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2021年 56卷 9期
刊出日期：2021-09-15
综合论述
炼钢
压力加工
钢铁材料
冶金人工智能技术
综合论述
1
杨健, 吴思炜
基于机器学习的钢铁轧制过程性能预测
为了实现快速的热轧工艺优化设计,基于工业数据的钢铁材料性能预测引起了研究者的极大关注,对利用机器学习进行钢铁材料轧制过程性能预测的研究进展进行了梳理。首先介绍了钢铁材料轧制过程性能预测常用的主流机器学习算法,其中包括人工神经网络、模糊神经网络、支持向量机、随机森林、智能优化算法等。其次,分别对钢铁材料轧制过程性能预测建模方法研究进展和模型应用情况进行了综述。最后,对钢铁轧制过程性能预测研究进行了展望,指出了数据质量的改善、小样本数据建模、建模数据加密、模型可解释性研究、钢铁材料组织预测和利用模型进行有效的工艺优化设计等可能发展方向。
2021 Vol. 56 (9): 1-9 [
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冶金人工智能技术
10
李宏扬, 刘小杰, 李欣, 卜象平, 李红玮, 吕庆
高炉炼铁工业互联网平台的应用
随着工业互联网平台技术的不断提升,高炉炼铁领域的数字化和智能化升级势在必行。为了解决高炉炼铁信息自动化体系在数据采集、存储、分析及应用等方面存在的问题,迫切需要构建高炉炼铁工业互联网平台。论述了工业互联网平台的发展现状,针对高炉炼铁领域的数据分析挖掘需求,搭建高炉炼铁工业互联网平台。阐述了平台整体架构中边缘层、基础设施层、平台层和应用层的结构逻辑,通过工业互联网技术实现数据传输、存储、处理、调度、业务建模、数据交互分析、智能应用等多项功能。探讨了基于平台以解决生产实际痛点为出发点的智能应用的建立过程。高炉炼铁工业互联网平台的建立对炼铁工业的转型升级具有重要的现实意义。
2021 Vol. 56 (9): 10-18 [
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19
于加学, 孙杰, 张殿华
基于深度学习的热轧带钢头部厚度的命中预测
针对热轧带钢头部厚度精度较低的问题,提出了一种基于深度学习的热轧带钢头部厚度的命中预测方法。在精轧过程中,带钢头部张力较小,且通常温度较低;同时轧机工艺参数复杂,精准设定存在困难,轧制带钢头部经常会出现厚度不合格的现象。利用深度神经网络的非线性拟合能力,设计带钢头部厚度预测模型,给轧机的参数设定提供参考、提高头部厚度命中率、减少钢材浪费。深度神经网络(DNN)包含输入层、隐藏层、输出层,使用TensorFlow开源机器学习框架设计预测模型并用程序实现。调整神经网络各参数,通过研究它们对模型性能的影响,优化预测模型。最后使用多种厚度的带钢测试数据训练并检验头部厚度预测模型,结果显示,分类预测命中准确率在80%以上。
2021 Vol. 56 (9): 19-25 [
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26
徐扬欢, 王东城, 汪永梅, 袁文越, 于华鑫, 刘宏民
基于自编码器的冷轧带材板形数据降维方法
为实现板带轧制过程的智能制造,对智能化的内涵进行了深入探索。针对具体问题,将无监督学习与强化学习理论用于生产实践具有重要意义。以板带轧制过程中的板形检测数据为研究对象,通过无监督学习理论中的自编码器进行板形基本模式的自动学习,从而降低板形数据的存储与传输量,实现板形分布的抽象表示,为后续板形异常检测、智能预报和智能控制奠定基础。与基于勒让德多项式模式的传统板形数据降维方法相比,此方法可显著提高板形重构精度,实现板形数据的近似无损压缩。
2021 Vol. 56 (9): 26-35 [
摘要
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36
彭功状, 程银亮, 梁越永, 何安瑞
轧钢成品库无人天车与货车调度协同优化
