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2020年 55卷 10期
刊出日期：2020-10-15
综合论述
原料与炼铁
炼钢
压力加工
钢铁材料
环保与能源
技术交流
综合论述
1
朱国海
高炉富氢还原研究
为探讨高炉富氢的可行性,介绍了氢气的来源和成本,从理论和实践两方面综述了富氢气体还原对高炉操作的影响(氢还原的优点和不足),对回旋区理论燃烧温度(RAFT)、炉腹煤气总热和化学能(TCE)、炉顶煤气温度(TGT)等高炉氢还原合理操作参数的选择,回旋区大小的确定及回旋区与高炉透气性指数及压降的关系进行了论述,同时对富氢还原不同操作参数选择的增产降焦效果进行了比较分析。介绍了高炉富氢还原一些有待研究的问题、富氢对高炉煤气使用的影响及氢气使用安全等有关问题。综合论述了富氢对高炉操作的影响以及操作参数选择的方法,同时阐明了回旋区尺寸确定与厄根方程之间的关系。
2020 Vol. 55 (10): 1-14 [
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原料与炼铁
15
胡翔宇, 张建良, 刘征建, 焦克新, 范筱玥
渣相组分对高炉炉缸死焦堆滞留率的影响
为明确高炉炉渣组分对死焦堆中炉渣静态滞留率的影响,采用自行设计的炉渣穿焦试验装置模拟高炉炉渣穿过炉缸死焦堆的过程,探究不同二元碱度(
w
(CaO)/
w
(SiO
2
))、镁铝比(
w
(MgO)/
w
(Al
2
O
3
))对炉渣滞留率的影响。试验结果表明,随着碱度的增加,炉渣穿过焦炭层的能力增强,滞留率降低;当炉渣镁铝比较低时,炉渣滞留率较高,当镁铝比为0.50～0.55时,滞留率出现最小值,当镁铝比较高时,由于渣焦间润湿性变好,“液桥”间炉渣滞留量增大,滞留率存在上升趋势;渣焦间润湿性较差。炉渣穿过焦炭层的过程主要为物理传输过程,但炉渣仍存在着向焦炭内部渗入的现象,渣焦界面发生反应生成SiC,该反应产物可改善渣焦界面润湿性。
2020 Vol. 55 (10): 15-20 [
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21
卢建光, 刘小杰, 吕庆
PMC矿粒度及球团预热、焙烧工艺参数的选择
为了促进PMC矿粉的高效利用,研究了PMC矿粉粒度和预热、焙烧温度对球团矿抗压强度、还原度、低温还原粉化、膨胀率、转鼓强度、孔隙率和熔滴性能的影响。结果表明,随着预热、焙烧温度的升高,改善了球团矿的抗压强度、还原度、转鼓强度和软熔滴落性能,低温还原粉化率变化幅度较小。随着焙烧温度的升高,膨胀率先升高后降低,孔隙率降低。随着预热温度的升高,1号球团矿 (PMC 0.074 mm)的膨胀率下降,2号球团矿(PMC 0.045 mm)的膨胀率小幅度升高;随预热温度的升高,两种PMC球团矿孔隙率先降低然后升高,在预热温度为950 ℃时,孔隙率最低。根据上述研究结果,通过加权灰色关联度法确定了PMC矿球团生产最佳工艺参数,粒度为0.074 mm,预热温度为925 ℃,焙烧温度为1 300 ℃。
2020 Vol. 55 (10): 21-28 [
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炼钢
29
王伟胜, 朱航宇, 宋明明, 李建立, 韩赟, 薛正良
Fe-23Mn-
x
Al-0.7C低密度钢中非金属夹杂物形成机理
为了研究Fe-23Mn-
x
Al-0.7C(
x
=0.87～6.76)低密度钢中非金属夹杂物形貌特征及形成机理,通过SEM-EDS检测了钢中夹杂物形貌和成分,并借助INCA Feature夹杂物自动分析软件分析了钢中夹杂物尺寸分布、数量密度和面积分数等参数。研究发现,低密度钢中夹杂物尺寸以1～5 μm为主。
w
([Al])为0.87%时,钢中主要夹杂物为MnS、MnO、Al
2
O
3
和Al
2
O
3
-MnS,夹杂物数量较少,但尺寸大于7 μm的夹杂物所占比例较大,平均尺寸为3.45 μm;
w
([Al])为3.28%时,主要夹杂物为AlN、Al
2
O
3
