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2021年 56卷 1期
刊出日期：2021-01-15
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
宁晓钧, 党晗, 张建良, 王广伟, 张楠, 岳怀忠
低阶煤热解与兰炭生产工艺研究进展
当今社会,化石能源日益枯竭,充分高效利用现有资源和开发新的可再生资源十分必要。低阶煤挥发分高,燃烧性和反应性较好,直接燃烧无法充分发掘其所蕴含的潜在价值。热解技术作为一种能够高效利用煤炭资源的技术,受到许多学者的重视。根据低阶煤在不同转化阶段反应性不同的特点,通过控制煤的热解过程可以制得兰炭。兰炭的气化活性优于焦炭和无烟煤,在用于高炉喷吹时,将兰炭和无烟煤混合喷吹还可以提高煤粉的喷吹性能以及促进高炉稳产顺行。凭借着高固定碳、高化学活性、低灰分、低磷、低硫等特性,兰炭成为了一种新型的碳材料,其生产制备工艺也成了大量学者的研究热点。简要分析了近些年全球的能源消耗情况和中国的能源结构,介绍了一些低阶煤热解工艺、兰炭在高炉喷吹和烧结的应用情况以及兰炭生产工艺,分析了这些工艺各自的优劣势并进行了详细对比,并且将兰炭与高炉喷吹燃料的性能进行了对比。对低阶煤热解工艺和兰炭生产工艺的前景进行了展望,提出开发大型化、自动化和环境友好型装置是未来热解工艺的发展趋势。
2021 Vol. 56 (1): 1-11 [
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原料与炼铁
12
黄柱成, 姜雄, 易凌云, 蔡威, 沈雪华, 胡程飞
生物质对钒钛磁铁矿还原行为影响及过程强化
为了缓解冶金行业严重的污染和温室气体排放,生物质作为清洁能源的应用迫在眉睫。从还原速率、矿物相变和铁晶粒长大等方面,对生物质和无烟煤还原钒钛磁铁矿特性进行了对比研究。结果表明,生物质具有较好的反应活性,促进了黑钛石和金红石的形成,避免了钛铁尖晶石的形成,从而提高还原速率。但由于生物质的持久性较差,还原产物金属化率较低且铁晶粒尺寸较细。以一定比例的生物质和无烟煤作为复合还原剂,既保证了还原速率和金属化率,又促进了铁晶粒的生长,达到协同作用的目的。
2021 Vol. 56 (1): 12-20 [
摘要
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21
杨双平, 杨鑫, 曹栓伟, 王苗, 李江菡, 王玉萍
响应曲面法优化钒钛磁铁矿提钒试验
钒钛磁铁矿中的铁、钒以及钛等元素的高效回收,对钒钛磁铁矿资源的综合利用有非常重要的意义。研究表明,多种因素对钒钛磁铁矿的钠化-还原-熔分耦合过程的熔分程度及元素的收得率有重要影响。针对钒钛磁铁矿采用钠化-还原-熔分耦合工艺实现铁、钒及钛元素的综合回收,根据Box-Behnke原理设计方案,选取配煤量、配碱量及还原温度3个试验因素,通过响应曲面法研究各因素对钒钠化浸出指数的影响规律,并对试验因素进行优化。通过分析试验结果,建立相应的多项式模型,得到最优的工艺条件为,配煤量25.00%,配碱量58.29%,还原熔分温度1 251.84 ℃,钠化浸出指数响应值90.19%。在最佳条件下做验证试验,发现钠化浸出指数为 87.15%,误差仅为3.37%,证明响应曲面法预测模型具有可靠性和准确性。
2021 Vol. 56 (1): 21-27 [
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28
刘卫星, 李杰, 杨爱民, 张玉柱, 信自成
碱度对镁质熔剂性球团矿强度的影响机理
为探索碱度对镁质熔剂性球团矿强度的影响机理,以唐山某钢厂原料为基础,通过造球和焙烧试验,采用XRD、偏光显微镜、场发射扫描电镜分析和Matlab软件计算分析,分别从球团矿矿物组成、液相生成和微观结构、微观形貌和元素分布等方面深入分析了碱度对球团矿抗压强度的影响机理。研究表明,随着碱度升高,球团矿抗压强度呈升高趋势。球团矿中的主晶相为赤铁矿,液相主要由铁酸钙、硅酸钙和少量的石英组成,碱度高于0.8后出现了少量的铁酸镁。碱度升高,赤铁矿含量和液相量升高,致密度增大,气孔变均匀,使抗压强度增大。球团矿中Ca、Si、Mg 3种元素分布一致,Fe、O元素分布一致,且这两组元素分布呈互补关系。碱度提高,Ca、Si、Mg元素含量呈增加趋势,即液相量增加,球团矿抗压强度增大。两者的分析结果一致,并得到了相互印证。