为了研究轧钢库区货车入库高效调度和无人天车作业合理分配协同优化问题,针对轧钢成品库区产品多品种小批量、出入库频繁等特点,建立了以订单服务时间最小为目标的整数规划模型,然后通过仿真试验对天车分配规则进行学习,并在不同订单规模下对经验规则、遗传算法和自适应遗传算法3种调度方法进行了对比试验。试验结果和现场验证均表明在各个订单规模下自适应遗传算法调度方案能高效准确地找出最优调度方案,从而为钢厂无人仓库天车调度进行指导,有效地优化了仓库物流库存管理。
2021 Vol. 56 (9): 36-42 [
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43
李江昀, 杨志方, 郑俊锋, 赵义凯
深度学习技术在钢铁工业中的应用
人工智能自1956年在达特茅斯会议上提出后,现在正处于为人类社会带来最大影响与变革的第三次浪潮,而深度学习作为掀起此次浪潮的主要驱动力,也必然会为钢铁智能制造注入新动能。为了探究深度学习技术在钢铁工业中的应用前景,通过对深度学习的几项关键技术在钢铁工业应用中的探索,介绍了作者目前取得的相关成果,阐明了当前阶段深度学习技术应用于钢铁智能制造的研究方向以及技术优势,为推进人工智能技术赋能钢铁制造的发展提供参考。
2021 Vol. 56 (9): 43-49 [
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50
施灿涛, 吴秀婷, 朱涛
以数字基建支撑钢铁行业内涵式发展
为了研究数据在钢铁行业的生态化利用问题,介绍了中国钢铁行业发展面临的新形势,以及新发展阶段对钢铁企业的新型能力要求,阐述了钢铁行业存在的问题及发展趋势,分析了钢铁行业数据资源特点及数字赋能基础,数据要素与土地、劳动力、资本、技术等传统生产要素不断交叉融合,从提升企业核心竞争力、优化行业资源配置、支撑政府行业治理3个层面,总结了钢铁行业数据发力的重点领域,提出以基于区块链的“数字基建”构建行业新型信用体系,支撑钢铁内涵式发展。
2021 Vol. 56 (9): 50-55 [
摘要
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56
王健全, 李卫, 马彰超, 孙雷, 张超一
5G工业互联网赋能智慧钢铁
5G与工业互联网融合发展将为智能制造注入新动能。为探讨5G工业互联网在智慧钢铁领域的应用发展,首先从钢铁行业智能制造需求出发,给出系统架构扁平化、通信协议统一化、网络连接无线化等演进趋势;进一步结合5G的标准进程及商用部署情况,介绍5G在工业应用方面提供的增强特性及应用现状,指出现阶段其在钢铁制造实际应用中面临的挑战;最后针对5G赋能智慧钢铁的近期及中远期发展阶段,分析其所面临的行业适配、网络、终端、应用场景、标准演进等方面问题,并提出相应的研究方向建议,为进一步推进5G工业互联网赋能智慧钢铁提供参考。
2021 Vol. 56 (9): 56-61 [
摘要
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炼钢
62
蒋晓放, 杨文远, 吴亚明, 王明林, 李洪涛, 胡砚斌
大型转炉双角度氧枪喷头高供氧强度炼钢
为了把宝钢炼钢厂300 t转炉的氧流量由60 000 提高到69 000 m
3
/h,设计了6孔双角度氧枪喷头。根据第一个双角度喷头的试验结果,结合实验室内进行的氧枪喷头射流流场测定、射流与熔池作用的水模研究,对喷头设计进行了改进。为制定正确的供氧制度和喷头设计,对宝钢一炼钢的管道压力损失进行了测定。经过优化的3号6孔双角度喷头的主要参数为,氧流出口马赫数
Ma
≥2.1,小角度喷孔的氧流量不低于总供氧流量的57%,大角度喷孔夹角不小于13°,小角度喷孔夹角为10°左右。利用3号6孔喷头炼钢效果为,氧流量为69 000 m
3
/h,吹氧时间平均缩短2.0 min/炉,脱磷率平均为87.5%,氧枪喷头寿命平均为190次。通过这次研究工作掌握了大型转炉高供氧强度3.833 m
3
/(t·min)吹炼的双角度6孔喷头设计制作和吹炼操作技术。
2021 Vol. 56 (9): 62-73 [
摘要
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74