、MnS以及AlN-MnS、AlN-Al
2
O
3
-MnS复合夹杂物,外包裹MnS尺寸较小,小尺寸夹杂物居多,平均尺寸为2.63 μm;
w
([Al])为6.76%时,钢中夹杂物以AlN或AlN-MnS为主,且AlN夹杂呈聚集状,夹杂物平均尺寸为2.93 μm。此外,通过FactSage 7.3热力学计算讨论了Fe-23Mn-
x
Al-0.7C低密度钢中夹杂物析出时机及演变过程,为试验结果提供理论解释。
2020 Vol. 55 (10): 29-36 [
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37
郝广御, 袁康, 高静, 邓志银, 朱苗勇
含钛齿轮钢中CaO-Al
2
O
3
-TiO
x
+TiN系夹杂物形成机理
为了研究20CrMnTi齿轮钢中特殊夹杂物(CaO-Al
2
O
3
-TiO
x
包裹TiN的复合夹杂物)的形成机理,结合工业试验和实验室合金化试验,借助热力学计算推断了TiN直接生成的可能性。研究发现,钛铁合金的洁净度较差,合金中含有较多的Al
2
O
3
和TiN夹杂物。在炼钢温度条件下,钢中的溶解钛与氮反应生成TiN在热力学上是不可能的。复合夹杂物的TiN核不可能是由钢中的溶解钛和氮直接反应生成,而应该是由合金带入的。当CaO-Al
2
O
3
-TiO
x
系夹杂物与未溶解完全的TiN碰撞到一起后,液态的夹杂物将TiN包裹,从而形成较大尺寸的CaO-Al
2
O
3
-TiO
x
包裹TiN的夹杂物。要控制这类夹杂物,需采用氮质量分数更低的钛铁合金。
2020 Vol. 55 (10): 37-42 [
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43
左小坦, 赵立, 张洪彪, 陶群南, 陈永峰, 王强强
浸入式水口对82B钢方坯渣沟缺陷的影响
为了解决82B钢连铸坯表面出现渣沟的问题,以提高钢渣界面温度、改善保护渣的熔化与润滑效果为出发点,对连铸现场180 mm×180 mm小方坯结晶器建立三维数学模型,对比施加电磁搅拌工艺不同直通型浸入式水口下结晶器内流场和温度场分布。计算结果表明,当水口内/外径由40/100 mm变为30/70 mm后,水口两侧流速大于0.15 m/s的流场区域扩大,水平截面环流最大流速由0.44 m/s降低至0.42 m/s,这表明流股对四周壁面的冲刷作用减弱;钢液面最大流速由0.12 m/s增大至0.15 m/s,高温区域范围扩大。综合效果显示,水口内外径减小对结晶器内的流场影响较小,钢渣界面附近钢液温度提高。现场试验统计表明,水口内外径减小后,保护渣消耗量由吨钢0.189 kg提高到0.228 kg,钢液面处保护渣的熔化良好,润滑效果得到了改善。配合保护渣优化等措施,铸坯表面渣沟发生率明显下降,由改进前的40%~50%降低到改进后的1%以内。
2020 Vol. 55 (10): 43-49 [
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压力加工
50
吕庆功, 许文婧, 秦子
无缝钢管三辊轧制荒管壁厚偏心分析
三辊轧制荒管壁厚偏心控制是无缝钢管壁厚精度控制的重要环节。基于生产试验分析了荒管壁厚偏心的特征,运用解析方法建立了三辊轧制荒管壁厚偏心的理论计算模型,针对实际生产条件进行了预报计算与比较,分析了三辊轧管工艺因素对荒管壁厚偏心的影响特点,并进一步讨论了改善荒管壁厚偏心的方法。研究结果表明,荒管壁厚偏心的基本特征表现为“偏心螺旋型”,在荒管壁厚不均中的占比达80%以上;毛管壁厚偏心和温度偏心是影响三辊轧制荒管壁厚偏心的最重要因素;增大三辊轧制减壁量、降低毛管温度、提高轧辊台肩高度、增大轧辊转速有利于减小荒管壁厚偏心。
2020 Vol. 55 (10): 50-55 [
摘要
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56
王东城, 徐扬欢, 于华鑫, 刘宏民
整辊内嵌式板形仪挠度干扰信号的消除方法
