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2021年 56卷 5期
刊出日期：2021-05-15
综合论述
原料与炼铁
炼钢
压力加工
钢铁材料
技术交流
综合论述
1
上官方钦, 周继程, 王海风, 郦秀萍
气候变化与钢铁工业脱碳化发展
中国政府高度重视气候变化问题,积极主动地做出了减排承诺。钢铁行业作为工业的重要领域,是能源消费大户,同时也是CO
2
排放大户。对中国钢铁工业CO
2
排放现状分析表明,中国钢铁工业吨钢CO
2
排放量下降明显,CO
2
排放总量在2014年已经达到峰值,随后呈下降趋势,但由于粗钢产量巨大,钢铁工业的CO
2
排放量占全国CO
2
排放总量仍然较高,必须走脱碳化发展的道路。通过对钢铁工业脱碳化发展策略和技术的分析,表明有策略地推进并提高全废钢电炉流程的比例是当前最为实际的钢铁工业脱碳化发展途径。
2021 Vol. 56 (5): 1-6 [
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原料与炼铁
7
王新东, 金永龙
高炉使用高比例球团的战略思考与球团生产的试验研究
从战略发展角度分析了高炉使用高比例球团的优势和存在的问题,指出了高炉使用高比例球团的战略机遇。根据国内高硅铁精粉特点,开展了高硅酸性和熔剂性的镁质球团造球、干燥和焙烧等基础研究,分析了球团抗压强度、高温冶金性能、回转窑生产过程结圈形成机理等基础特性,提出了球团生产的基本操作参数设计特点,实现了链箅机回转窑生产高硅镁质酸性和熔剂性球团的稳定连续生产。完成了高比例球团矿高炉冶炼生产试验。实践证明,高比例球团矿冶炼的高炉生产稳定顺行,各项指标优于高比例烧结矿冶炼的高炉,操作思路可复制、冶炼结果可重现、操作经验可推广,并且环境效益巨大,SO
2
、NO
x
、PM和CO
2
的排放远远优于高比例烧结矿生产的高炉。可以预见,优质冶金球团的制备和高炉高比例球团冶炼将是破解中国钢铁长流程降低污染物排放,实现低碳冶炼和可持续发展的最佳举措。
2021 Vol. 56 (5): 7-10 [
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17
张成博, 邵磊, 肖其林, 邹宗树
高炉炉缸凝壳和残衬双轮廓内型的诊断模型
高炉炉缸内衬侵蚀和凝壳的形成决定了炉缸的寿命。为及时掌握高炉炉缸凝壳和残衬双轮廓内型状况,进而及时制定合理应对措施,结合数值传热学、优化导热系数法以及Levenberg-Marquardt法、拟牛顿法和梯度法3种优化算法,建立了高炉炉缸凝壳和残衬双轮廓内型诊断模型。重点阐述了模型的构建思路和过程,构造了象脚状侵蚀样本对模型的有效性和准确性进行了验证,并通过应用于实际炉缸结构的算例进一步展示其实际应用效果。结果表明,3种优化算法中Levenberg-Marquardt法的效果最好。应用实例表明,某厂在产高炉开炉150周后炉缸内凝壳消熔和生成处于动态平衡状态,残衬侵蚀缓慢。
2021 Vol. 56 (5): 17-22 [
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23
吴迪, 金峰, 刘勇, 毕传光
炉缸内流动传热特性与侵蚀监测模型
为了分析实际工况下高炉炉缸内流动与换热特性并对炭砖内侵蚀线进行预测,运用了计算流体力学(CFD)和二维快速反推算法的方法对炉底进行了数值仿真计算。研究结果表明,全尺寸炉底CFD模拟较好地展示了炉底流固区域的温度场和流场特征,测点温度与历史热电偶测温值小于5.2%,吻合效果较好;当炉体内存在气隙时,气隙左右分别形成极热区与极冷区,这与历史数据中热电偶温度骤变的现象吻合,且气隙厚度分别为10、20、30 mm时气隙左右温差相对于无气隙分别为原来的14.7、18.9、21.4倍;二维快反计算推演出了“象脚型”侵蚀的形状,最大侵蚀的位置在铁口下方1~3 m内,最小残余厚度与实际测值误差为13.5%,这与高炉实际侵蚀情况十分吻合。
2021 Vol. 56 (5): 23-30 [
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炼钢
31
张燕超, 张彩军, 曾凯, 薛瑞, 朱立光, 白凤强
300 t复吹转炉底吹系统优化模拟
