)?？刂撇煌苯鹌髽I(yè)生產(chǎn)規(guī)模作為實驗自變量，進行冶金企業(yè)控制有效率的驗證，為了量化冶金企業(yè)控制有效率，其冶金企業(yè)控制有效率可用公式（2）表示：

式中，b代表冶金企業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)品性能，E代表企業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)配合有效性，Rc代表冶金企業(yè)生產(chǎn)工藝執(zhí)行有效性。

根據(jù)仿真實驗，獲取冶金產(chǎn)品相關(guān)參數(shù)，根據(jù)公式（2）進行計算，得出冶金企業(yè)技術(shù)控制有效率如表1所示：

表1 冶金企業(yè)技術(shù)控制有效率

根據(jù)上表可以得出，傳統(tǒng)冶金技術(shù)控制有效率在模擬的冶金企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模下，平均有效率為76.60%。提出的基于熱處理的冶金技術(shù)平均控制有效率為89.94%，提出的冶金技術(shù)控制有效率較傳統(tǒng)控制有效率提高13.34%，促使冶金技術(shù)控制性能得到大幅提升，適合不同冶金企業(yè)的冶金技術(shù)控制。

4 結(jié)束語

本文提出了基于金屬材料熱處理的冶金技術(shù)控制性能研究，基于金屬材料熱處理優(yōu)化冶金控制溫度，改善冶金凝固順序優(yōu)化冶金控制過程，實現(xiàn)了本文的研究，實驗驗證，本文提出的冶金控制技術(shù)具有較高的有效性，希望本文的研究，能夠為冶金技術(shù)控制性能的研究提供理論依據(jù)。