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2022年 57卷 5期
刊出日期:2022-05-15

综合论述
原料与炼铁
炼钢
压力加工
钢铁材料
环保与能源
   
综合论述
1 刘然, 张智峰, 刘小杰, 李欣, 李宏扬, 吕庆
低碳绿色炼铁技术发展动态及展望
当前,为积极应对气候变化等一系列问题,世界各国纷纷提出了绿色减排计划。与此同时,中国相应提出了“碳达峰、碳中和”节能减排目标,并以“1+N”等政策体系作为实现可持续发展战略、积极应对气候变化、履行大国义务的核心支持。钢铁工业作为31个制造业门类中碳排放量最大的行业,自然而然成为节能减排战役中的“排头兵”。目前,复杂的高炉生产工艺仍然以煤、焦等化石资源作为主要燃料,使得其成为钢铁流程中的碳耗大户、碳排放大户、污染排放大户,因此高炉炼铁工艺的绿色低碳转型升级已迫在眉睫。从背景介绍、发展动态以及未来发展展望这3大部分对低碳绿色炼铁技术进行论述,其中对绿色低碳炼铁技术发展动态部分进行了详细阐述。首先就优化节能低碳操作和构建循环经济环保圈两个层面,从精细炉料操作、提升生产技术等多个角度讨论了如何实现高炉工艺低碳绿色炼铁;其次从非高炉领域入手,对直接还原工艺和熔融还原工艺的国内外发展现状进行阐述,并进行了相应的比较与分类汇总;之后从创新型炼铁工艺(氢冶金、智能化炼铁)角度探讨了此类技术的发展态势。最后,综合当前绿色低碳炼铁技术发展最新动态进行了5个方面的展望,明确了“绿色低碳为方向,节能减排是目标”的任务方向。
2022 Vol. 57 (5): 1-10 [摘要] ( 143 ) [HTML 1KB] [PDF 0KB] ( 56 )
原料与炼铁
11 杨聪聪, 朱德庆, 潘建, 郭正启
铁矿石高温烧结基础特性评价方法的国外研究进展
随着全球优质铁矿石日益减少、资源禀赋变差,国内外钢厂普遍面临着烧结原料供应不稳定、铁矿石性质波动大、原料结构频繁变化等问题,对烧结生产、高炉冶炼和产品质量产生了极大的不利影响。因此,开展铁矿石烧结性能评价研究具有重要的现实意义。铁矿石烧结基础特性可分为冷态特性和高温特性两大类,前者主要包括铁矿石的化学成分、粒度组成、矿物学特性等常温性质,后者主要包括铁矿石的同化性能、液相生成特性等高温成矿行为及实际烧结性能。概述了国外关于铁矿石高温烧结基础特性评价方法的研究进展,系统归纳了不同研究机构提出的评价指标和试验方法。已有研究表明,现有基于团块烧结法的评价方法虽然对铁矿石不同的烧结行为分别进行了深入研究,但未能在其与铁矿石的实际烧结性能之间建立起准确可靠的关系,主要原因在于,对影响铁矿石实际烧结性能的最关键因素把握不准,同时对烧结过程的模拟性有待提高。因此,揭示铁矿石基础特性与其烧结性能的内在联系,首要前提在于必须深入研究和把握“铁矿石-制粒物料-烧结矿”不同阶段物料性质的传递规律,查明影响铁矿粉烧结过程的主要因素,这对找准高温烧结基础特性研究的切入点具有十分重要的意义。
2022 Vol. 57 (5): 11-21 [摘要] ( 63 ) [HTML 1KB] [PDF 0KB] ( 43 )
22 王臣, 朱仁良, 王广伟
高炉喷吹生物质水热炭的可行性分析
