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2020年 55卷 5期
刊出日期：2020-05-15
综合论述
原料与炼铁
炼钢
压力加工
钢铁材料
环保与能源
装备技术
综合论述
1
周明顺, 王义栋, 赵东明, 韩宏亮, 李先春, 陆利明
高配比磁铁精矿烧结技术的研究进展
随着传统高品位铁矿石资源的日趋枯竭,烧结用铁矿石资源已经从赤铁矿类型逐渐转变为复杂综合的铁矿类型。但某些铁矿石的杂质和烧损较高,细粒级比例较多,严重影响了烧结性能和烧结矿质量,如烧结矿品位、强度和固体燃耗等。磁铁精矿具有含铁品位高、杂质低的特点,而且在氧化时能够释放出大量的热量。配加磁铁精矿不仅可以改善烧结矿质量,而且还具有减少烧结燃料消耗的潜力。然而,大多数磁铁精矿是经过处理后的铁矿粉,其粒度非常细,会对烧结料层透气性产生很大的负面影响,从而影响烧结过程,不利于烧结生产率的提高。在调查了磁铁精矿烧结特性的基础上,回顾和评论了高配比磁铁精矿烧结技术的最新进展,包括添加剂技术、原料预处理技术、预造块技术、复合烧结技术、气体燃料喷吹技术、双层预烧结技术等。通过分析烧结料层的透气性和控制烧结过程中的化学反应,论证这些新技术在高配比磁铁精矿烧结中的潜力,期望充分发挥磁铁精矿的优点,改善100%磁铁精矿或高配比磁铁精矿烧结混合料的烧结性能,为高生产效率条件下生产出优质低耗的烧结矿提供理论依据和技术方案。
2020 Vol. 55 (5): 1-9 [
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原料与炼铁
10
荣涛, 唐惠庆, 范楷, 孙艳军
利用高含碳金属化团块实现高炉炼铁的节焦
高炉炼铁是主要的铁水生产工艺,低焦比炼铁一直是高炉节能的重要指标。研究了高含碳金属化团块在高炉中的应用,以达到节约焦炭的目的。利用超细氧化铁粉和非焦煤煤粉为原料在管式加热炉中通过直接还原制备了碳质量分数为15.6%的高含碳金属化团块;在模拟高炉环境的条件下,考察了团块质量变化、团块部分反应后抗碎强度变化和团块微观结构变化;利用自制的热重装置考察了团块内碳的气化动力学;以试验结果为基础,结合高炉数学模型,对利用高含碳金属化团块实现高炉炼铁节约焦炭的效果进行了定量分析。试验结果表明,在高炉环境下,团块部分反应后抗碎强度可以保持在1 200 N/个以上,团块的反应主要为碳溶损反应,且团块有较高的CO
2
反应性。对2 500 m
3
高炉的模拟结果表明,在高炉的含铁炉料层中添加质量分数为5%的高含碳金属化团块,生产率可以提高419 t/d,生产1 t铁水可以节约焦炭11.3 kg,且高炉的操作参数不需要进行调整。
2020 Vol. 55 (5): 10-19 [
摘要
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20
何占伟, 薛向欣
典型钒钛磁铁矿的烧结基础特性
近年来,钒、钛和铬等重要金属的价格飞涨,钒钛磁铁矿资源的高效开发利用,不仅能缓解铁矿石资源的短缺问题,还能很好地解决重要金属的供需矛盾,有利于中国钢铁工业的可持续发展。通过微型烧结设备对国内使用量较大的5种典型钒钛磁铁矿的烧结基础特性进行了系统研究,同时使用XRD和SEM-EDS对精矿粉的物相组成进行了分析。研究表明,钒钛磁铁矿的基础特性与其化学成分和物相组成的联系紧密,低钛型钒钛磁铁矿的主要物相为磁铁矿,烧结基础特性的综合评价指数相对较好,其中CJ矿的最好,而高钛型钒钛磁铁矿的主要物相为磁铁矿和钛铁矿,它们的烧结基础特性均很差。总体来说,钒钛磁铁矿的烧结基础特性普遍较差,在使用过程中应尽可能与烧结基础特性较好的铁精矿搭配。
2020 Vol. 55 (5): 20-25 [
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炼钢
26
梁强, 蔡俊