杨文, 张彦辉, 张立峰, 江金东, 伍从应
硬线钢拉拔断裂机理及连铸工艺优化
硬线钢除了要求良好的力学性能,还要求良好的加工性能,但硬线钢盘条在拉拔过程中常发生断丝,给加工的连续性带来巨大危害。为了减少硬线钢的拉拔断丝,对其拉拔断裂机理进行了研究,并开展了相应的连铸工艺优化。首先对82B硬线钢拉拔断丝试样进行了分析,通过对断裂试样的断口和纵剖面分析,结合对应的连铸坯内部质量检测,得出连铸坯中心缺陷及偏析对硬线钢拉拔断裂的影响机制为促进了盘条中心渗碳体膜的生成,导致了裂纹的产生和扩展。然后通过施加电流为350 A、频率为6.0 Hz的连铸凝固末端电磁搅拌,降低浇铸时钢水过热度至30 ℃以下等措施,82B硬线钢连铸坯中心缩孔和中心偏析度分别降低至0.5级和1.08以下,82B硬线钢拉拔断丝率由优化前的10~15 次/百t显著下降到4~5 次/百t。
2021 Vol. 56 (9): 74-79 [
摘要
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80
赵家七, 蔡小锋, 马建超, 李解, 张连兵
铝镇静冷镦钢CaS结瘤机理及改进
对铝镇静冷镦钢在浇铸过程中出现的浸入式水口结瘤问题进行了系统研究,结瘤物中主要为C12A7(12CaO·7Al
2
O
3
)、CaS以及少量的MgO、TFe等,CaS所占比例达到36.91%,CaS含量过高,是造成水口结瘤的主要原因。结合生产过程分析发现,当钙处理时钢水中硫含量偏高,或喂入钙含量过多时,则生成大量的CaS夹杂,促使水口结瘤。通过改进脱氧造渣工艺、优化钙处理工艺等一系列措施,将钙处理前钢水中硫质量分数控制在0.005 0%以下,钙处理后钢水中钙质量分数控制在0.001 4%～0.002 6%,使钢水中Al
2
O
3
夹杂改性充分,同时避免生成CaS夹杂造成水口结瘤,有效解决了CaS夹杂引起的水口结瘤问题,提高了铝镇静冷镦钢钢水浇注性能,使连浇炉数由最低的10炉/中间包提高至16炉/中间包以上。
2021 Vol. 56 (9): 80-87 [
摘要
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243
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压力加工
88
钱胜, 张文军, 林威, 顾清, 白振华
热镀锌连退过程C翘机理及其预报模型
为有效降低带钢C翘发生风险,提高其表面镀层均匀性,研究了热镀锌连退过程C翘形成机理。充分考虑到热镀锌连退过程的设备与工艺特点,从弹塑性力学角度详细分析带钢C翘形成机理,并推导出C翘机理力学模型。采用条元法建立带钢C翘预报计算模型,并基于此采用优化递推法成功解决生产应用C翘预报模型难点。最后,在此基础上编制热镀锌机组连退过程带钢C翘预报软件应用于现场,并分别预报两种典型规格带钢在炉内不同工艺段板形翘曲演变过程。结果表明,机组出口板形预报值与其实测值的偏差满足产品精度要求,该模型能实时预测炉内工艺段板形,为后续工艺参数优化提供理论指导,具有进一步推广应用的价值。
2021 Vol. 56 (9): 88-95 [
摘要
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96
施剑睿孙文权, 陈禄祯, 袁铁衡, 张喜榜, 李立刚
基于极限静摩擦力矩的轧机打滑预测模型
冷连轧轧制过程中,当轧制转矩大于轧辊与轧件间的极限静摩擦力矩时,轧辊与轧件之间将出现相对滑动,从而导致打滑的发生。为减少因打滑导致的冷轧带钢带钢表面缺陷,以板带轧制塑性变形基本公式为基础,将前滑区与后滑区的单位轧制力分布做线性简化,继而推导出极限静摩擦力矩模型。并以实测数据验证该模型的准确性,且从轧制转矩与极限静摩擦力矩差值的变化趋势中发现,随着轧制公里数的增加,差值有逐渐减小到零的趋势。同时利用差值小于设定阈值的方式来判定工作辊是否发生打滑,并应用于现场在线打滑预警系统中。实践证明,该模型对冷连轧工作辊打滑判定具有重要意义。
2021 Vol. 56 (9): 96-101 [
摘要