钢铁生产制造过程消耗大量化石燃料,同时排放大量CO2和污染物,降低钢铁生产过程CO2排放成为实现钢铁工业“碳达峰”和“碳中和”目标的关键。生物质作为植物光合作用的产物,具有产量大、可再生、碳中性的特点,是唯一具有可再生性能的含碳清洁能源,具备良好的可存储性和易运输特点,将丰富的生物质资源高效应用于高炉炼铁生产成为钢铁工业实现绿色可持续发展的关键。但生物质普遍具有水分含量高、固定碳含量和发热值低、碱金属(K、Na)有害元素多和粉碎性能差的缺点,不经炭化处理难以满足高炉炼铁生产对喷吹燃料的工艺性能要求。对比分析了热解炭化和水热炭化技术原理的差异,并对两种技术制备获得生物质炭的高炉喷吹基础性能和工艺性能进行了系统检测。结果表明,热解炭化能够脱除生物质中的挥发分,提升固定碳的含量和发热值,但灰分和碱金属元素在热解过程中会富集到生物质炭中,造成热解生物质炭中灰分和碱金属元素含量大幅增加,4种生物质热解炭中碱金属元素质量分数普遍大于1%,远超高碱度煤中碱金属元素含量的标准,不能作为喷吹燃料替代煤粉进行高炉喷吹生产。水热炭化在脱除挥发分的同时,能够有效脱除溶解生物质中的矿物元素,制备得到的生物质水热炭具有灰分和碱金属元素含量低、固定碳和发热值高的特点,同时生物质水热炭还具有高的可磨性和优良的燃烧性能,能够满足高炉喷吹的要求。生物质水热炭化技术解决了生物质能量密度低、有害元素含量高、粉碎和喷吹困难等限制性问题,通过生物质水热炭化技术制备优质碳中性燃料进行高炉喷吹新技术的实施,支撑了宝武集团实现绿色低碳炼铁。
2022 Vol. 57 (5): 22-30 [摘要] ( 74 ) [HTML 1KB] [PDF 0KB] ( 39 )
31 梁斌珺, 余策恩, 唐丽群, 胡海祥
硼铁矿直接还原过程中金属铁颗粒的生长特性
硼铁矿是中国含硼原料的主要来源,其加工利用的关键在于硼和铁的分离。研究了不同条件下硼铁矿在直接还原过程中金属铁颗粒的生长特性,可为硼铁矿中硼和铁的有效分离提供理论支撑,从而达到硼铁矿资源化利用的目的。采用Leica DMI5000M光学显微镜获得还原球团中金属铁颗粒的显微图像后,通过Image-Pro Plus 6.0图像软件对显微图像进行金属铁颗粒粒径的分析统计,并采用化学分析的方法对还原产品中铁的金属化率进行检测,同时利用扫描电镜研究了Na2CO3促进铁氧化物还原的作用机理和金属铁颗粒的生长行为。结果表明,Na2CO3作用下硼铁矿球团中的铁氧化物能有效被还原,随着还原时间的延长,还原球团中铁的金属化率和金属铁颗粒的平均粒径均有效增大,在还原温度为1 100 ℃、还原时间为60 min的条件下,不添加Na2CO3的焙烧产物中铁的金属化率和金属铁颗粒的平均粒径分别为84.36%和8.55 μm,而在添加15%Na2CO3后于同样条件下焙烧,产物中铁的金属化率和金属铁颗粒的平均粒径分别为91.72%和14.07 μm;SEM-EDS分析结果说明,Na2CO3不仅有促进金属铁和其他物质分离的作用,而且还会影响金属铁颗粒在还原焙烧过程中的迁移行为;在直接还原过程中,金属铁颗粒先由“点”接触变为“颈”接触,然后重新相交形成新的晶界成为多边形颗粒,最后多边形颗粒间互相连接形成致密化集合体。
2022 Vol. 57 (5): 31-39 [摘要] ( 53 ) [HTML 1KB] [PDF 0KB] ( 32 )
40 祁腾飞, 黄军, 孙俊杰, 张永杰
烧结矿粒度组成对竖冷炉运行影响的DEM模拟