顶底复合吹炼转炉炼钢法是当下主流的炼钢方法,底部供气元件的种类、支数、排布方式和底吹供气强度直接影响着转炉熔池的混匀效果,合理的流场不仅可以降低生产成本,更能缩短冶炼周期,增加企业效益。基于冷态水模拟以及CFD数值模拟手段各自的研究特点,以某钢厂300 t转炉为原型,将不同底吹条件下熔池的混匀时间、死区以及弱流区体积作为评判依据,对300 t转炉的底枪排布方式、底吹供气模式(非均匀供气和均匀供气)以及底吹供气强度进行了系统研究,研究结果表明,当底枪排布位置由0.3
D
(
D
为炉底直径)到0.5
D
,底吹系统对炉壁处钢液的搅拌能力明显增强,但熔池内死区以及弱流区体积却会明显增加,使得整个熔池混匀时间增长;在对适宜底吹强度研究发现,当熔池底吹强度的临界值为0.28 m
3
/(t·min),此底吹强度下对熔池的搅拌效果最好;底吹系统对熔池的搅拌效果会随着供气模式的不同而改变,当底吹流量分配为2:1时,底吹系统对熔池的搅拌效果最佳,均匀供气模式(1:1)次之,而当分配比为3:1和4:1时,由于熔池的大流量侧供气强度相对较大,会极大影响底吹系统对熔池的搅拌效果。
2021 Vol. 56 (5): 31-40 [
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41
刘增勋, 张朝阳, 肖鹏程, 朱立光, 周景一, 张军国
冷却工艺对高速连铸结晶器传热的影响
为了分析冷却水的供水工艺对结晶器铜壁和冷却水温度场的影响,基于结晶器铜壁热电偶实测温度,构建铸坯/铜壁传热反问题和铜壁/冷却水正问题数学模型,采用ANSYS建立铸坯/铜壁/冷却水数值分析模型,对薄板坯结晶器温度场进行耦合传热分析,解析不同冷却工艺对高速薄板坯连铸结晶器内传热行为的影响。结果表明,水缝内冷却水流动方向对铜壁温度场具有显著影响,采用自上而下“反向供水”,比常规冷却工艺时铜壁热面温度峰值降低117 ℃,铜壁侧冷却水最高温度降低24 ℃,有效改善铜板工作状态,抑制冷却水局部沸腾趋势。提高冷却水速度可以进一步降低铜壁和冷却水温度,冷却水温度对铜壁温度场影响较小。
2021 Vol. 56 (5): 41-48 [
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49
周美洁, 艾立群, 洪陆阔, 李亚强, 孙彩娇, 侯耀斌
CO
2
和H
2
O气氛下Fe-C合金薄带脱碳对比
为了对CO
2
和H
2
O两种气氛的脱碳效果进行对比,将碳质量分数约为4.2%的Fe-C合金薄带分别在两种气氛中进行脱碳处理。通过热力学分析结合试验保证碳被脱除且铁不氧化的气氛条件分别为:Ar-CO-CO
2
(气体流量为850 mL/min,CO的体积分数为25%,$P_{CO_2}$/(
P
CO
+$P_{CO_2}$)为0.26),Ar-H
2
-H
2
O(气体流量为500 mL/min,H
2
体积分数为15%,水浴温度为313 K)。当脱碳温度为1 413 K时,Ar-H
2
-H
2
O气氛下,脱碳时间为50 min时,脱碳后的平均碳质量分数为0.6%,Ar-CO-CO
2
气氛下,脱碳时间为70 min时,脱碳后的平均碳质量分数为0.92%。当脱碳时间相同时,Ar-H
2
-H
2
O的脱碳效果优于Ar-CO-CO
2
的脱碳效果,由于随着脱碳反应的进行薄带表面与氧化气体反应达到平衡,Ar-H
2
-H
2
O反应平衡时薄带的碳活度要低于Ar-CO-CO
2
气氛条件的碳活度,导致Ar-H
2
-H
2
O气氛条件下薄带的碳浓度梯度高于Ar-CO-CO
2
气氛条件,进而导致Ar-H
2
-H
2
O气氛条件的扩散通量大,脱碳效果好。
2021 Vol. 56 (5): 49-55 [
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56
安瑞栋, 刘福斌, 陈奎, 高俊哲, 康从鹏, 姜周华
电渣重熔GH984G定向凝固组织CAFE法模拟
电渣重熔凝固组织的控制直接关系到高温合金的品质与实际生产应用。针对电渣重熔GH984G的定向凝固过程,同时考虑传热和溶质扩散,基于CAFE法与C语言结合,建立了三维电渣重熔凝固过程组织演变的CAFE模型,并对凝固过程温度场和凝固组织演变进行模拟预测。结果表明,铸锭温度场和熔池深度都是首先为较浅平状态,然后不断加深至最后稳定;在电极熔化初始,金属熔池浅平,枝晶生长方向是竖直向上,之后金属熔池不断加深,底部竖直向上的柱状晶方向变为斜向上约26°。同时在铸锭的中心线上出现了等轴晶,等轴晶形核长大后与柱状晶镶嵌生长。此外,随着电极熔速变大,渣金界面上涨速度也随之变大,且熔池深度相应变宽变深。模拟结果与试验结果基本吻合,从而验证了模型与形核参数的适用性。