2021 Vol. 56 (1): 28-36 [
摘要
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炼钢
37
肖微, 包燕平, 王敏, 刘宇, 黄永生, 孙光涛
非铝脱氧GCr15轴承钢的夹杂物演变和控制
铝脱氧轴承钢中常含有较多的D类、Ds类夹杂物,对轴承钢的疲劳性能影响较大。为了减少这类夹杂物,国内某钢厂采用低碱度渣、非铝脱氧的新冶炼思路冶炼轴承钢。对冶炼流程进行了过程取样,使用电镜、夹杂物自动分析系统等方法对夹杂物进行了表征,并研究了夹杂物的演变机理。研究表明,这种轴承钢中的全氧质量分数达到0.000 6%～0.001 0%;冶炼过程中,最先形成以氧化硅为主的夹杂物,在LF精炼过程中不断与钙、镁、铝等成分反应而不断长大,并在RH精炼过程中被去除;最终该钢中夹杂物以小尺寸的硅酸盐为主,尖晶石和钙铝酸盐含量较少。这种冶炼方法改变了轴承钢中的主要夹杂物类型,相对于铝脱氧轴承钢,减少了D类、Ds类夹杂物含量,降低了钢中夹杂物对轴承钢性能的影响。
2021 Vol. 56 (1): 37-42 [
摘要
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43
黄日康, 张立峰, 姜仁波, 郭银涛, 周秋月, 段豪剑
超低碳铝脱氧钢中FeO
x
对水口结瘤的影响
为研究含FeO
x
结瘤物的形成和演变,使用扫描电子显微镜-能量色散光谱仪对超低碳铝脱氧含钛IF钢的水口结瘤物进行分析。结瘤物分为凝钢层和主体层。由于氧化物形貌和成分的差异,结瘤物主体层呈现出明显的分层现象,从水口本体至钢液方向依次为呈交织网状的细长条状Al
2
O
3
、点状分布的单颗粒Al
2
O
3
、连绵成片的FeO
x
-Al
2
O
3
和点状分布的单颗粒Al
2
O
3
。凝钢边缘存在主要成分为FeO
x
、Al
2
O
3
和FeO·Al
2
O
3
的FeO
x
-Al
2
O
3
复合物薄层。FeO
x
-Al
2
O
3
薄层中,靠近凝钢的部分其Al
2
O
3
含量较高,相对远离凝钢的部分其FeO
x
含量较高。热力学计算结果表明,1 536
o
C钢液中[O]质量分数大于0.041 0%时,钢液中可以生成FeO和FeO·Al
2
O
3
。当水口内部钢液发生二次氧化时,钢滴会先生成FeO
x
-Al
2
O
3
复合氧化物,然后FeO
x
与钢滴内部的[Al]反应生成Al
2
O
3
,同时FeO
x
-Al
2
O
3
复合氧化物会黏附外部的Al
2
O
3
。FeO
x
在水口结瘤中起到黏结剂的作用。
2021 Vol. 56 (1): 43-50 [
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压力加工
51
孙建亮, 孙孟乾, 郭贺松, 计江, 徐利璞, 彭艳
热轧带材多缺陷和单缺陷表面质量综合预报
针对目前热轧带材表面质量缺陷类型多、产生机理不同,不能实现在线诊断的问题,提出融合各降维层深度置信网络模型的热轧带材多缺陷和单一缺陷表面质量问题综合预报技术。考虑传统深度置信网络在模型层数和节点数方面的不足,提出并建立了融合各降维层的深度置信网络模型,降低由于网络算法节点个数及层数不确定性造成的预报误差,并利用相关性将经典深度置信网络预报结果和各降维层的预报结果融合为唯一预报值。针对热轧带材生产过程表面质量多缺陷问题,考虑不同表面质量缺陷影响因素不同,建立了热轧带材表面质量多缺陷和单缺陷综合诊断策略模型。将所建模型应用到某热轧厂带材表面翘皮、铁皮印和毛刺等多缺陷预报,结果表明,该模型缺陷预报准确度达80%以上,这对热轧带材多缺陷表面质量具有良好的诊断效果。
2021 Vol. 56 (1): 51-58 [
摘要