复吹转炉底吹氧气和石灰粉水模拟
为了考察复吹转炉底吹氧气和石灰粉过程中的熔池特性,建立复吹转炉底吹喷石灰粉的水模型,用水模拟铁水,用空心玻璃微珠模拟石灰粉。利用图像处理法研究了底吹氧气和石灰粉时粉剂分布情况及熔池搅拌情况。采用熔池电导率法考察了相同条件下底吹喷粉与不喷粉时的混匀时间。研究结果表明,喷粉能够促进熔池搅拌,且粉剂扩散速度随底吹载气流量增大而增大;未喷粉时,混匀时间随载气流量增大而减小;在相同底吹载气流量条件下,喷粉时熔池的混匀时间明显低于未喷粉时的混匀时间,且在试验范围内,混匀时间在底吹载气流量为2 m
3
/h(标准态)时出现极小值。
2020 Vol. 55 (5): 26-30 [
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31
秦正丰, 薛正良, 李金波, 李博思
钙处理钢中大型球状及棒状夹杂的成因
大型夹杂物对钢材的加工性能、力学性能和耐腐蚀性能等产生十分有害的影响。用电解萃取法研究了钙处理钢中大型球状/棒状夹杂物的性质,通过对大型球状/棒状夹杂物形貌的扫描电镜观察和元素成分能谱分析,指出钢中的大型球状/棒状夹杂起源于呈团簇状的铝脱氧产物Al
2
O
3
。大量小颗粒Al
2
O
3
夹杂组成尺寸较大的夹杂团簇,在钢包内复杂流场作用下形成球状或棒状。钢液在钙处理过程中,变性充分的夹杂物形成了低熔点的铝酸钙,在钢液凝固后形成致密的球状夹杂物;变性不充分的夹杂外形仍然保留Al
2
O
3
夹杂颗粒形貌。钙处理使Al
2
O
3
夹杂变性所需的
w
([Ca])/
w
([Al])主要受钢液中硫质量分数影响。铝酸钙对钢液中的硫有较强的吸收溶解能力,在浇铸过程中,随着钢液温度下降,铝酸钙吸收的硫以CaS夹杂形式从基体中饱和析出。
2020 Vol. 55 (5): 31-38 [
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39
王祎, 张立峰, 任英, 任强
37Mn5钢精炼过程夹杂物转变机理
钢中非金属夹杂物在精炼过程中发生成分转变,影响最终产品性能。37Mn5石油套管钢生产精炼过程中,在不进行钙处理的条件下,夹杂物成分从LF炉进站时的Al
2
O
3
转变为软吹结束时的Al
2
O
3
-CaO-SiO
2
-MgO-CaS复合夹杂物。为研究夹杂物改性原因,揭示夹杂物转变机理,从生产现场取钢样进行夹杂物分析。结果表明,大尺寸夹杂物与一般尺寸夹杂物的成分存在显著差异,随着精炼过程的进行,不同尺寸夹杂物成分和数密度变化趋势也有所不同。大于10 μm的夹杂物成分接近精炼渣,可能是由渣进入钢液引起的。在硅铁合金中钙的质量分数为1.17%,会起到类似钙处理的效果,快速生成大量小尺寸CaS夹杂物。通过对夹杂物成分、数量、形貌进行分析,结合渣成分和热力学计算结果,得到了37Mn5钢精炼过程夹杂物经历脱氧、耐材侵蚀、渣进入钢液、合金带入钙与钢液反应、夹杂物与钢液反应等过程,以及成分发生转变的机理。
2020 Vol. 55 (5): 39-44 [
摘要
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45
曾泽芸, 李长荣, 黎志英, 刘占林, 李正嵩, 翟勇强
HRB500E抗震钢筋中钛化物析出热力学分析
钢液凝固过程中钛化物在液相、固相的存在形态对固相组织的性能有着重要的影响,其第二相析出起到细化晶粒的作用。为分析HRB500E抗震钢筋钢中TiN、TiC、Ti(C,N)析出物的析出规律,对TiN、TiC、Ti(C,N)析出物进行热力学计算。结果表明,TiN、TiC在钢液成分均质状态下难以析出,TiC
0.19
N
0.81
在温度为1 843 K时析出;在凝固过程中,由于Ti、N在凝固前沿富集,TiN在凝固过程中具备析出的热力学条件,析出温度为1 745 K;在固相奥氏体中,TiN和TiC粒子具备析出热力学条件,TiC析出温度比TiN的低,铁素体中有TiC的析出。