为改善竖冷炉内空隙率分布,促进矿气接触换热,从降低烧结矿入炉粒度上限的角度设计了粒度分布范围逐渐减小的3种工况,并以梅钢竖冷炉单个炉腔准三维扁平模型为基础,采用离散单元法模拟研究了炉内烧结矿流速分布、空隙率分布和压降分布的变化规律。结果表明,采用10~150 mm的入炉粒度组成,中心风帽上方会形成矩形低速区,降低烧结矿下移速度的均匀性;低空隙率区逐渐扩大,并形成炉腔中间区空隙率较低,边缘和中心区空隙率较高的分布。炉内空隙率偏析最严重,分布均匀性最差;炉内40%区域为高压降区,主要分布在炉腔中间区;20%区域为低压降区,主要分布在炉腔中心区,造成炉内气流偏析亦最严重。减少入炉粒度上限后,矩形低速区得以消除,烧结矿流动整体性得以提高;当采用10~90 mm的入炉粒度组成时,可以提高空隙率最小值,并降低炉腔中间区与边壁和中心区空隙率的差值,使得空隙率的偏析程度最小,均匀性最高;同时能够降低压降的最大值、提高最小值,并扩大中压降区范围,从而缓解炉内气流偏析分布,提高其分布的均匀性。通过增设二次破碎工艺降低烧结矿入炉粒度上限可以成为改善烧结矿竖冷炉运行的一种实践方向,今后应开展最适宜的烧结矿入炉粒度范围及各粒度段质量分数的研究。
2022 Vol. 57 (5): 40-47 [摘要] ( 62 ) [HTML 1KB] [PDF 0KB] ( 34 )
炼钢
48 孟耀青, 李建立, 朱航宇, 王昆鹏
LF软吹时间对硅脱氧弹簧钢氧化物夹杂控制影响
对于一些采用硅锰脱氧冶炼工艺的特殊钢,为保证钢水洁净度,常会选择较长时间的LF软吹处理,导致过程能耗增加。通过工业试验,借助FEI Explorer 4自动扫描电镜检测,研究不同LF精炼软吹时间对硅脱氧弹簧钢55SiCr铸坯氧化物夹杂成分、数量的影响;并采用夹杂物极值统计法,对比评价不同LF精炼软吹时间对应成品盘条横截面最大夹杂物尺寸控制情况。结果表明,在LF软吹10 min与软吹40 min 两种工艺条件下,铸坯中尺寸大于5 μm的氧化物夹杂成分接近,均在CaO-SiO2-Al2O3相图中假硅灰石、钙长石和钙铝黄长石共晶低熔点区,其中软吹10 min工艺铸坯氧化物夹杂组成落入低熔点区的数量所占比例更大。LF软吹10 min与软吹40 min铸坯中尺寸大于5 μm的氧化物夹杂数量密度分别为11.70个/100 mm2和14.59个/100 mm2,尺寸大于15 μm 的氧化物夹杂数量密度分别为0.53个/100 mm2和1.65个/100 mm2,LF软吹10 min工艺铸坯大尺寸氧化物夹杂数量密度略低于LF软吹40 min工艺。当预测面积为30 000 mm2时,两种LF软吹时间对应成品盘条横截面最大夹杂物尺寸分别为27.1 μm和28.1 μm,盘条最大夹杂物尺寸控制无显著差别。结合硅锰脱氧钢中大尺寸低熔点CaO-SiO2-Al2O3系夹杂物主要源自钢包渣乳化卷入,具有与钢水和氩气泡界面接触角很小、难以通过吹氩上浮去除的特点,建议硅锰脱氧钢LF软吹过程按短时间快节奏进行控制。
2022 Vol. 57 (5): 48-54 [摘要] ( 90 ) [HTML 1KB] [PDF 0KB] ( 42 )
55 王杰, 曾加庆, 杨利彬, 汪成义
转炉炼钢过程的精细化控制及协同优化
