在全球“双碳”战略的强力推动下,冶金行业的绿色转型迫在眉睫,高炉高比例球团冶炼技术已成为关键研究课题之一。本文聚焦高硅镁熔剂型球团,剖析其研究现状与发展趋势。球团矿在低碳环保方面具有显著优势,其生产能耗低、污染物排放少、铁品位高、粒度均匀且含硫率低,为高炉低碳稳定运行创造了有利条件,有效推动钢铁行业节能减排进程。高硅镁质熔剂性球团特色突出,采用高硅铁矿石可拓宽资源选择范围并降低成本;MgO能改善炉渣流动性,有利于脱硫;熔剂型球团自带熔剂成分,可降低成本并提升生铁质量。然而,在高炉高比例球团冶炼过程中,随着球团矿比例提高,炉料分布呈现明显变化,软熔带特性也发生改变,虽然熔滴性能有所改善,但软熔带温度升高、宽度增大,会干扰煤气流动;渣系受球团矿成分影响显著,硅、镁等脉石元素含量的变化会改变渣系组成与性能,进而影响脱硫效果。综合现有研究,高炉高比例球团冶炼技术虽前景广阔,但仍面临诸多挑战,未来研究应着力优化球团生产工艺、精细调控高炉操作参数并创新炉料结构设计,为钢铁行业可持续发展奠定技术基础,助力“双碳”目标稳步实现。

厚料层烧结技术通过充分利用料层的“蓄热”效应,具备显著降低烧结固体能耗、提高烧结矿成品率及改善烧结矿质量等优势,现已成为烧结工序降碳以及强化高比例褐铁矿烧结的有效举措之一。本研究以4组磁铁精矿与赤铁精矿配比存在差异的原料结构为研究对象,通过烧结杯解剖试验,借助光学显微镜、X射线衍射分析法等表征手段,剖析了厚料层烧结条件下的料层热特征及各反应带物料基本性质。结果表明,当料层高度固定为900 mm时,燃烧带厚度可达100~180 mm,1 200 ℃以上高温保持时间为3~7 min,最高温度可达1 350~1 400 ℃。粉矿烧结具有燃烧带厚度较窄、料层高温保持时间长、降温速率低等特点,有利于获得良好的烧结矿产质量指标,而配加细粒铁精矿后,燃烧带厚度加宽,升温速率降低,冷却时降温速率增加,复合铁酸钙生成受限,烧结料层更易坍塌形成“大孔薄壁”结构。不同配矿方案厚料层烧结过程的燃烧带性质相差不大,高温冷却段是决定烧结矿强度的关键阶段。

高炉下部风口窥视孔可以实时监测高炉回旋区的燃烧特征与喷煤状态等关键冶炼状态信息,进而判断煤气流分布和炉缸活跃程度等重要参数。为解决风口监测过程中存在的主观性与时滞性问题,本工作基于风口图像非结构大数据与Vision Transformer架构,建立了高炉风口智能监测模型TI-ViT。首先,对采集到的风口图像进行预处理,通过特征辨析与标签标定形成典型炉况数据集;进而,基于Vision Transformer架构构建了TI-ViT风口图像识别模型;最后,对TI-ViT模型进行性能评估,重点探究了模型深度对准确率、参数量、训练时间与运行时间的影响,并与传统卷积神经网络模型进行比较。经验证,TI-ViT模型的准确率达到97.7%,相比基于卷积神经网络的模型提升了9.1%,单张图像的推理时间仅为15.75 ms。将基于本研究模型所开发的“智慧眼”系统应用于现场实践,其识别准确率可达95.2%,表明该系统实现了对高炉风口的实时监测、识别与预警,有助于降低钢铁企业对风口异常状态的监测与诊断成本,为高炉炼铁智能化提供了新的发展方向。