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59
孔宁, 杨迪, 张杰, 李洪波, 王一博
含磷高强钢板拉矫破鳞过程的氧化皮剥离机理
为提升含磷高强钢板的拉矫破鳞效率,采用弯曲试验模拟拉矫过程中超低碳含磷高强钢板表面氧化铁皮的剥离过程,并以中点位置的压下量表征拉矫机弯曲辊的插入深度。通过表面微观检测可知,附着于带钢基体上的氧化铁皮在压应力下呈现块状剥离,拉应力下则主要表现为裂纹扩展。同时,采用ImageJ开源图像识别软件进行氧化铁皮剥离率及破裂度统计计算,发现两种应力状态下的带钢表面氧化铁皮剥离率及破裂度随着压下量的增加都趋于饱和,但饱和点却有较大差异。由于残余压应力的存在、内外侧表面应力状态及带钢基底与氧化铁皮材料属性的差异,导致氧化铁皮在带钢两侧的剥离形式截然不同。采用MARC有限元软件仿真了插入深度对拉矫伸长率的影响,并结合弯曲试验及微观分析结果可知,伸长率并不能完全表征破鳞效果,需要结合应力状态来综合评价。
2021 Vol. 56 (1): 59-68 [
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钢铁材料
69
刘曼, 胡海江, 田俊羽, 陈光辉, 徐光
贝氏体钢等温淬火和淬火-配分复合工艺
为了研究等温淬火和淬火-配分复合工艺对中碳高强贝氏体钢组织和力学性能的影响,采用组织观察、热模拟试验、X射线衍射分析和拉伸试验等手段,阐明等温淬火和淬火-配分复合工艺处理下的组织演变和性能变化。结果表明,等温淬火结合淬火-配分工艺可以细化粗大的块状马氏体/奥氏体岛,将粗大的马奥岛组织转化为薄膜状奥氏体和贫碳马氏体。与单独贝氏体相变或单独淬火-配分处理工艺相比,等温淬火结合淬火-配分复合工艺提高了中碳钢的力学性能。此外,与单独贝氏体相变或淬火-配分工艺相比,通过等温淬火和淬火-配分复合工艺可以获得更多碳含量较高的残余奥氏体。
2021 Vol. 56 (1): 69-74 [
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75
李尧, 成国光, 鲁金龙, 孙军, 黄宇
20CrMnTi齿轮钢中TiN析出相对淬透性的影响
为了研究20CrMnTi齿轮钢中TiN析出相对淬透性的影响,以实际生产中两种具有不同淬透性特性的20CrMnTi端淬试样为基础,对试样的外围硬度进行测试,用金相显微镜观察室温组织和原奥氏体晶粒组织,用扫描电镜观察分析钢中TiN颗粒的特征,以及利用Thermo-Calc软件分析TiN的析出过程。研究结果表明,奥氏体晶粒度对淬透性有明显影响,晶粒越大,组织中马氏体的体积分数越高,硬度越高,晶粒尺寸的均匀细小化使得试样外围硬度最大差距由9.1HRC降低至3.3HRC;在固相中尽可能多地析出细小的TiN对获得细小和均匀的奥氏体晶粒有重要作用,淬透性更好的试样中TiN实际凝固析出量更小,固相析出量更大,促进晶粒细化和均匀化,获得了更均匀的外围硬度。在实际生产中,在特定的钛质量分数条件下,如何有效地抑制TiN在凝固过程中的析出是20CrMnTi齿轮钢获得窄淬透性带宽的关键。
2021 Vol. 56 (1): 75-84 [
摘要
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85
彭艳, 刘才溢, 王宁宁, 孔玲
一种新型热处理工艺对中碳钢组织性能影响
为提高钢的强塑性,基于传统淬火-碳分配-回火(quenching-partitioning-tempering,Q-P-T)工艺,结合热变形技术,提出变形-淬火-碳分配-回火(deforming-quenching-partitioning-tempering,D-Q-P-T)的设计思想,通过扫描电镜、透射电镜、X射线衍射和拉伸试验,研究变形作用对试验钢的微观组织结构和力学性能影响,讨论了变形-淬火-碳分配-回火工艺提高钢的强塑性机理,采用变形-淬火-碳分配-回火工艺最终获得了具有高位错密度的板条状马氏体和残余奥氏体组织,实现了钢的多相组织的设计思想,在870 ℃变形量为60%,变形速率为1 s
-1