转炉炼钢过程是一复杂的开放系统,因为受到转炉内多个化学反应同时或交替进行、熔池持续温升与有效控温、熔池自发搅拌强度不均匀性特点、相关杂质元素的高效脱除与如何抑制钢水过氧化、转炉炼钢过程的精细化操作与时序受控等诸多因素的交互影响,在其时空边界内呈现动态起伏和非线性变化特征。要实现由传统追求单一产量指标向追求产量、质量与环保等多目标协同的转变,用传统孤立系统的知识体系不能很好地揭示其运行规律。现代转炉炼钢过程在全流程中的功能定位应聚焦于高效冶炼和稳定获得较洁净的初炼钢水,再与后续钢水精炼技术进行有序组合,满足高拉速、恒拉速多炉连浇的炉-机匹配要求。从转炉炼钢过程在全流程中的功能定位和相关操作的时序匹配等视觉出发,对溅渣护炉、高效供氧、熔池均衡搅拌、钢水成分与温度命中、后搅拌、快速出钢与渣-钢有效分离、转炉煤气高效回收等若干“点技术”展开讨论,阐述上述“点技术”的应用必须追求精细化控制效果,同时要满足转炉炼钢过程时序规划与上下游工序协同运行的要求,确保全流程高质量稳定顺行,不断挖掘转炉炼钢过程的极限潜力。
2022 Vol. 57 (5): 55-63 [摘要] ( 71 ) [HTML 1KB] [PDF 0KB] ( 34 )
64 王旭凤, 王强强, 张旭彬, 王谦, 何生平
AlN对高铝钢用CaO-SiO2基保护渣性能的影响
铝以合金元素加入到钢中,可细化晶粒、抑制低碳钢的时效现象,实现钢的耐腐蚀性、耐热性等性能的良好结合,同时又可满足新一代汽车钢对汽车安全性以及轻量化的需求。然而,当钢液中w([Al])过高时,钢液凝固前生成的AlN在结晶器内不断上浮至钢渣界面与保护渣作用,导致保护渣成分的改变和性能的恶化,进而影响连铸的顺行和铸坯表面质量。采用FactSage7.2 热力学软件对高铝钢水中AlN的生成热力学进行了计算,利用半球点熔化温度测试仪、旋转黏度计测试分析了向传统CaO-SiO2基保护渣中添加质量分数为2%、4%、6%、8%的AlN后保护渣黏度、熔化温度和转折温度的变化情况,并对添加AlN后的渣样进行了XRD物相检测。研究结果表明,随着钢中w([Al])和w([N])的增加,AlN的生成温度提高,生成总量增加。当AlN添加的质量分数从0增加到8%时,保护渣黏度和熔化温度均呈升高趋势,每添加质量分数为1%的AlN,黏度增大约0.032 Pa·s,熔化温度升高约13.5 ℃。当AlN添加质量分数为2%时,保护渣转折温度从1 002 ℃下降到980 ℃;当AlN添加质量分数大于2%后,转折温度逐渐升高至8%AlN时的1 117 ℃。随着AlN添加量的增加,在冷凝过程中传统CaO-SiO2保护渣中枪晶石析出量逐渐减少,当AlN添加质量分数为8%时,渣样中物相以CaF2为主。
2022 Vol. 57 (5): 64-71 [摘要] ( 59 ) [HTML 1KB] [PDF 0KB] ( 34 )
72 闫晓鹏, 刘磊, 韩秀丽, 王印会, 张玓
硼对无氟保护渣熔渣微观结构的影响
在钢铁行业产能过剩和节能减排的背景下,积极寻找保护渣中氟的替代物,开发新型无氟保护渣已成为实现绿色高效化连铸生产的重要途径。硼作为氟的理想替代物以其经济成本和助熔效果的优势,成为无氟保护渣技术新的研究热点,并被认为具有最广泛的应用前景。为探究含硼无氟保护渣的熔化结晶机理,从熔体微观结构变化的角度阐明含硼无氟渣黏度性能变化的内因,以期实现其工业化应用,选用高炉渣、石灰石、石英砂、纯碱和硼砂作为主要原料制备含硼无氟保护渣,结合拉曼光谱技术和Scigress分子动力学模拟对无氟保护渣熔渣的键长、配位数和结构单元等微观结构进行了系统研究。结果表明,随着硼砂质量分数从4%增加到16%,熔渣中硼氧骨干的结构发生较大变化,B—O的平均配位数从3.028增加到3.096,Si—B的平均配位数从0.229增加到0.898,[BO3]三面体转变为[BO4]四面体,B—O的平均键长保持1.375 nm不变;熔渣中桥氧数量增加,结构单元由简单的岛状结构、环状结构向着复杂的层状结构和架状结构转变,形成了复杂的硼硅酸盐结构,使熔渣聚合度升高,导致原子基团和离子的迁移阻力被加强,不利于晶体的成核和生长,抑制了保护渣的结晶,从而使熔渣黏度进一步降低。综合来看,含硼无氟渣系中硼砂质量分数为7%~16%时,熔渣聚合度较高,网络结构较复杂,黏度稳定性较好。
