2024年, 第36卷, 第2期　刊出日期：2024-02-20

  

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综合论述
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  高炉喷吹高挥发分粒煤技术概述

  张建良，鲍俭，徐润生，张波，党晗

  钢铁研究学报. 2024, 36(2): 141-149. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20230133

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  摘要：高炉喷煤是替代昂贵的冶金焦，降低生产成本，提高生产效率的有效手段之一。作为能源密集型的钢铁企业，随着优质喷吹煤资源的日益枯竭及采购成本持续高位运行，高炉发掘高比例低阶煤喷吹技术一方面能够降低企业的生产成本，提高行业内竞争力；另一方面可以消纳大量的低阶煤资源，保障冶金行业的用能安全。粒煤喷吹技术作为众多低阶煤应用的代表性技术之一，已经在国内外的高炉上进行了充分的实践论证。首先介绍了高炉高比例烟煤喷吹的发展状况，接着分析了高炉喷吹粒煤技术的关键难题、国内外应用案例、国内外操作实践对比及经济效益，最后展望了其在钢铁行业的应用前景，并进行了可行性分析。
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  熔融态铁氧化物碳氢还原热力学与动力学研究现状

  卢立金1，王锋1,2，王海风1，邱健1，平晓东1

  钢铁研究学报. 2024, 36(2): 150-162. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20230132

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  摘要：氢能在冶金领域的应用是实现低碳发展的重要途经之一。目前虽然在富氢高炉和氢基直接还原炼铁领域取得诸多成果，但在碳氢熔融还原炼铁仍有许多不足之处。通过分析碳、CO以及氢气还原熔融态铁氧化物的研究，总结熔融还原过程基本热力学特点，并对影响动力学参数的因素进行分析。结果表明，在熔融温度（1369℃）以上氢气还原FeO在热力学上有一定的优势。还原温度高于1538℃，（即还原物和还原产物都为熔融态），还原气体流量为3mL/min以及碱度为1.1~1.3时有利于熔融反应的进行。关于碳氢还原熔融态铁氧化物的研究还不充分，还需要进一步解析还原过程、限制环节以及微观机制等。
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  钢中MnS形貌控制方法及其研究进展

  田俊，王德永，屈天鹏

  钢铁研究学报. 2024, 36(2): 163-176. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20230111

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  摘要：S在改善钢质量，降低加工成本等方面具有独特作用，然而，钢中MnS容易被轧制成长条状，造成钢性能呈现各向异性。为了降低MnS的这种不利影响，通常需要对其形貌进行控制，降低其长宽比。综述了MnS在钢中的作用及其对钢性能的危害，以及MnS形貌控制的方法及其效果。目前对MnS形貌控制常用的方法是添加改性剂或者控制热加工过程工艺参数。改性剂主要有2类，一类是与S结合的改性剂，如Ca、Mg、RE等，另一类是与Mn结合的改性剂，如Te。在热加工过程中，较高的温度和适合的变形量对MnS形貌的控制有利。随着钢中全氧含量的不断降低，氧化物对钢性能的不利影响逐渐减小，而硫化物的影响越来越突出，因此，硫化物的问题应该受到足够的关注和重视。
冶炼与加工
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  烧结过程温度场模拟及各参数影响分析

  杨双平，郭世杰，池延斌，刘守满，孙海兴，张甜甜

  钢铁研究学报. 2024, 36(2): 177-187. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20230108

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  摘要：以某钢厂150m2烧结机为研究对象，利用CFD软件FLUENT为计算平台，将现场实际参数作为信息输入，模拟计算了该企业烧结过程，通过对比风箱烟气温度实测值与模拟值，分析误差及其来源，验证了烧结模拟的正确性。采用单因素分析法探究了点火温度、配碳量及孔隙率对料层温度分布的影响规律。结果表明：点火温度只能影响料层上部极值温度，对烧结时间以及成矿质量影响不大；配碳量从4.2%增加至4.6%，料层底部极值温度升高且烧结时间缩短，有利于提高烧结矿质量以及成品率；孔隙率从0.48增大至0.52，气固相间的热交换反应加剧，料层自蓄热作用加强，垂直烧结速度加快，烧结效率提高。
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  基于大数据的IWOA-KELM铁水硅含量预测模型

  王帅，张朝晖，邢相栋，惠佳豪，折媛

  钢铁研究学报. 2024, 36(2): 188-198. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20230095

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  摘要：精准预测高炉铁水硅含量对炉温调控和节能减排具有重要价值。针对高炉炼铁过程的非线性、时变、高维等特点，提出一种基于大数据的IWOA-KELM铁水硅含量预测模型。采用Tent混沌映射种群初始化并设计捕猎速度控制因子迭代更新策略对鲸鱼算法进行改进，用改进鲸鱼算法（IWOA）对核极限学习机（KELM）中的核函数进行优化，使用斯皮尔曼秩相关系数对模型输入变量进行约简，利用高炉现场采集的大量数据进行学习和验证。结果表明，选取与铁水硅含量相关性最高的7个参数作为模型的输入变量，该预测模型均方根误差为0.036，允许误差在0.10内时，命中率为92.23％，预测时间4.23 s。
材料研究
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  无碳化物析出的无硅和无铝贝氏体钢热处理工艺开发