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102
宋君, 任廷志, 魏臻, 刘宝权, 王奎越, 宋宝宇
基于多目标优化的冷连轧工作辊窜辊优化控制
为了解决在高速连续生产中前后两卷带钢规格发生变化时,工作辊在线窜动和工作辊锥形段辊形引起的机组频繁断带问题,基于多目标寻优理论构造了工作辊窜辊多目标函数,计算得到了不同辊形下的最优窜辊区间,提高了轧机边部减薄控制效果。根据工作辊窜辊速度动态补偿控制确定不同轧制力条件下窜辊速度优化控制值,减小轧辊磨损和轴向力影响,保证高速轧制过程的稳定,减少带钢在工作辊窜动过程中产生的断带次数,提高了机组作业率和产品质量。
2021 Vol. 56 (9): 102-109 [
摘要
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钢铁材料
110
李志峰, 贺帅, 邢淑清, 麻永林, 刘振宇
铬元素添加对热轧低碳钢高温氧化行为的影响
为了研究铬元素和加热工艺参数(加热温度、保温时间)对热轧低碳钢表面氧化铁皮形成过程的复合作用,采用热重分析法研究了铬含量对低碳钢在1 100~1 250 ℃空气中氧化行为的影响规律,计算了氧化速率常数,并对比了不同试验条件下氧化铁皮的物相组成、显微结构以及微区元素占比。结果表明,所有氧化过程均呈现两阶段特征,即初期氧化动力学曲线呈线性规律,中后期逐渐转变成抛物线规律,而从线性到抛物线转变所需时间会随着钢中铬含量的升高而缩短;同时,铬元素添加后氧化铁皮的结构由最外侧的Fe
2
O
3
层、中间的Fe
3
O
4
层和FeO层以及靠近基体的富铬尖晶石(FeCr
2
O
4
)层组成,FeCr
2
O
4
层在氧化过程中通过阻碍铁离子和电子的外扩散,降低了氧化速率,从而显著提高低碳钢的抗高温氧化性能。
2021 Vol. 56 (9): 110-117 [
摘要
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235
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551
)
118
罗小兵, 朱飞, 杨才福, 柴锋, 张正延
纳米粒子强化含铜双相钢的组织性能关系
为进一步提高HSLA系列含铜钢的综合力学性能,利用多步骤热处理工艺(QLT工艺:淬火、临界区淬火及回火工艺)在超低碳Ni-Cr-Mo-V-Cu低合金钢中获得了优异的强度及低温韧性匹配(屈服强度895 MPa、抗拉强度950 MPa、-80 ℃冲击韧性188 J)。利用SEM、XRD及TEM等试验方法研究了试验钢在QLT工艺处理后,不同临界区淬火温度下(
A
c1~
A
c3温度范围内)的双相组织演化规律,阐明了不同临界区淬火温度下的QLT态试样的组织及性能关系。结果表明,QLT态试样的屈服强度与回火二次马氏体体积分数呈二次抛物线关系,抗拉强度与回火二次马氏体体积分数呈线性正相关关系;断裂伸长率则与临界区铁素体含量正相关。临界区淬火温度为720 ℃时的QLT态试样(QL
720
T)表现出优异的强度及低温韧性匹配,其高强度来源于协同析出的纳米级MC(M为铌、钼、钒及钛的任意组合)和铜粒子所强化的回火二次马氏体。QL
720
T态试样优异的低温韧性则由下列因素所致,主要呈片层状的回火二次马氏体及临界区铁素体的平行相间分布而导致的组织细化效应;大量异相界面所导致的脆性渗碳体或合金渗碳体的细化;强度差异较小的回火二次马氏体以及临界区铁素体。
2021 Vol. 56 (9): 118-128 [
摘要
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505
)
129
李成刚, 单文超, 刘怡私, 杨名, 王皓, 曹光明
基于热轧全流程氧化铁皮控制的耐蚀性工艺
针对热轧生产流程实际工况,系统研究了热轧、卷取阶段的三次氧化铁皮演变规律,旨在不增加生产成本的前提下,通过调整热轧生产工艺控制氧化铁皮结构,利用热轧后生成的氧化铁皮作为防护屏障,提高钢材耐蚀性能。结果表明,在不同轧制温度下,三次氧化铁皮结构从外到里分别为Fe
2
O
3
、Fe
3
O