条件下,D-Q-P-T工艺可使钢的抗拉强度比传统淬火-碳分配-回火工艺提高58 MPa,伸长率增大5%,对于实现汽车轻量化,拓宽高强钢的应用领域具有重要意义。
2021 Vol. 56 (1): 85-90 [
摘要
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91
李晨光, 包汉生, 李莉, 白银, 张伟, 赵吉庆
核能用2.25Cr-1Mo钢水蒸气氧化行为
为了研究核电用2.25Cr-1Mo钢的抗蒸汽氧化性能,在500 ℃、0.1 MPa水蒸气条件下,对2.25Cr-1Mo耐热钢进行了600 h的氧化试验,利用分析天平测定样品氧化增重,获得氧化动力学曲线,通过扫描电镜观察分析了氧化膜的形貌和结构,结合X射线衍射和能谱分析对氧化产物进行物相分析。试验结果表明,2.25Cr-1Mo耐热钢的氧化增重曲线符合立方规律;氧化膜为双层结构,氧化膜内层较为致密的主要物相为(Fe,Cr)
3
O
4
尖晶石,氧化膜外层疏松多孔主要物相为Fe
3
O
4
和少量Fe
2
O
3
;腐蚀速率测定结果表明,该材料具有较好的抗蒸汽氧化性能。
2021 Vol. 56 (1): 91-96 [
摘要
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253
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97
武敏, 李国平, 邹勇, 王立新, 卫英慧
退火温度对441铁素体不锈钢组织性能的影响
为探索超纯铁素体不锈钢热轧板材在退火过程中组织和力学性能的演变,对441进行了900~1 050 ℃的退火试验,利用OM、SEM和TEM表征了441在退火过程中显微组织的变化规律,并通过拉伸试验和冲击试验研究了退火温度对力学性能的影响。结果表明,随着退火温度升高,轧制组织发生再结晶,且晶粒逐渐长大。退火后441热轧板材中存在3种析出相,初生(Ti,Nb)(C,N)、二次Nb(C,N)和Laves相。Laves相仅在900~950 ℃退火样品中大量析出,尺寸约为几百纳米。441的屈服强度随着退火温度的升高先减小再增大,抗拉强度逐渐降低,而伸长率逐渐升高。形变强化对材料的屈服强度具有最大贡献,固溶强化次之,析出强化最小。冲击试验结果显示,1 000 ℃退火后441具有最低的韧脆转变温度,第二相与晶粒长大对材料韧性均有显著的不良影响。
2021 Vol. 56 (1): 97-103 [
摘要
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263
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环保与能源
104
肖恒, 甘敏, 陈许玲, 范晓慧, 汪国靖, 张蓉畅
钢铁粉尘与高氯飞灰协同脱除有害元素的试验
针对钢铁厂难处理粉尘有害元素含量高而制约其资源化利用的问题,以转炉泥为研究对象,通过卧式管炉模拟高温处理工艺生产条件,研究了转炉泥单独焙烧时有害元素的脱除特征,焙烧过程可脱除部分K、Na、Zn、Pb,但因氯低导致氯化挥发的脱除率低、焙烧温度高。针对此问题,将高氯垃圾飞灰配入转炉泥进行协同处置,以强化有害元素的脱除。研究表明,当飞灰配入量为28%时,焙烧温度可以降至1 100 ℃,且K、Na、Pb、Zn、Cl的脱除比例分别从61.32%、46.65%、36.09%、10.99%、77.06%提高到97.93%、68.96%、87.91%、59.76%、93.79%,焙烧过程主要为固相反应,无明显液相生成。在转炉泥和飞灰的混合料中适当配入碳粉,提供一定的还原性气氛,还可进一步提高有害元素的脱除比例,当配碳量为6%时,Pb、Zn脱除率提高到94.10%、67.94%,继续提高至10%时,Pb、Zn脱除率达到95.84%、94.74%。通过协同处理,不仅能够实现钢铁粉尘中有害元素的高效分离和富集,而且还能获得具有利用价值的固态铁渣,并可为飞灰无害化提供新的途径。
2021 Vol. 56 (1): 104-112 [
摘要