钢水温度和碳质量分数是转炉终点的重要指标,碳温的精确预测有利于提高转炉终点命中率、减少终点过氧化、提高合金收得率,促进转炉高效低成本冶炼。为提高转炉炼钢终点碳质量分数和温度预报精度,提出了多种算法组合并优化的支持向量机(SVM)模型,使用因子分析法对特征参数进行筛选和降维,建立了基于支持向量机极限梯度提升决策树(SVM-XGBoost)的转炉炼钢终点碳质量分数和温度预测模型,并与基础模型SVM、支持向量机优化随机森林(SVM-AdaBoost)以及支持向量机优化梯度提升决策树(SVM-GBDT)的终点碳温预测效果进行对比。结果表明,SVM-XGBoost命中率最高,在预测转炉终点碳质量分数误差为±0.01%、±0.02%时的终点命中率分别为87.53%与91.60%,在温度误差为±5和±10 ℃时的终点命中率分别为76.47%、92.20%;相比SVM模型,其在±0.01%终点碳质量分数误差范围内的命中率提高了14.26%,在±5 ℃终点温度误差范围内的命中率提高了7.74%。相比其他3种模型,SVM-XGBoost模型预测结果更为精确,对转炉实际冶炼过程控制与终点命中率提升具有较好的参考作用。

本文以电炉高效低成本生产工艺优化及智能化水平提升为目标,基于冶金原理、数学模型与信息技术,构建了综合的电炉智能炼钢模型系统,并对所开发的电炉智能化炼钢技术进行介绍,同时分析了其应用效果。本技术将视觉图像、音频识别等实时在线监测系统与电炉智能炼钢工艺模型进行深度融合,构建了数字化、标准化、模型化的冶炼过程管控体系。工业应用数据表明:电炉终点平均磷含量呈现下降趋势,终点平均碳质量分数提高47.8%;终渣平均全铁质量分数降幅达 11.9%,过氧化现象得到有效抑制,钢水收得率显著提升;电炉冶炼周期平均缩短1.5 min,单位钢水电耗平均降低 15 kW·h/t,年度生产成本预计降低约825万元。该技术在优化钢水质量的基础上,实现了冶炼成本的降低与冶炼效率的提升,为钢铁行业智能化升级和绿色低碳转型提供了重要的技术支撑。

齿条钢电渣重熔过程中,自耗电极在插入渣面前,会发生高温短时氧化反应,氧化产物随电极进入渣池中,导致氧势提高并烧损熔池中的易氧化元素,但由于增氧规律不明确难以制定合理的脱氧制度,因此需要系统研究自耗电极的氧化机制并建立电极氧化增重模型。本文分别在900、1 000、1 100、1 200和1 300 ℃下进行等温氧化试验,通过X射线衍射仪测定了氧化皮的相组成,采用电子探针显微分析对齿条钢的横截面微观结构和截面元素分布进行了表征,系统研究了试样表面形貌的演变、析出相形成和合金元素分布。在此基础上,结合氧化动力学规律、热力学数据库分析了氧化产物的形成机制并探讨了合金元素在高温氧化过程中的作用和行为,建立了描述齿条钢高温短时氧化的多阶段形成机制模型;结合等温氧化试验结果和电极表面温度场模拟结果,建立了齿条钢电渣重熔过程中自耗电极的氧化增重数学模型,通过计算得到了电极在一定时间内的氧化增重量,并对预测结果进行了工业验证。结果表明,在空气气氛下,齿条钢的等温氧化动力学曲线遵循抛物线规律,齿条钢发生氧化的活化能为197.17 kJ/mol。自耗电极的氧化层主要由Fe₂O₃、Fe₃O₄、FeO、SiO₂、TiO₂、Fe₂SiO₄和FeCr₂O₄组成,且在1 200 ℃下进行等温氧化试验更容易发生内部氧化,这可能是由于熔融的Fe₂SiO₄渗透到基体和外层TiO₂的剥落为氧气扩散提供了通道。通过上述研究建立了齿条钢自耗电极的氧化增重模型,实现了对不同时间内电极氧化量的定量预测,为制定脱氧制度提供理论依据。为验证氧化增重模型的准确性,在工业生产中依据氧化增重模型计算需要的脱氧剂加入量,在现场所测试的80炉冶炼产品中,产品合格率达97.5%。