4
和FeO,由于FeO中的阳离子空位密度大,导致其比例最大,并且随着轧制温度增加,氧化铁皮中的FeO层厚度逐渐增厚,并且其比例也逐渐增加。通过模拟连续冷却试验发现氧化铁皮结构转变关系呈现出“C”曲线的形式。在450～550 ℃温度范围内卷取时,FeO发生共析反应程度达到峰值,同时可以看出在高温下卷取可以有效抑制共析转变的发生。通过大量的试验研究表明,获得以先共析Fe
3
O
4
为主的完整氧化铁皮的结构类型,是有效提高热轧钢材耐蚀性的主要控制方向。因此在国内某钢厂热连轧生产线进行了基于氧化铁皮控制的耐蚀性工艺试轧试验和盐雾试验,结果表明,氧化铁皮完整致密,并且其结构类型主要为先共析Fe
3
O
4
,因此利用轧制工艺调整改变钢板表面氧化皮结构,钢材耐蚀性能得到显著提高。
2021 Vol. 56 (9): 129-135 [
摘要
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234
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559
)
136
刘天祥, 杨卯生, 李绍宏
高温渗碳轴承钢旋弯疲劳裂纹萌生与扩展行为
为了提高航空轴承的服役寿命,借助QBWP-10000X型旋转弯曲疲劳试验机,研究了高温渗碳轴承钢的旋转弯曲疲劳性能和裂纹萌生扩展行为。结果表明,钢的中值疲劳强度达到913.3 MPa。有效渗层中大量M
23
C
6
和少量M
6
C碳化物显著提高了试验钢的表面硬度,渗层不同碳浓度导致马氏体先后发生相变而形成408 MPa表面压应力,进而提高了钢的疲劳性能。疲劳裂纹主要萌生在表面缺陷和次表面碳化物,分别占比71.4%和 28.6%。萌生裂纹缺陷特征尺寸及承载应力对应力强度因子和循环次数影响显著,深犁沟形状由于涉及应力集中而直接影响疲劳循环次数,承受相同加载应力碳化物特征尺寸越大,循环次数越低。裂纹萌生后沿渗碳层碳化物边界快速扩展同时向芯部缓慢扩展,最后在试样疲劳源对侧近边缘区域发生准解理和韧性混合断裂。
2021 Vol. 56 (9): 136-143 [
摘要
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181
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437
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144
邹航, 刘曼, 徐光
轧后冷却条件对低碳贝氏体钢组织性能的影响
为了研究轧后不同冷却条件对高强低碳贝氏体钢组织和性能的影响,采用热模拟试验、扫描电镜、透射电镜和拉伸试验等手段,阐明不同冷却条件下高强低碳贝氏体钢的组织和性能变化规律。结果表明,在终冷温度为510 ℃时,组织以粒状贝氏体为主,终冷温度为450 ℃时以板条状贝氏体为主,前者组织中具有更多岛状马氏体;随着冷却速率提高,粒状贝氏体和板条状贝氏体尺寸细化,岛状马氏体减少。此外,不同冷却速率下,较低的终冷温度均具有更高的相变速率,冷却速率为50 ℃/s时,贝氏体相变速率最大。另外,终冷温度较高时,试验钢呈现出更好的塑性,强度随冷速变化较小;终冷温度较低时,试验钢呈现出更高的强度,但塑性较低,冷却速率对强度有较大的影响。
2021 Vol. 56 (9): 144-150 [
摘要
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538
)
钢铁
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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
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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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