板形测控技术是生产高端冷轧带钢的必备技术,针对国产板形测控系统研发过程中遇到的一系列新的科学技术问题,研究了如何消除整辊内嵌式板形仪挠度引起的干扰信号。首先,分析了整辊内嵌式板形仪结构特点与传感器连接型式的特殊性;然后,分析了板形信号的理想波形与实际波形特征,根据其特征提出一种新的挠度干扰信号的消除方法,根据传感器安装位置固定的特点确定干扰信号相位,以有效信号之间波形平直为目标对干扰信号幅值进行优化;最后,通过实例和工业应用对该方法的有效性进行验证。研究结果表明,该方法可以高效精确地消除挠曲附加波形,使径向压力和板形分布变得平滑,有效提高检测精度。
2020 Vol. 55 (10): 56-62 [
摘要
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钢铁材料
63
金贺荣, 孔耀颉, 张一, 崔敬斌, 宜亚丽
采用铁钴镍合金夹层的316L/EH40复合板界面特征
为了提高带夹层不锈钢复合板层间真空度,提出采用熔融态金属制备夹层的方法。基于真空吸铸成型原理,选取等原子比配比的铁、钴、镍合金作为夹层材料,加热至熔融状态,在真空压力差作用下向复合坯料充型夹层。采用数值模拟方法确定充型工艺参数,对充型样件进行热轧成形试验,通过光学显微镜、扫描电子显微镜等仪器表征分析了复合板的界面形貌特征。结果表明,夹层填充完整且充型率达到100%,拉伸强度和拉剪强度分别为490和319 MPa,铁钴镍合金与不锈钢和碳钢结合界面平直,复合状态良好且洁净无氧化物,热轧后夹层厚度大于碳和铬元素的扩散距离,能够避免铬的碳化物生成。
2020 Vol. 55 (10): 63-68 [
摘要
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69
王奕, 李长荣, 曾泽芸, 席作冰
SWRS82B钢中稀土元素对氧化铝改性的晶体学
为了深入研究与控制SWRS82B钢中氧化铝夹杂,针对添加稀土元素铈研究其对氧化铝的改性问题,通过热力学以及边-边匹配模型对稀土夹杂物的析出条件和Al
2
O
3
与稀土氧(硫)化物之间、γ-Fe和稀土氧(硫)化物之间的原子间错配度进行计算,探究稀土铈夹杂物作为Al
2
O
3
和γ-Fe异质形核的有效性,进而证明稀土铈元素对B类氧化铝夹杂物改性的有效性,提高钢材性能。计算结果表明,在0~2 000 K的温度区间上,生成CeAlO
3
夹杂物反应的吉布斯自由能最低,且在同等条件下铈氧(硫)化物生成的可能性偏低,稀土铈氧(硫)化物可以作为Al
2
O
3
异质形核的核心,且稀土铈氧(硫)化物可以作为γ-Fe异质形核的核心;Al
2
O
3
可在稀土铈氧(硫)化物上有效形核,且Al
2
O
3
优先在Ce
2
O
2
S上发生异质形核;γ-Fe可在Al
2
O
3
和稀土铈氧(硫)化物上有效形核,且γ-Fe优先在Al
2
O
3
上发生异质形核,使得形状不规则的氧化铝夹杂物转变为近球形的铈铝酸盐夹杂,揭示SWRS82B钢中非金属夹杂物的变性机理,为提高SWRS82B钢中脆性夹杂物转变为塑性夹杂物处理的实际效果提供理论依据。
2020 Vol. 55 (10): 69-74 [
摘要
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259
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75
张腾飞, 潘红波, 沈晓辉, 刘海亮, 刘伟明, 闫军
退火工艺对Cu-Ni深冲DP钢组织与性能的影响
为了探讨Cu-Ni合金化深冲双相钢组织性能演变规律,在实验室采用DIL805A/D淬火热膨胀仪与盐浴炉对其连续冷却转变行为及连续退火工艺进行了研究。结果表明,试验钢的
A
c1、
A
c3分别为821与969 ℃。贝氏体转变冷却速率为0.5~60 ℃/s,铁素体转变冷却速率为0.5~5 ℃/s,冷却速率为3 ℃/s时未发生珠光体转变。在820~880 ℃退火温度范围内试验钢的组织为铁素体与岛状马氏体;随着退火温度的升高,强度与伸长率先减小后增大,而
r
值呈现先增大后减小的趋势。在880 ℃退火时综合力学性能最佳,屈服强度达401.2 MPa、抗拉强度达451.4 MPa、伸长率为18.6%、