2020 Vol. 55 (5): 45-51 [
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52
刘克, 韩毅华, 杨帆, 朱立光
MgO对CaO-Al
2
O
3
基四元系保护渣熔渣微结构的影响
为了研究MgO对CaO-Al
2
O
3
-B
2
O
3
-MgO四元渣系微结构的影响规律,通过Scigress分子动力学软件构建了CaO-Al
2
O
3
-B
2
O
3
-MgO基四元渣系的熔渣网络结构模型。研究表明,熔渣中出现了高配位的铝和三配位氧来补偿[AlO
4
]
5-
四面体负电荷过剩;硼作为网络形成体与氧的结合能力最强,其配位结构是以三配位的三角体和四配位的四面体存在;MgO作为网络修饰子起到补偿电荷及解聚网络的作用。随着MgO质量分数的增加,增强了Al—O网络结构的稳定性,但熔体的聚合度和网络结构的复杂程度呈下降趋势。
2020 Vol. 55 (5): 52-58 [
摘要
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59
王兴宇, 韩延申, 刘青, 肖冬, 陈军, 管敏
末端电磁搅拌对弹簧钢连铸坯内部质量的影响
55SiCrA弹簧钢连铸坯容易出现内部质量问题,合理的末端电磁搅拌(F-EMS)能有效地改善连铸坯内部质量,但不合理的末端电磁搅拌会对连铸坯内部质量无改善作用甚至造成内部质量下降。为了提高连铸坯内部质量,得出最优末端电磁搅拌方案,研究了末端电磁搅拌参数对断面尺寸为150 mm×150 mm的55SiCrA弹簧钢连铸坯内部质量的影响。通过建立连铸过程凝固传热模型分析现行工艺下铸坯的凝固情况,确定末端电磁搅拌的位置为距弯月面8.45～8.73 m处。在测定末端电磁搅拌下连铸坯中心磁感应强度的基础上,对电流与频率进行匹配研究,并开展相应的工业试验。结果表明,在采用末端电磁搅拌参数为300 A/8 Hz时,55SiCrA弹簧钢的中心碳偏析平均值达到1.007,连铸坯中心缩孔改善,中心等轴晶率提高,连铸坯综合质量最好。
2020 Vol. 55 (5): 59-67 [
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压力加工
68
秦大伟, 刘宏民, 张栋, 王军生
带钢热镀锌镀层单位面积质量神经网络预测模型
为了解决带钢连续热镀锌镀层单位面积质量偏差大、调节时间长、锌原料浪费等问题,利用生产过程历史数据建立了气刀压力预设定模型和镀层单位面积质量预测模型。根据带钢热镀锌生产实践,分析了镀层单位面积质量的影响因素和控制策略。收集系统稳态样本数据并进行多变量偏相关分析,证明镀层单位面积质量与气刀压力、气刀距离、带钢速度相关。根据样本数据,以镀层单位面积质量、气刀距离、带钢速度为输入变量,采用BP神经网络建立气刀压力预设定模型,预设定精度达到3 000 Pa。收集热镀锌过程时间序列样本数据,采用NARX动态神经网络建立镀层单位面积质量预测模型,预测精度达到6 g/m
2
,为实现带钢热镀锌镀层单位面积质量闭环控制奠定了基础。
2020 Vol. 55 (5): 68-72 [
摘要
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钢铁材料
73
赵云鹏, 余超, 肖宏, 吴宗河, 许朋朋, 谢红飙
纯铁中间层对热轧不锈钢复合板性能的影响
为了减少不锈钢和碳钢热轧复合时结合界面形成脆性化合物,提高复合板的力学性能,在轧制温度为1 000、1 100及1 200 ℃,压下量约为70%的条件下,进行了添加不同厚度纯铁中间层的真空热轧复合试验。通过光学显微镜、SEM观察以及拉伸试验等,研究了纯铁中间层对复合板界面微观组织和拉伸性能的影响。结果表明,当加入不同厚度纯铁中间层时,同温度下不锈钢/碳钢复合板拉伸性能都有不同程度的提高。并且在小于70%压下量下,2 mm厚度的纯铁中间层可以完全阻止碳钢中的碳元素向不锈钢侧扩散,避免了碳铬化合物的形成,使结合界面的组织得到改善,力学性能得到提高。
