转炉炉衬是保障炼钢过程安全稳定运行的关键结构,其服役状态直接影响转炉炉龄、耐火材料消耗量及生产安全。在周期性装料、吹炼和出钢过程中,炉衬长期受到高温熔渣与钢液作用、机械冲击与冲刷、温度循环以及结构约束等多因素耦合影响,局部区域容易发生异常侵蚀、开裂和剥落,严重时可引发烧穿与漏钢事故。本文系统综述了转炉炉衬侵蚀机制、侵蚀状态监测及烧穿预警技术的研究进展。首先,从化学侵蚀与熔渣渗透、机械冲击与磨损、热震损伤及结构应力等方面归纳了转炉炉衬的主要损毁机制,并分析了渣线区、耳轴区、出钢口、炉底和加料侧等典型部位侵蚀行为的区域性与阶段性特征;其次,总结了冶炼温度与时间、炉渣MgO含量、全铁含量、炉渣碱度、装料制度及吹炼操作等因素对炉衬侵蚀的影响。在此基础上,重点评述了红外热成像、激光测厚、电学检测、声学检测、神经网络预测及多源信息融合等炉衬状态监测与烧穿预警方法的基本原理、技术特点和工程应用现状。现有研究表明,红外热成像适用于炉壳热点的在线连续监测,激光测厚能够定量表征炉衬残余厚度及局部薄弱区域,而电学、声学和多源信息融合方法在连续感知及提高预警可靠性方面具有一定应用潜力。然而,复杂现场环境、监测数据时空不连续、模型跨炉役适用性不足以及预警阈值缺乏统一标准等问题,仍制约着相关技术的推广应用。未来应加强炉衬侵蚀机制与数据驱动模型的深度融合,推动多源监测信息协同、残余厚度与侵蚀速率联合表征以及分区域、分等级动态预警体系建设,为转炉炉衬预知性维护和安全长寿运行提供支撑。

现阶段铁前工序降碳压力显著,冷固结球团工艺具有较高的降碳潜力。为响应钢铁行业“双碳”目标,本文针对4类典型铁精矿,系统考察成型水分、成型线压力以及铁精矿类型对冷固结球团强度的影响,并结合扫描电镜-能谱仪(SEM-EDS)、压汞法表征微观孔隙结构演变,揭示影响冷态强度的机制。结果表明,在研究范围内,降低成型水分、提高成型线压力可显著增强冷固结球团性能,适宜的成型水分和成型线压力分别为4.5%和9.80 kN/mm。成型水分升高会削弱颗粒间机械咬合,致使生球和固结球强度同步降低,而提高成型线压力可通过促进颗粒重排、增大颗粒间接触面积,促进形成更粗、更连续的黏结桥,从而显著提高冷固结球团强度。铁精矿粒度对成型阶段和固结阶段强度的作用相反,铁精矿的平均粒度越细,生球强度越高,固结球强度越低。在适宜成型-固结参数下,4种精矿制备的冷固结球团均实现生球落下强度不小于4次/(0.5 m·P)、固结球强度不小于2 500 N/P、转鼓强度不小于85%,满足高炉炉料的冷态强度要求,具有工程应用潜力。

本文针对现有烧结矿余热回收装置的不足,提出耦合竖式冷却和环形再冷的双级冷却工艺,并建立双级冷却装置内流动与传热模型,重点分析进口风量、进风温度、冷却段高度与冷却段长度等参数对装置余热回收量、出口热载体焓㶲等关键性能指标的影响规律。结果表明,本文构建的数值模型模拟结果与实测试验数据吻合良好,最大相对误差仅 5.83%,有效验证了该模型的计算精度与可靠性。增大进口风量、进风温度与冷却段高度,同时减小冷却段长度,均会提升床层压降;余热回收量随进口风量、冷却段高度及长度的增加而升高,随进风温度升高呈下降趋势;热载体焓㶲随进口风量提升先增大后减小,随进风温度、冷却段高度与长度的增大逐渐变大。

本研究以建龙西林钢铁公司300 m²烧结机至1 260 m³高炉转运系统中的烧结矿为研究对象,通过全程跟踪取样、工业CT三维重构、扫描电镜及非国标冶金性能测试等手段,系统分析了转运过程中烧结矿粒度分布、转鼓强度、孔隙结构、裂纹扩展及冶金性能的演变规律。结果表明,转运过程中的多次高落差跌落与机械碰撞导致烧结矿粒度细化,超过25 mm的大粒级烧结矿比例显著下降,[5,10) mm粒级比例逐步升高,平均粒径呈现细化趋势。工业CT三维重构揭示,内部孔隙由初始微小、分散的闭孔状态逐步演变为贯通性裂隙网络,裂隙长度与连通性显著增加,结构完整性持续下降,在入炉前已形成大面积交织裂纹。转鼓强度因高强度大粒级烧结矿的保留而呈现局部升高,还原性呈先降低后升高的趋势,低温还原粉化性能在转运中后期明显恶化,这与中等粒级烧结矿所形成的均匀孔隙结构有关,该结构可改善气体扩散条件、提升还原程度。