r
值为1.21。
2020 Vol. 55 (10): 75-82 [
摘要
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83
李宸庆, 侯雅青, 杨丽, 闫爱军, 潘涛
过/再热器管道高温蒸汽氧化相图计算
为了研究过/再热器管道内壁普遍存在与高温蒸汽反应导致的氧化现象,利用Thermo-Calc相图计算软件对几种钢质管材在不同环境下的氧化产物进行了理论分析。结果表明,对高温蒸汽环境的调控应该与管材材质相关联考虑;耐热钢材质的变化不改变氧化层的宏观结构,但可以改变氧化物组成;从T23、P91到TP347,氧化层中FeCr
2
O
4
致密氧化物质量分数增加,其抗氧化性能递增。德国新近研发的HiperFer17Cr5耐热钢,可以在较宽的氧分压范围内形成以FeCr
2
O
4
为主的致密氧化层,且通过添加钨、铌兼具更好的高温强度,具有较好的应用前景。
2020 Vol. 55 (10): 83-88 [
摘要
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258
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89
冯路路, 胡锋, 乔文玮, 鲁修宇
-70 ℃超低温环境用钢09MnNiDR的组织性能
09MnNiDR作为-70 ℃超低温环境钢,少镍低成本属性引起了广泛的关注,细化铁素体晶粒和球化渗碳体为其提高低温冲击韧性的主要方法。为了探究微观组织对其综合力学性能的影响,采用3种不同热处理工艺对09MnNiDR钢进行了试验,利用光学显微镜、扫描显微镜、拉伸试验机和低温冲击韧性试验机对试验钢的微观组织形貌进行了观察和力学性能的测定。结果表明,试验钢经正火后晶粒得到了细化,铁素体晶粒度为13级,-70 ℃低温冲击韧性不小于25 J,韧脆转变温度为-70～-80 ℃;试验钢正火加热保温出炉后采用风冷加速冷却能进一步细化晶粒,铁素体晶粒度达到14级,强度和韧性同时得到了提高,韧脆转变温度降低至-80～-90 ℃;试验钢经正火+回火处理后,正火形成的片状或短棒状渗碳体在回火时发生了球化转变为颗粒状,对比正火态强度出现了下降,低温冲击韧性得到了进一步的提高,韧脆转变温度降低至-100 ℃以下。不同的生产企业可以选择合适的热处理工艺来提高09MnNiDR的低温冲击韧性,满足用户的特殊需求。
2020 Vol. 55 (10): 89-95 [
摘要
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282
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405
)
96
张波, 孟利, 张宁, 何承绪, 杨富尧, 马光
超薄取向硅钢的研究进展
随着特高压直流输电和灵活交流输电的迅猛发展,超薄取向硅钢作为阳极饱和电抗器核心材料发挥着不可替代的作用;同时,随着节能环保的要求不断提高,超薄化成为取向硅钢的重要发展方向。近年来,超薄取向硅钢的制备成为材料冶金领域的研究热点。总结了超薄取向硅钢的制备方法,综述了超薄取向硅钢的研究进展,讨论了超薄取向硅钢磁性能的影响因素,提出了超薄取向硅钢的发展方向,为超薄取向硅钢的未来研发提供了参考依据。
2020 Vol. 55 (10): 96-102 [
摘要
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541
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655
)
环保与能源
103
张琦, 王小壮, 许立松, 沈佳林
钢铁流程资源-能源-碳排放耦合关系及分析
钢铁工业作为国民经济建设的基础性行业,在繁荣发展的同时带来了资源和能源消耗量大、CO
2
排放高等问题,引起国内外重点关注。基于中国北方某钢铁企业,以3种典型的耦合关系为例对钢铁生产过程的水资源-能源-碳排放耦合关系以及相关的影响因素进行了分析。节能供给曲线分析和生命周期水足迹分析结果表明,案例企业的能源消耗-水资源消耗-碳排放存在协同效应。例如在节能技术视角下,19项具有成本效益的节能技术在减少能耗6.01 GJ/t的同时,还可协同减少工业新水消耗1.35 m