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302
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)
技术交流
113
王新东, 常金宝, 李杰, 安会龙
冶金流程工程学在小方坯直接轧制中的应用
以小方坯直接轧制流程为例,分析了冶金流程工程学的基本概念并用生产实例验证了其基础理论对冶金制造流程中实现宏观流程优化、降低能量耗散、实现节能减排和绿色制造的指导作用。通过提升连铸机拉速,减少工作机流总数,可以实现直接轧制工艺流程中物质流的“层流”运行。通过优化配置连铸-轧钢流程中的时间和空间要素,增强铸坯的保温措施、采用高速输送辊道,实现冶金流程中不同工序之间“协同-有序-连续-紧凑”衔接,可以提高铸坯初始温度,降低输送过程中温度损失。分析了直接轧制流程中能量耗散对产品质量和力学性能波动的影响,通过控制流程中铸坯温度损失、采取适当的温度均匀化措施,优化铸坯温度沿长度方向的分布,降低头尾温差,可以降低产品力学性能波动,实现产品性能窄窗口控制。讨论了连铸-轧钢流程中信息流的产生、构成和作用,通过实现连铸-轧钢制造流程中信息流和物质流、能量流深度融合,可以保证产品的质量稳定性,提高生产线智能化水平。
2021 Vol. 56 (1): 113-119 [
摘要
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244
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)
120
韩伟刚, 胡长庆, 孙雨含, 路祎帆, 马居安
钢铁制造流程铁钢界面时间参数“涨落”特征
时间是钢铁制造流程物质流的基本参数之一,研究其“涨落”特征对钢铁制造流程的动态有序运行、动态精准设计和结构重构优化具有重要意义。以钢铁制造流程铁钢界面为例,采用以中位数和稳健变异系数为主要指标的稳健统计方法,对物质流运行过程各环节时间的集中性和离散性特征及其影响因素进行深入分析。研究结果表明,铁钢界面物质流运行过程中,各作业环节的时间集中性指标和离散性指标的差异均较大,主要与作业内容和主体独立性有关;而各等待环节的时间集中性指标差异较大而离散性指标差异较小,主要受系统结构及生产组织的综合影响。工序自身生产特点、流程静态物理结构和物质流动态运行程序是影响钢铁制造流程多维物质流时间参数“涨落”特征的主要因素。
2021 Vol. 56 (1): 120-126 [
摘要
] (
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127
樊尧桂, 胡四新, 王林, 王瑛栋, 何彬, 朱子宗
焦炭喷洒ZBS改质剂的改性机理及生产实践
针对阳春新钢铁炼铁高炉所采购焦炭品种多、质量波动大,造成高炉炉况波动、成本偏高的问题,进行了焦炭提质增效的工业性试验研究。通过向焦炭立体喷洒ZBS焦炭改质剂,研究了ZBS改质剂与焦炭的相互作用行为,阐述了ZBS改性机理。研究发现,经过ZBS改性后的焦炭形成了碳的络合物和化合物,改变了碳的结构,提高了焦炭的石墨化度。经ZBS改质剂处理后,焦炭反应性(CRI)平均降低5.2%,反应后强度(CSR)平均提高7.83%。相较于基准期,高炉炉温波动小,硫含量合格, 生铁合格率达到100%。试验的1号高炉日产提高75 t,入炉焦比降低33.8 kg/t,综合燃料比降低11.63 kg/t。通过项目实施,达到了高炉稳产、增产、降低焦炭用量的目的,为高炉炼铁增产降耗提供了一种新方法。
2021 Vol. 56 (1): 127-132 [
摘要
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327
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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”
·
《钢铁》创刊60周年纪念特刊征订
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