2021 Vol. 56 (5): 56-64 [
摘要
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压力加工
65
谢红飙, 任建凯, 余超, 肖宏
复合板轧制界面周期性波动的模拟与试验
为了探究复合板轧后复合界面产生周期性厚度波动的机理和影响因素,基于商用有限元分析软件ABAQUS建立了铝/钢/铝三层对称复合板轧制的有限元模型。通过对轧制过程复合板各层应力变化规律的分析,表明在铝/钢/铝复合板轧制过程,钢层和铝层存在明显的变形不协调现象,铝层的变形趋势明显大于钢层,导致钢层在轧制方向产生拉应力并使钢层发生厚度减薄。同时厚度减薄的发生改变了周围区域的应力分布,使厚度波动呈现周期性特征,通过实验室的轧制试验验证了模拟和分析结果的正确性。
2021 Vol. 56 (5): 65-71 [
摘要
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72
申立涛, 许鹏, 张亚震, 顾清, 孔鹏辉, 白振华
冷连轧升降速过程板形变化及其张力补偿技术
针对冷连轧升降速过程中轧制压力的波动造成冷连轧机组升降速阶段轧制不稳定和板形质量不佳等问题,为了减小轧制力波动,获得优质板形,在结合冷连轧机组的设备及工艺特点的前提下,充分考虑到乳化液流量充足与不足两种情况下轧制速度的波动对轧制压力变化的影响,分析了冷连轧升降速过程中板形演变机理。在此基础上,以冷连轧机组升降速过程中整体轧制压力波动最小为目标函数,开发了一套相应的张力补偿模型,并将其应用到某1 800五机架冷连轧机组的生产实践,取得了良好的使用效果,有效提升了轧制稳定性与板形质量,具有进一步推广应用的价值。
2021 Vol. 56 (5): 72-79 [
摘要
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80
郑义, 杨庭松, 曲春涛, 杜凤山, 许志强
新型电磁调控轧机弯辊辊型电磁补偿及初始辊缝
为解决薄带轧制过程中的各类板形问题,以新型电磁调控轧机为研究对象,利用Marc建立三维热-力耦合有限元模型,分析了弯辊和电磁调控轧辊综合作用下弯辊力和轧制力对轧辊辊型状态、板形分布、板坯边部应力、辊间接触应力、承载辊缝形状的影响规律。结果表明,弯辊机制的施加将直接促进电磁调控轧辊的稳定胀形,使电磁调控轧辊胀形凸度得到整体性补偿,并以板形良好为依据,给出新型调控轧机合理的弯辊力施加范围。对比分析了不同弯辊力和轧制力下辊缝函数的变化情况,形成不同的二次、四次凸度,为板形控制及初始辊缝设定提供依据。
2021 Vol. 56 (5): 80-90 [
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钢铁材料
91
殷会芳, 杨钢, 赵吉庆
回火温度对COST-FB2转子钢析出相与力学性能的影响
为了调整COST-FB2转子钢的强韧性,采用OM、SEM和TEM等手段研究了回火温度对COST-FB2转子钢的析出相类型与力学性能的影响。结果表明,随着回火温度由350 ℃升高到750 ℃,试验钢的强度、硬度不断下降,塑性和冲击功上升;试验钢350 ℃和570 ℃回火后的高强低韧性可通过再次在700 ℃回火改善。淬火后COST-FB2转子钢中的残余奥氏体,可通过在570 ℃回火消除;在350 ℃和570 ℃回火后马氏体板条内部有大量针状的M
3
C,700 ℃回火后的显微组织中M
3
C消失,M
23
C
6
在原奥氏体晶界和马氏体板条界上析出,750 ℃回火后晶界上的M
23
C
6
有聚集粗化的现象,部分马氏体板条存在回复现象。
2021 Vol. 56 (5): 91-97 [
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446
)
98
张志慧, 顾洋, 袁睿, 武会宾
低碳中铬钢在模拟CO
2
-EOR环境下的腐蚀行为
为了研究Cr5和Cr7(质量分数/%)钢在CO
2
-EOR高温高压服役条件下的腐蚀机理,利用高温高压反应釜模拟其腐蚀行为,使用失重法测定了腐蚀速率,采用SEM、EDS、XRD和XPS等手段对腐蚀产物进行了观察与分析,探讨了试验钢在CO
2
条件下的腐蚀机理,并提出了腐蚀模型。研究结果表明,Cr5钢的腐蚀速率为0.734 75 mm/a,Cr7钢的腐蚀速度为0.217 32 mm/a;腐蚀产物均由外层的FeCO