3
/t、水足迹4.81 m
3
/t以及CO
2
排放640.36 kg/t。进一步分析了耦合关系的主要影响因素,即电力消费结构、废钢投入率和节能技术参数变化的影响。该研究为中国钢铁工业可持续发展提供理论依据和重要参考。
2020 Vol. 55 (10): 103-114 [
摘要
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324
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594
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技术交流
115
杨洪波, 康佳, 郭龙创, 姚沛文, 刘环
服役环境下TA2/Q235爆炸复合板剪切断口分形表征
为了定量研究服役条件下TA2/Q235爆炸焊接复合板剪切强度与断口分形维数及多重分形谱的关系,明确适合TA2/Q235复合板的最佳分形表征方法,通过热处理模拟服役过程,对服役后的样品开展剪切测试,并引入分形理论对剪切断口进行表征,建立了剪切强度与分形维数及多重分形谱的定量关系。结果表明,200、400和600 ℃服役后,样品剪切强度与断口多重分形谱宽度负相关;结合残余应力消除及再结晶长大对TA2/Q235爆炸复合板剪切断口形貌影响规律的分析,相比分形维数,多重分形谱能更准确地描述断口力学信息。
2020 Vol. 55 (10): 115-119 [
摘要
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555
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120
文怀宇, 韩毅, 曾慧敏, 肖瑶, 王子心, 张洪旺
链轮电磁感应加热过程中的优化设计
电磁感应加热技术有效地节约了钢铁制造成本,积极推动了钢铁行业绿色制造。优化重载链轮电磁感应加热过程是生产高品质链轮的一个重要分支。在对链轮进行热处理强化时,普通圆形感应线圈在单一电流频率下难以实现齿廓的均匀加热,容易导致淬火层的硬度分布不均,造成工件开裂。仿形感应线圈比普通圆形感应线圈具有更好的加热效果,但是仿形感应线圈研发周期长,成本昂贵,不利于大规模推广应用。考虑到实际加工成本及生产需求,在完全仿形感应线圈的基础上,提出了一种齿顶位置为V形角的仿齿廓感应线圈,该感应线圈到齿顶和齿根的间隙不等。进一步建立了双排链轮电-磁-热耦合温度场模型,并进行试验验证。研究发现这种带V形角的感应线圈与圆形感应线圈相比,能够改善磁通量在空间的分布方式,强化感应线圈和齿根之间的临近效应,同时减弱感应线圈和齿顶间的临近效应,提高了链轮沿齿廓温度的均匀性。量化分析了不同电磁参数(电流频率和电流密度)和感应线圈的结构(V形角,感应线圈到齿轮的距离)对提升加热速率和改善温度均匀性的作用规律。感应线圈的V形角结构有利于提高齿轮的电磁加热质量,对推动实际加工应用和提升企业效益具有重要生产价值,有利于促进精品钢生产。
2020 Vol. 55 (10): 120-127 [
摘要
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)
钢铁
编辑部公告
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中国科协全国学会学术出版道德公约
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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
·
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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