  何金，张超，熊志平

  钢铁研究学报. 2024, 36(2): 199-206. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20230147

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  摘要：采用锰配分珠光体为初始组织的非均质贝氏体转变（PB）工艺，研究了非均质锰分布对Fe-0.39C-3.69Mn(质量分数，%)钢贝氏体转变的影响。结果表明，经盐浴炉快速加热到730℃短时保温90s后，高温奥氏体继承了珠光体的非均质锰分布，从而调控了贝氏体转变过程，因此获得了由富锰片层残余奥氏体和贫锰贝氏体铁素体构成的鬼珠光体。特别地，虽然试验钢中未添加Si、Al元素，但是在鬼珠光体区域却并没有发现碳化物的析出，表明得到了无碳化物贝氏体组织。这是由于，非均质锰分布片层式分割了高温奥氏体，其中原铁素体处的贫锰奥氏体稳定性不足，在等温阶段迅速发生贝氏体转变，而原渗碳体处的富锰奥氏体稳定性强，能够保持稳定。同时，C、Mn元素的强烈相互作用，驱动了C元素自贫锰区域向富锰区域的扩散，而且富锰区域和贫锰区域的纳米片层结构缩短了C元素的扩散距离，导致富锰奥氏体的C含量增加，从而进一步抑制了贝氏体转变和碳化物的析出。得益于鬼珠光体区域的相互堆叠的片层结构，在相同贝氏体转变温度下，PB工艺能够获得与传统贝氏体转变（CB）工艺相似抗拉强度（1043MPa vs. 1027MPa），同时大幅提升了试样的塑性，其中断后伸长率从6.1%增加到11.5%，均匀伸长率从4.3%增加到7.6%。
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  V含量对高铬合金钢组织与力学性能的影响

  廖薛宇1,2，郑志斌2，张浩宇1，龙骏2,3,4，刘天龙2，郑开宏2,3

  钢铁研究学报. 2024, 36(2): 207-216. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20230150

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  摘要：研究了V元素的添加对高铬合金钢的组织形貌、析出碳化物、洛氏硬度、抗冲击能力和拉伸性能的影响。结果表明，合金钢组织中包含板条马氏体和少量碳化物，V的加入有利于细化合金钢的有效晶粒尺寸并增加大角度晶界密度。随着V的增加，组织中MC碳化物不断增加，同时C的消耗使M7C3碳化物细化、数量明显减少。细小MC碳化物的析出有利于阻碍位错的运动，使得合金钢的洛氏硬度有所提升。在抗冲击能力方面，V的加入极大提升了合金钢的室温冲击吸收功。在拉伸性能方面，随着V的加入，合金钢的屈服强度和抗强度都有明显提升。研究结果表明，V元素可以综合改善高铬合金钢的力学性能。
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  固溶温度对S32750双相不锈钢低周疲劳性能的影响

  保顺，丰涵，宋志刚，何建国，顾洋

  钢铁研究学报. 2024, 36(2): 217-225. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20230190

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  摘要：通过OM观察、电子背散射衍射技术、显微硬度测试、拉伸及疲劳试验研究了5种固溶温度试验钢的组织形态及低周疲劳性能。结果表明，当固溶温度由1050℃升至1180℃时，试验钢屈服强度与抗拉强度分别提升41、31.5MPa，低周疲劳寿命延长85%。随着固溶温度的升高，试验钢中α相含量由46.5％升至58.9％，也导致两相内主元素发生再分配，α相内Ni、N含量的增加，使其显微硬度由300提升至324，这是试验钢疲劳寿命提高的原因之一；其二，随着固溶温度的升高，α相内的局部取向差减小，使α相在循环过程中能承受更多载荷，进而提高试验钢低周疲劳寿命。
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  不同充氢时间及预制缺口对吉帕级海工钢氢脆敏感性的影响

  李天怡1,2，刘文月1,2，孙美慧1,2，安涛1,2，臧岩1,2，李江文1,2

  钢铁研究学报. 2024, 36(2): 226-236. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20230210

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  摘要：以一种吉帕级马氏体海工钢为研究对象，研究该材料氢脆敏感性与充氢时间、预制缺口之间的关系。充氢电流密度设置为10mA/cm2，充氢时间分别设定为2、6、24h。试样平行段预制V形以及圆弧形缺口。此外，对试样断口形貌进行扫描电子显微镜分析。试验结果表明，充氢时间对材料氢脆敏感性有显著影响，充氢时间越长，材料塑性越差，氢脆敏感性指数越高。充氢时间大于6h后，材料氢脆敏感性指数的增长速度变慢，趋于定值；圆弧形缺口试样氢脆敏感性指数及断口形貌与无缺口试样相仿，可用来研究材料氢脆敏感性。而V形缺口试样由于较大的应力集中，在6h充氢后塑性损失极大，断口形貌和无缺口试样差距较大，不适用于材料氢脆敏感性研究。
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  新型氮化物强化高温合金氮化后热处理研究