3
晶体以及内层的非晶态FeCO
3
和Cr(OH)
3
组成;腐蚀初期,产物膜以原位形成和阳极溶解后逐渐沉积两种途径生成;产物完全覆盖基体后,离子在界面处的扩散后沉积成为产物膜生长的主要途径。
2021 Vol. 56 (5): 98-104 [
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105
宜亚丽, 孔耀颉, 王宇韩, 金贺荣, 赵丁选
涂覆制坯对不锈钢/低合金钢复合界面影响
为探究涂覆铁钴镍夹层法制备不锈钢/低碳钢复合板坯对复合板界面洁净度的影响,运用Procast仿真软件,利用正交试验法,确立夹层涂覆优选工艺参数。依据仿真结果制备带涂覆夹层复合板坯,通过与固态夹层嵌入法制得复合板坯对比,分析不同组坯方式对轧制成形后微观组织和力学性能的影响。试验结果表明,两类组坯方式的复合板夹层均可阻隔碳、铬元素扩散,试样拉剪强度符合相关标准要求;涂覆法较嵌入法能明显提升阻隔铬元素扩散能力,获得更平直的结合界面,夹杂物和氧化物含量也能得到不同程度的改善,其中涂覆法氧元素质量分数(4.1%)显著低于嵌入法(11.1%),涂覆法拉剪强度(531 MPa)高于嵌入法(503 MPa)。
2021 Vol. 56 (5): 105-112 [
摘要
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502
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技术交流
113
肖瑶, 牛身身, 韩毅, 刘丰, 高新亮, 于恩林
高频直缝焊管中频热处理参数分析
为减小热影响区域残余应力集中,提高焊缝质量,高频直缝焊管需进行中频热处理。但在中频感应加热后,焊缝上下表面存在一定的温差,受传热顺序的影响,厚壁管材的下表面不易达到热处理温度,严重时会影响成品钢管质量。根据焊管中频电磁加热特点,分析了两组线圈轴向间距、线圈翻转角度和主、副线圈间距对感应加热效果的影响规律。焊缝上下表面温差和加热后H点温度随着两组线圈轴向间距的增大呈现减小趋势。当线圈角度为正值时,H点温度和温差随着角度的增大而增大,角度为50°时出现最小值;当角度为负值时,温差和H点温度在一定范围内波动,此时H点温度较高,温差较小。当单组主、副线圈间距为30 mm时,温差最小。利用专业焊接软件SYSWELD进行组织场模拟,对比分析了热处理后焊缝上表面的组织分布,并发现经过中频热处理后,铁素体体积分数增加到了25%左右,珠光体体积分数减少到75%。最终通过Gleeble热模拟试验和金相试验,间接验证了温度模型的正确性。为进一步优化直缝焊管热处理加热工艺参数提供理论参考,对企业的生产改进具有一定的指导意义。
2021 Vol. 56 (5): 113-121 [
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439
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122
韩伟刚, 胡长庆
基于熵的钢铁制造流程运行有序性评价模型
钢铁制造流程运行有序性的定量评价,是钢铁制造过程优化管控中的一个重要问题。为从流程中工序/装置之间的衔接、匹配状态方面定量研究流程运行有序性,结合信息熵的概念,定义钢铁制造流程中单元装置
i
输入端和输出端的平均不确定性为其运行状态熵
E
(
i
),以运行状态熵与最大运行状态熵的比值
E
(
i
)/
E
max
(
i
)为其运行无序度,相应地以
R
(
i
)=1-
E
(
i
)/
E
max
(
i
)为其运行有序度。在此基础上,定义所有单元装置运行有序度的加权平均值为钢铁制造流程的运行有序度,作为钢铁制造流程运行有序性的评价指标。最后,以某钢铁企业炼钢厂转炉-连铸区段为例,计算得某月中的运行有序度为0.396 1。
2021 Vol. 56 (5): 122-128 [
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539
)
钢铁
编辑部公告
·
中国科协全国学会学术出版道德公约
·
公告：《钢铁》2018—2019年论文电子版已全文上网（附下载方式）
·
《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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