球墨铸铁管具有良好的强度和韧性,是城市供水和供热的主要材料。采用离心铸造技术制备球墨铸铁管时,壁厚极差的控制是工业生产调控的难点,而稳定的壁厚极差则是铸管实现减重不减性能的重要基础。本研究采用ProCAST软件模拟分析了某厂离心球墨铸铁管生产过程中工艺参数对壁厚极差的影响规律,为铸管壁厚极差的控制提供工艺优化路径。研究结果表明,调整浇铸流量会改变金属液的轴向速度,进而影响其流动特性:当浇铸流量设定为 32 kg/s 时,金属液流动效果最佳;若流量低于或高于该数值,则易引发金属液充型不均匀或飞溅问题。此外,管模转速对铸管壁厚均匀性具有较大影响,随着管模转速的增大,壁厚均匀性逐步提升。综上所述,最佳工艺参数确定为浇铸流量32 kg/s、管模转速 600 r/min。

18CrNiMo7-6齿轮因磨损、疲劳、过载等因素易发生失效,且失效区域主要集中在近齿尖、齿根处。本文通过对18CrNiMo7-6齿轮模锻过程进行模拟,发现模锻后齿轮齿尖、齿根区域为齿轮应力集中区域,分别为214.1和238.5 MPa,从齿尖向齿根区域,等效应变从1.53递增至1.97。对渗碳后试样沿表面向心部进行硬度测试,发现齿尖区域渗碳层深度和硬度均高于齿根区域。随后利用电子背散射衍射(EBSD)技术分析了18CrNiMo7-6齿轮渗碳后的微观组织,发现相较于齿根区域,齿尖区域小角度晶界占比低、位错密度高、马氏体晶粒和重构后的原奥氏体晶粒细小,从微观组织分析中可知,齿尖区域体现出较强的裂纹萌生与扩展阻力。

不同的微合金化元素、烧结工艺和热处理工艺是调控粉末马氏体时效钢性能的关键因素。因此本文系统地研究了Cu、V和Ti微合金化元素对Fe-13Co-8Ni-8Cr-6Mo-0.4Nb-0.1Al马氏体时效钢在不同的烧结工艺 (烧结温度和烧结时间) 后的致密度、微观组织和力学性能。基于粉末冶金烧结致密化原理和微合金化理论,通过注射成型工艺制备了3种马氏体时效钢,并在1 330~1 390 ℃真空烧结,通过光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)对其显微组织进行了表征,并且利用显微维氏硬度计和微机控制电子万能试验机对力学性能进行了测试。结果表明,添加质量分数0.3% V的样品在1 330 ℃下烧结4 h硬度可达353HV,屈服强度达到675 MPa;添加质量分数3% Cu的样品在1 330 ℃下烧结4 h伸长率可达50%,断口形貌中韧窝较多;添加质量分数0.4% Ti的样品平均晶粒尺寸远小于其他两种样品,在1 390 ℃下烧结4 h平均晶粒尺寸为12.58 μm。此外,含V样品经过1 040 ℃固溶1 h和510 ℃时效4 h后,其屈服强度达1 803 MPa,伸长率达3.02%,较未微合金化基体钢强度和伸长率均有提高。基于上述研究成果,V元素能在保持烧结态较高强度的同时提高钢时效态的强度,Ti元素能显著细化钢的晶粒,Cu元素能显著提高钢的伸长率。通过改变元素种类和烧结条件、热处理工艺,可实现对马氏体时效钢微观组织的调控,从而优化其综合性能。后续研究可聚焦于多元微合金化方向的探索,以获取更佳的性能匹配,推动该类材料在实际工程中的应用。