2022 Vol. 57 (5): 72-80 [摘要] ( 46 ) [HTML 1KB] [PDF 0KB] ( 31 )
压力加工
81 杨庭松, 白宇航, 雷振尧, 许志强, 杜凤山
聚磁形式对辊形电磁调控能力的影响
辊形电磁调控技术是一种轧辊辊廓动态控制技术。该技术依托电磁调控轧辊和内置电磁棒,借助热胀形及内约束机制形成热力胀形驱动,并以此来实现辊形的在线动态调节。该技术中,提升其热力混合驱动能力是优化调控工艺的关键,也是提升该技术时效性及调控效力的主要方法。根据电磁感应原理及电磁调控轧辊结构特点,合理的聚磁结构具有改善磁力线空间分布的能力,可用于提升该技术的热力混合驱动能力。从辊形电磁调控技术特点和电磁感应原理出发,提出了3种聚磁形式,包括完全聚磁、局部聚磁和无聚磁等。依托辊形电磁调控仿真模型,分析了不同聚磁形式对辊形电磁调控特性的影响规律并判别聚磁形式调控效果的差异。研究结果表明,采用聚磁装置能够提升感应加热区及接触区的温度水平,显著提升电磁棒的调控能效;接触区温升进一步增强了轧辊与电磁棒间的换热,最终提升了轧辊内部温度水平。不同的聚磁形式影响下,辊棒的温升变化共同作用可提高力贡献辊凸度占比、提升电磁调控轧辊的可控性。3种聚磁形式中,完全聚磁形式对电磁调控轧辊的热力混合驱动能力影响最为显著,其次为局部聚磁形式,而无聚磁形式最弱。研究结果提供了一种提升辊形电磁调控能效的方法,这对于电磁调控轧辊及电磁棒的结构设计、过程工艺设定具有一定指导意义。
2022 Vol. 57 (5): 81-89 [摘要] ( 43 ) [HTML 1KB] [PDF 0KB] ( 36 )
钢铁材料
90 程朝阳, 钟柏林, 景文强, 喻遥, 宋新莉, 刘静
Cr对含Nb高强无取向硅钢组织、织构及性能的影响
高强无取向硅钢主要应用于高速电机,要求其具备高强度和优异磁性能,但目前无取向硅钢的磁性能和强度难以兼顾。因此,设计并制备了添加微量Cr的含Nb高强无取向硅钢,通过光学显微镜、EBSD、万能拉伸试验机、四探针测试仪和磁性能测量仪等研究了Cr对含Nb高强无取向硅钢微观组织、织构、力学性能及磁性能的影响。结果表明,添加质量分数为0.5%的Cr抑制了热轧组织的回复,使常化和退火组织再结晶减弱,常化和退火后有利织构面积分数增加,不利织构面积分数减小。添加质量分数为0.5%的Cr使含Nb无取向硅钢的屈服强度显著增大,磁感略升高,但对铁损几乎没有影响。Cr对屈服强度的影响一方面是由于Cr的固溶强化作用,另一方面Cr促进了Nb的析出而使Nb的析出强化效果增强;而Cr提高含Nb高强无取向硅钢的磁感主要是由于促进有利织构形成的同时抑制了不利织构的形成,使得织构因子增大;添加Cr使无取向硅钢的电阻率增加从而使铁损降低,同时Cr促进了Nb的析出,而这种富Nb析出相不仅抑制晶粒长大且会阻碍磁畴移动而使铁损增高,在两方面因素的综合作用下,添加质量分数为0.5%的Cr对含Nb高强无取向硅钢的铁损几乎没有影响。因此,含Nb高强无取向硅钢中添加微量Cr,会由于Cr的固溶作用以及其促进Nb的析出而提高钢的强度并提高钢的综合磁性能。