2020 Vol. 55 (5): 73-79 [
摘要
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80
李兆振, 宋新莉, 刘静, 程朝阳, 毕云杰, 贾涓
铬、锰及退火温度对无取向硅钢组织性能影响
为探究铬、锰元素及退火温度对高强无取向硅钢性能的影响规律,借助OM、SEM、EBSD与万能拉伸试验机等分析不同制造工艺下3组不同含量铬、锰元素的无取向硅钢热轧、常化及退火处理后组织与性能。结果表明,试验钢热轧后组织不均匀,心部为沿轧向分布纤维状组织,边部为少量再结晶晶粒,常化处理能显著改善热轧板组织均匀性,消除热轧板中心部位的纤维状组织。经冷轧及退火后得到多边形铁素体晶粒,其中960 ℃退火,晶粒尺寸偏大,有利织构{100}组分体积分数减少,不利织构{111}组分体积分数增加,成分为0.2Mn-1Cr的1号试验钢960 ℃退火后铁损最大,磁感强度偏小;成分为0.5Mn-1Cr的2号试验钢930 ℃退火后,磁性能与强度等综合性能最佳,工频铁损
P
1.5/50为2.41 W/kg,高频铁损
P
1.0/400为17.36 W/kg,磁感应强度
B
5 000为1.638 T,抗拉强度为685 MPa。
2020 Vol. 55 (5): 80-86 [
摘要
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87
邵成伟, 王俊涛, 赵晓丽, 惠卫军
两相区退火处理含铝中锰钢的组织和力学性能
为了研究两相区退火处理对冷轧含铝中锰钢(0.2C-0.6Si-5Mn-1.2Al)(质量分数,%)微观组织和力学性能的影响规律,利用SEM、XRD及单轴拉伸等试验方法表征了不同工艺状态后的微观组织及测试了拉伸性能。结果表明,冷轧试验钢在退火过程中组织发生奥氏体逆转变,在退火温度为670 ℃、退火时间为10 min时可获得较佳的力学性能,即抗拉强度达到1 276 MPa,总伸长率达到51.8%,强塑积高达66.1 GPa·%。随着退火温度升高,残余奥氏体组织逐渐粗化且向马氏体组织转变,机械稳定性逐渐降低。残余奥氏体机械稳定性主要受残余奥氏体中碳质量分数及其晶粒尺寸的影响,而残余奥氏体中锰质量分数对其影响较小。
2020 Vol. 55 (5): 87-93 [
摘要
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326
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94
孙立根, 雷鸣, 张鑫, 刘云松, 朱立光
镁处理对船体钢组织细化作用的高温原位分析
船体钢经镁处理后其焊接热影响区性能显著提升。为进一步弄清镁的作用机制,采用高温激光共聚焦显微镜原位观察传统船体钢和镁处理船体钢在升降温过程中显微组织的演变过程,并对不同保温时间下钢组织在连续冷却过程中的相变进行研究。通过对比发现,镁处理船体钢在升温过程中因微细夹杂物粒子的钉扎作用使得奥氏体晶粒尺寸并未发生粗化,并且在冷却过程中奥氏体晶粒内部出现大量夹杂物诱发的针状铁素体,使钢组织得到进一步细化,而夹杂物这种诱发晶内针状铁素体的能力则呈现出随保温时间延长而逐渐增强的规律。与此同时,夹杂物数量及分布情况的统计也为上述结果提供了有力佐证。
2020 Vol. 55 (5): 94-102 [
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103
曹云飞, 余伟, 刘敏, 蒋蕊, 王纯
38MnSiVS非调质钢奥氏体晶粒长大模型