碳中和背景下,汽车轻量化成为降低碳排放的关键路径之一。超低碳钢因其优异的深冲性能广泛应用于汽车领域,而稀土元素因其独特的作用展现出重要价值。基于此,本文通过向超低碳钢中添加不同含量稀土La,使用扫描电镜和背散射电子衍射(EBSD)技术,研究稀土La对超低碳钢热轧、冷轧及再结晶组织和织构转变的影响,并结合拉伸试验研究La对成形性能的影响。结果表明,随La含量升高,热轧晶粒尺寸由353 μm减小至82 μm,γ织构弱化;La质量分数为3.2×10^-5时推迟再结晶过程,再结晶晶粒细化,抗拉强度由219 MPa提高至251 MPa;La质量分数升高至1.5×10^-4,再结晶过程被促进,且再结晶γ织构体积分数由48%降至40%,使得塑性应变化r值由3.15下降至2.78。

先进核能系统的发展,对其核心结构材料提出了更高要求。本文在粉末冶金制备基础上,结合热轧与热处理工艺,制备了高性能9Cr-ODS钢板材,系统研究了板材的三维显微组织及力学性能。结果表明,9Cr-ODS钢三维显微组织具有典型的轧制态特征,轧向-横向轧制表面由等轴状晶粒组成,横向-法向、轧向-法向面由严重变形拉长的晶粒组成,长径比大于10。9Cr-ODS钢中存在Cr元素分布不均匀的现象,同时存在一定密度的位错结构以及弥散分布的球状强化相。9Cr-ODS钢力学性能具有一定的不均匀性,标准大样品之间差异较小,而板状小样品力学性能与取样位置密切相关,特别是断后伸长率,最大差别可达30%以上。9Cr-ODS钢以沿晶和穿晶断裂为主,拉伸过程发生明显的缩颈行为,断口形貌为层叠纤维状,片层之间的间距约3~5 μm。

本文目的为研究GH4720Li合金在700 ℃熔融NaCl-Na₂SO₄中的热腐蚀行为,揭示其腐蚀动力学规律与微观机制,为该合金在航空发动机涡轮盘中的应用提供试验依据。采用坩埚熔盐热腐蚀试验的方法,结合X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、电子探针(EPMA)及电子背散射衍射(EBSD)等分析手段,系统分析合金在不同腐蚀时间(1~200 h)下的腐蚀产物、组织演变及腐蚀动力学。GH4720Li合金的腐蚀增重遵循抛物线规律,腐蚀速率随时间延长逐渐增大;表面形成的致密Cr₂O₃层在初期起主要抗腐蚀作用,氧化膜破裂后,熔盐中还原出的硫优先沿晶界和γ′相形成硫化物,随后被氧化为疏松氧化层。GH4720Li合金的热腐蚀过程遵循“硫化-氧化”机制,可划分为氧化膜形成与保护、氧化硫化、加速氧化和内硫化4个阶段,控制晶粒尺寸与析出相数量有助于提高其耐蚀性能。

本文以钢渣高附加值利用为核心目标,系统研究 Fe₂O₃含量对钢渣物相组成、微观结构及物化性能的影响机制。以电炉钢渣为原料,采用纯试剂添加法进行调质处理,调质后的钢渣经高温重熔、快速冷却工艺,制备得到不同 Fe₂O₃含量的调质钢渣样品,后续针对该系列样品进行了全面的物相分析与物化性能测定。结果表明,Fe₂O₃可以促进尖晶石相的生成,同时抑制Ca₂Fe₂O₅相和Ca₂SiO₄相的生成。随着Fe₂O₃含量的增加,调质钢渣f-CaO的质量分数呈现先降低后升高的趋势,但均低于2.23%;维氏硬度平均值在825.87~931.38之间,呈先上升后下降的趋势。当Fe₂O₃的质量分数为21.50%时,f-CaO的质量分数最低,为1.88%;最大硬度平均值为931.38HV。在该条件下,调质钢渣样品表现出良好的稳定性和较高的硬度特性,具有作为非金属磨料的潜力。