2022 Vol. 57 (5): 90-98 [摘要] ( 59 ) [HTML 1KB] [PDF 0KB] ( 38 )
99 尉文超, 张宵璐, 金国忠, 胡芳忠, 何肖飞
硫化物改质对20MnCr5齿轮钢夹杂物和切削性能的影响
齿轮钢广泛应用于汽车、机械等传动系统,易切削化是提高齿轮加工效率、降低制造成本的主要途径之一。提高钢中硫元素含量是改善齿轮钢切削性能的有效方式,然而过多的硫元素在轧制时会形成条带状MnS,增大钢的各向异性,因此需要对硫化物进行改制处理。分别采用Ca处理和Mg处理两种方式对20MnCr5齿轮钢进行硫化物改质,通过对力学性能、组织形态、夹杂物分布以及切削性能等表征,对比分析不同改制方式对材料的影响。结果表明,Ca处理和Mg处理后试验钢的强度和塑性保持一致,而Mg处理试样的晶粒尺寸较小,因而韧性较高。Ca处理试验钢中MnS夹杂物数量较多,长条状夹杂物比例相对较高;而采用Mg处理可以有效降低钢中夹杂物的数量,夹杂物平均尺寸有所增大,同时小长径比夹杂物数量增多,但是复合氧化物型夹杂物的数量也有所增加。在240~280 m/min条件下进行了干切削试验,结果表明两种试验钢均出现前刀面磨损、后刀面磨损和边界磨损,其中Ca处理试样的刀具磨损较为严重,同时在较高切削速度下出现了积屑瘤和崩角现象,而Mg处理试样则具有更长的刀具使用寿命,对切削速度的敏感性也较低。分析可知,Mg处理后钢中存在较多的大尺寸球状硫化物夹杂物,提高了应力集中效应,更有利于改善切削性能,因而改制效果更好。
2022 Vol. 57 (5): 99-106 [摘要] ( 59 ) [HTML 1KB] [PDF 0KB] ( 32 )
107 胡勇, 张会莹, 林鸿泽, 欧阳明辉, 褚成, 王力华
成分与冷却速率对高硅不锈钢凝固模式的影响
高硅奥氏体不锈钢因其较高的Si元素含量所表现出的优异耐蚀性能而成为制酸行业普遍应用的一种特殊钢种。然而,高含量Si元素的加入会引发铸造缺陷和成分偏析加剧以及钢中析出相增多,热加工过程中易产生热裂纹等问题。高硅奥氏体不锈钢凝固过程中δ铁素体的含量、形态和分布与合金化学成分和热加工历史紧密相关,其室温组织取决于析出相的析出顺序和随后的固态相变,因此,奥氏体不锈钢的凝固模式势必会影响合金的热塑性。为此通过调整高硅奥氏体不锈钢中Si元素与Cr元素的含量,采用金相显微镜(OM)、X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜能谱分析(SEM/EDS)、电子探针(EPMA)、JMatPro软件计算等方法,探究了合金成分变化与冷却速率对高硅奥氏体不锈钢凝固模式的影响,并对经典铬镍当量算法进行了评估。结果表明,Schneider铬镍当量算法相较于Rajasekhar铬镍当量算法对大多数合金的凝固模式预测较为准确;随着合金中Si元素与Cr元素含量的提高,合金凝固模式由AF模式转变为FA模式,合金凝固过程中经历更多的“δ→γ”固态相变,其中质量分数为6.0%Si成分的合金对应的δ铁素体增幅减缓;随着质量分数为5.0%的Si铸锭冷却速率的提高,合金凝固模式由AF模式转变为A模式;Hammar and Svensson凝固路线判据可以准确预测高硅奥氏体不锈钢的初始析出相。研究为合理制定高硅奥氏体不锈钢的合金成分与成形工艺提供理论依据。
2022 Vol. 57 (5): 107-117 [摘要] ( 63 ) [HTML 1KB] [PDF 0KB] ( 32 )
118 鲁金龙, 丘文生, 成国光, 龙鹄, 李尧