  陈智莹1，杨大伟1，沈宇2,3，鞠泉2,3

  钢铁研究学报. 2024, 36(2): 237-244. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20230159

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  摘要：新型内生弥散氮化物强化高温合金具有优异的高温力学性能，其现存在主要的一个问题是合金氮化后的室温塑性较差。对此，针对性地研究了新型氮化物强化合金NS163合金在氮化后的高温回复热处理工艺，旨在通过在1150～1280℃进行热处理调控氮化合金板材的氮化物形貌和分布来改善氮化后的室温塑性。结果表明：高温回复热处理可以消除板材氮化过程中近表面晶界和晶内析出的含铬氮化物，进而可以恢复合金板材的塑性。而晶内析出的细小颗粒状氮化物在高温热处理过程中可以保持良好热稳定性。最佳的高温回复热处理温度为1240℃。
能源与环保
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  钢渣中RO相微波加热的晶体生长特征

  侯新凯，汤雨怡，习珍通，武萌，詹华

  钢铁研究学报. 2024, 36(2): 245-255. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20230127

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  摘要：以钢渣为研究对象，通过热重差示扫描量热（TG-DSC）和光学显微分析等研究方法，探究了在微波加热过程中熔融温度、保温时间、降温速率和结晶温度对钢渣中RO相晶体生长的影响，获得了钢渣中RO相微波加热的晶体生长特征。研究结果表明：钢渣熔融温度为1400℃；降温过程中，RO相的平均粒径随着降温速率的减小而增大，但降温速率过低会导致晶体粒径尺寸分布不均匀。降温速率为1℃/min时，RO相晶体的粒径分布均匀且晶界清晰，结晶温度降低，RO相晶体平均粒径先增加后减小；结晶温度为1180℃时，RO相晶体的平均粒径达到最大值，RO相晶体粒径从26μm长大到43μm，是原晶体平均粒径的近2倍，实现了钢渣中RO相晶体粒径的长大，且晶体形貌完整、晶界分明。微波处理后钢渣分选精矿中全铁（TFe）含量提高至原钢渣分选后精矿的1.2倍。
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  高碱度电炉粉尘碳热还原动力学及反应机制

  余水，毛瑞，王飞，姚海威

  钢铁研究学报. 2024, 36(2): 256-264. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20230131

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  摘要：为研究高碱度电炉粉尘碳热还原反应动力学和反应机制。通过不同温度条件下含碳高碱度电炉粉尘的物相（XRD）解析其物相转变过程。采用热重分析法对不同配碳量和碱度的高碱度电炉粉尘进行热重实验，实验结果表明，配碳量和碱度能促进电炉粉尘碳热还原反应，提高碱度能降低反应所需的温度。最后，通过非等温动力学分析法对高碱度电炉粉尘进行动力学分析，基于KAS法和CoatsRedfern法，确定了主要的动力学参数，根据转化率（α）高碱度电炉粉尘碳热还原过程分为3个阶段：α=0~0.082，α=0.082~0.5和α=0.5~1.0。第1阶段，平均活化能为380.68kJ/mol，反应由一维扩散控制。第2阶段和第3阶段的平均活化能分别为318.79kJ/mol和264.42kJ/mol，其反应均由化学反应控制。
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  旋风炉解毒不锈钢渣与熔渣调质制备矿渣棉的研究

  李东，林则全，赵贵州

  钢铁研究学报. 2024, 36(2): 265-274. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20230107

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  摘要：在中国某火电厂进行旋风炉附烧解毒不锈钢渣与熔渣调质制备矿渣棉的试验研究，将预混合煤粉和不锈钢渣混合后吹入旋风炉，煤粉燃烧产生的煤灰与不锈钢渣形成液态熔渣，在高速旋转气流的作用下附着在旋风筒内壁上，通过排渣口下部的活动溜槽流入渣罐中，运输至电炉车间倒入电炉中调质，使用四辊离心机制备矿渣棉，系统研究了不锈钢渣解毒机制、电炉调质、离心成纤和矿渣棉性能。研究表明，不锈钢渣中的Cr(VI)在高温和还原气氛下在旋风炉内热解或还原为Cr(III)，转化率超过99.96%；添加质量分数为40%不锈钢渣和0%石灰时，熔渣适宜成纤的温度范围为1360~1540℃，制备了酸度系数2.0、平均直径5.1μm、渣球质量分数5.2%的矿渣棉，Cr(VI)和TCr满足国标要求；矿渣棉性能指标达到岩棉水平，燃烧性能为A级不燃。