细化奥氏体晶粒是控制钢的组织与力学性能的重要方法。为了控制38MnSiVS非调质钢在轧制待温时间内的晶粒尺寸,利用热变形与定量金相方法,研究了38MnSiVS非调质钢变形后在不同待温温度、不同待温时间的再结晶奥氏体晶粒长大规律。结果表明,38MnSiVS非调质钢再结晶奥氏体晶粒长大过程与时间满足幂指数关系。基于试验数据,通过数值解析和非线性回归分析求得Anelli、Sellars与Sellars修正模型3种晶粒长大模型,其中Sellars修正模型预测误差最小为0.73%,能够更加精确地预测38MnSiVS非调质钢晶粒长大规律。由于形变储能等因素的影响,变形后再结晶奥氏体晶粒长大激活能为161 737.65 J/mol,远小于再加热过程奥氏体晶粒长大激活能。
2020 Vol. 55 (5): 103-108 [
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环保与能源
109
张威力, 吴胜利, 胡中杰
活性焦法烧结烟气脱硝率影响因素解析
为了明确活性焦在烧结烟气净化系统循环使用过程中脱硝性能变化及影响烧结烟气脱硝率的主要工艺参数,提高活性焦法烧结烟气净化效率,通过红外光谱分析和模拟试验研究循环使用中活性焦性能变化及其对脱硝率的影响,并通过生产数据统计分析明确影响活性焦法烧结烟气脱硝率的主要工艺参数及其影响规律。结果表明,经循环使用,活性焦表面酚基和醌基数量增加,对NO吸附量降低,导致活性焦前期脱硝率下降,而氨气预吸附处理可大幅提高其前期脱硝率;随脱硝段高度位置下降,脱硝率经历100%、迅速降低、缓慢升高直至平衡等阶段。其次,脱硝率与氨氮比、O
2
体积分数、NO
x
质量浓度、解析温度呈正相关,与H
2
O体积分数、SO
2
质量浓度、烟气流量、活性炭床温度呈负相关,其中,氨氮比、O
2
体积分数和NO
x
质量浓度对脱硝率影响最大,工艺参数优化过程中应着重关注。
2020 Vol. 55 (5): 109-115 [
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596
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装备技术
116
陈作炳, 程寅, 谭虹, 谢强
喷雾转筒冷却机喷雾冷却性能
喷雾转筒冷却机是转底炉生产线上的关键设备之一。为了提高冷却机的冷却性能,针对转筒外喷雾冷却系统换热特性,应用CFD数值模拟技术建立传热过程耦合模型,研究了喷嘴数量、间距以及偏移量等布置参数对换热的影响。结果表明,数量过多、间距过小或数量过少、间距过大均不利于传热,合适的数量和间距对设备冷却性能具有积极作用,喷嘴平行四边形排列在一定程度上优于矩形排列。最后通过具体工程应用试验验证了研究成果的正确性。
2020 Vol. 55 (5): 116-123 [
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)
钢铁
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公告：《钢铁》2018—2019年论文电子版已全文上网（附下载方式）
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《钢铁》杂志2019年“先进炼钢-连铸工艺与装备”专刊征稿通知
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热烈庆祝《钢铁》杂志被评为“2014中国国际影响力优秀学术期刊”
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《钢铁》创刊60周年纪念特刊征订
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