含Ca汽车控制臂用钢中复合硫化物控制机理
汽车控制臂由于形状复杂,切削量大,部分汽车控制臂用钢在加入质量分数0.03%硫元素的基础上,又进一步添加了少量钙元素,希望将钢中常见的细长条状MnS转变为纺锤状(Ca, Mn)S以增加零件的切削性能。然而,硫质量分数为0.03%时,钙元素在钢液中的溶解度很低,冷却和凝固过程单一的纯(Ca, Mn)S生成量极少。因此,提出了利用钢液中生成的含CaO类的氧化物来诱导(Ca, Mn)S在其外围形核长大,形成大量双层结构复合硫化物的形貌控制机理。为了研究最佳双层结构复合硫化物形成机理,选取了3炉不同冶炼工艺的汽车控制臂用钢,利用带能谱分析的电子扫描显微镜观察了铸坯和轧材中典型复合硫化物形貌、成分特征,并手动测量了其尺寸,最后利用热力学软件FactSage计算了钢中夹杂物的生成行为。研究结果表明,当钢中不进行钙处理时,复合硫化物内部氧化物主要为Al2O3或低MgO比例的镁铝尖晶石,外围硫化物为纯MnS,轧制后成细长条状。当钢中进行钙处理后,可以得到两种不同类型的复合硫化物。一种内部氧化物中CaO组元含量较高,外围硫化物主要是高CaS比例的(Ca, Mn)S,基本不变形,成典型的D类或Ds类形貌;另一种核心氧化物中CaO组元低,外围硫化物主要是低CaS比例的(Ca, Mn)S,轧制后成纺锤状。控制钙处理后钢液氧化物中合适的CaO比例使得氧化物既具有高效的硫化物形核能力,又能促进合适CaS比例的(Ca, Mn)S在其外围生成,这是钢中得到大量纺锤状双层结构复合硫化物的关键。当钢中Ca/S比约为0.07时,外围硫化物中的钙元素质量分数为2%~5%最为理想。
2022 Vol. 57 (5): 118-128 [摘要] ( 62 ) [HTML 1KB] [PDF 0KB] ( 55 )
129 刘帅, 吕知清, 赵吉庆, 杨钢, 信瑞山, 俞占扬
2Cr12Ni4Mo3VNbN钢中析出相的热力学计算与试验分析
利用Thermo-Calc热力学软件计算了2Cr12Ni4Mo3VNbN钢中各个元素在成分范围内均为中值时的平衡相图,同时计算了2Cr12Ni4Mo3VNbN钢中碳、铬、钼、铌、氮元素含量变化时的平衡相图,以此分析钢中主要平衡析出相和合金元素含量对析出相析出行为的影响。为验证热力学计算的可靠性,采用XRD、SEM及TEM等分析方法对热处理后的2Cr12Ni4Mo3VNbN钢中析出相类型进行了试验验证。结果表明,钢中的平衡析出相为MX相、M23C6、M6C、Z相和Laves相。在热力学平衡条件下,MX相在850 ℃转化为Z相,M6C在787 ℃转化为Laves相。但是在实际热处理过程,由于保温时间较短且冷却速度较快,上述转化过程不会发生,所以钢中主要析出相为MX相、M23C6和M6C。平衡析出相种类与相分析的试验结果基本一致。MX相存在大尺寸的一次MX相和细小弥散的MX相,MX相主要受铌、氮元素影响,其析出量随氮含量升高而升高,析出温度随铌含量升高而升高;M23C6相的析出温度随碳含量增加而升高,析出量也随之升高;M6C的析出温度随铬含量增加而降低,随钼含量增加而升高;在成分范围内,元素控制原则为增加碳含量以增加M23C6的析出强化作用,减少铬含量以避免热加工时进入δ-Fe相区,减少钼含量以降低Laves相析出倾向,减少铌含量以降低一次MX相的析出温度,氮含量需要采取中间量以减少一次MX相析出,增加低温阶段细小弥散的MX相析出。
2022 Vol. 57 (5): 129-136 [摘要] ( 56 ) [HTML 1KB] [PDF 0KB] ( 33 )
环保与能源
137 许香帅, 赵峥, 张延玲
酸洗污泥含碳球团渣铁浴处理过程中硫的分布
不锈钢硫酸酸洗过程产生大量的酸洗污泥,其成分中含有高含量的CaSO4以及铁、铬等有价金属。活性炭经过多次吸附会丧失活性,但仍保持还原性能。由酸泥、活性炭混匀并焙烧制成含碳球团,在高炉过程渣铁混出时将该球团掷入渣铁熔池进行还原处理,酸泥中的Fe、Cr被还原后进入铁水,其他物质进入高炉渣,实现酸洗污泥的去毒、消纳和资源化利用的目标。鉴于硫酸酸洗后的污泥中含有大量硫元素,重点探讨以上工艺技术中球团焙烧温度、配碳量及球团在熔炼过程的添加量等因素对硫在各相中分配行为的影响趋势,主要采取热力学理论计算、实验室试验等研究手段。结果表明,球团C/S物质的量比为2、球团焙烧温度为400 ℃时,向渣铁浴熔池中加入1%占比的球团可控制渣铁浴终点铁水硫质量分数w([Sf])为0.010%左右,此时熔渣固硫率可达到50%;球团C/S物质的量比为0.5、球团焙烧温度为400 ℃或800 ℃时,向渣铁浴熔池中加入3%占比的球团,也可降低渣铁浴终点铁水硫质量分数,w([Sf])为0.01%左右,且酸泥中Fe/Cr回收率达88.27%,但熔渣固硫率较低。本研究说明,利用渣铁浴工艺处理酸洗污泥,通过合理调控试验参数,可有效控制终点铁水硫含量至较低水平,达到深脱硫效果,同时Fe/Cr具有较高的回收效率,渣铁浴前后炉渣成分变化极小,不会影响高炉渣安全性及后续利用,具有较高的环境和经济效益。
2022 Vol. 57 (5): 137-145 [摘要] ( 51 ) [HTML 1KB] [PDF 0KB] ( 36 )
146 郑伟成, 赵令, 张浩, 刘自民, 裴元东, 龙红明
矿渣-硅灰协同强化钢渣水化反应机理
强化钢渣水化过程、激发钢渣胶凝活性对提高钢渣资源利用率具有重要意义。选取矿渣、硅灰作为复合激发剂,采用正交试验设计方法,研究钢渣粒度、矿渣与硅灰添加量对钢渣胶凝活性的影响,并针对钢渣胶凝试块3 d、28 d水化产物进行表征分析以揭示矿渣、硅灰协同强化钢渣水化的机理。正交试验结果表明,硅灰由于其高反应活性能够有效促进钢渣3 d龄期的水化,而矿渣中玻璃相的潜在活性使其对钢渣28 d龄期的水化影响更加显著,当硅灰添加量为2%、矿渣添加量为15%时,钢渣的3 d、28 d胶凝活性分别提高18.34%、28.26%;XRD、TG-DTA和SEM分析结果表明,硅灰的晶种效应、火山灰效应和微集料填充效应与矿渣中活性相对较高的铝氧四面体在钢渣高碱性的液相体系中能够协同强化水化反应,使复合胶凝体系中生成更多的C-S-H凝胶和AFt晶体,C-S-H凝胶紧密包裹AFt晶体,两者交错生长形成复杂密实的网络结构,从而提高胶凝材料的力学性能,达到激发钢渣胶凝活性的目的。将钢渣、矿渣、硅灰复合掺合料应用到混凝土中,结果表明,当复合掺合料替代水泥20%时混凝土力学性能和抗碳化性能均得到最大限度提升,其中3 d、28 d力学性能相比纯水泥混凝土分别提高31.53%、25.88%,3 d、28 d抗碳化性能相比纯水泥混凝土分别提高18.75%、24.11%。
2022 Vol. 57 (5): 146-155 [摘要] ( 55 ) [HTML 1KB] [PDF 0KB] ( 25 )
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