钢包底吹氩过程中气泡的尺寸分布直接影响精炼效果,本文通过建立耦合气泡碰撞与聚合模型的流体体积法-离散相(VOF-DPM)混合数值模型来系统描述渣-金界面动态和大量离散气泡的运动与演化行为。通过水模型试验验证了模型的准确性,进而系统模拟分析了120 t钢包底吹流量、吹气位置及双孔夹角3个关键工艺参数对气泡尺寸分布与渣眼形态的影响规律。结果表明,增大底吹流量会显著促进气泡聚合和渣眼扩张,流量从 80 L/min 增加至400 L/min,气泡平均直径增大 30.1%;改变底吹位置可优化流场结构,底吹位置从 0.1r(r为钢包底部半径)移至 0.7r,气泡平均直径先减 16.4% 后增14.3%,渣眼面积先减小后增大;在0.3r附近能获得更细小弥散的气泡群;调整双孔夹角能调控2股气泡流的相互作用,双孔夹角从 45°增加至180°,气泡平均直径先减 9.8% 后增 7.8%,渣眼面积先减小后增大,且钢包顶部气泡尺寸变化更显著。

RH精炼是钢铁冶炼工艺中的关键环节,终点C元素含量是影响钢铁性能的重要指标。准确预测RH精炼终点C元素含量,对于优化工艺控制、保证成品质量具有重要意义。为了精确预测终点C元素含量,本文采用基于递归特征消除(RFE)的随机森林(RF)、线性回归(LR)、支持向量回归(SVR)及极端梯度提升树(XGBoost)算法构建模型。在选定训练模型所用的特征变量时,与传统的热力图方法不同,提出了动态范围策略,即预设特征数量的合理区间,通过网格搜索模型的超参数对该区间内每个模型进行评估,选取其中表现最优的模型,避免单一特征数量的局限性。102组现场生产数据验证模型的结果显示,基于SVR算法并通过RFE选取的18个特征变量训练而成的模型,在预测RH精炼终点C元素含量时效果最好,其平均绝对误差为1.427×10^-6、均方误差为6.626×10^-10,在精度要求为±5×10^-6的情况下,预测命中率达到了93.5%。

304不锈钢经钙改性后,钢中夹杂物的行为较为明晰,但对凝固过程中的演变规律仍缺乏系统认识。以钙改性304不锈钢为研究对象,结合实验室试验与热力学计算,系统研究了凝固过程中钙改性夹杂物的演变行为。结果表明,钢液中钙含量显著影响凝固过程中硫化物的析出类型与形态。低钙炉次中仅析出MnS,其析出方式包括以Al₂O₃-SiO₂-CaO-MgO类夹杂物为异质形核核心及单独析出;高钙炉次中主要在原有夹杂物表面弥散析出大量CaS。炉冷后,高钙炉次夹杂物中Al₂O₃含量显著升高,SiO₂含量降低,并伴有大量CaS析出;而低钙炉次中SiO₂含量升高,Al₂O₃含量降低,且以MnS析出为主。炉冷后,钢中夹杂物尺寸增大,数量密度降低。热力学计算进一步揭示,随着钢中总钙(T.Ca)含量增加,夹杂物析出顺序为MnS+Ca₂Al₂SiO₇→MnS+Ca₂Al₂SiO₇+Ca₂SiO₄→MnS+Ca₂Al₂SiO₇+Ca₂SiO₄+CaS → Ca₂SiO₄+MnS+CaS。在T.Ca一定时,随着总氧含量(T.O)增加,析出转变顺序为MnS+Ca₂Al₂SiO₇+Ca₂SiO₄+CaS→MnS+Ca₂Al₂SiO₇+Ca₂SiO₄→MnS+Ca₂Al₂SiO₇+CaAl₄O₇+CaAl₂Si₂O₈+Al₂O₃。

中间包是连铸工序的核心设备,起到稳定供给钢液、均衡钢液成分与温度、去除夹杂物等作用,其控流装置易受高温钢液冲刷侵蚀产生熔损,进而造成钢液流场发生变化。本文采用数值模拟结合工业试验的研究手段,将中间包服役周期划分为控流装置有效期(0~40 h)与控流装置完全失效期(40 h 至停包),系统分析不同浇注点位置对各阶段中间包钢液流场的影响规律,并研究其对钢水质量及中间包使用寿命的影响。结果显示,控流装置有效期,浇注点布置在冲击区中心可有效维持钢液流场稳定与均匀,此时死区体积占比最低,为 20.17%,冲击区侵蚀速率最慢,为 6.05 mm/h;控流装置完全熔损后,将浇注点后移 30 mm 可优化流场分布,包内涡流区域面积最小,死区体积占比降至 22.02%,侵蚀速率较中心浇注方案降低 16.86%。工业试验证实,采用复合浇注方案(控流装置有效期采用中心浇注,失效阶段长水口浇注点后移 30 mm)可使中间包使用寿命延长至 80.97 h,且各流钢水元素含量差异相较于其他浇注方式最小。

薄带铸轧的亚快速凝固与单道次轧制工艺赋予产品独特的组织性能,显著区别于传统热轧工艺。以工业化产线生产的薄带铸轧低碳钢与传统热轧低碳钢为研究对象,系统比较了2类材料的显微组织、拉伸性能及塑性制约因素。结果表明:薄带铸轧钢组织为全铁素体,呈现表层细晶(平均28 μm)与心部粗晶(平均50 μm)的梯度分布,平均晶粒尺寸47 μm,晶界处条状碳化物长度占比达62.7%;而传统热轧钢组织为均匀细小的铁素体加少量珠光体,平均晶粒尺寸15.6 μm,晶界碳化物长度占比仅为14.9%。热力学计算揭示,薄带铸轧钢轧后冷却速率较高,抑制了珠光体转变,致使碳向晶界偏聚并形成连续碳化物;传统热轧钢轧后冷速较低,碳则以珠光体形式充分析出。薄带铸轧钢与常规热轧钢的伸长率分别为31.6%和39.8%,前者的塑性较差主要归因于2方面,一是粗大晶粒的变形协调性差,在低应变下发生非均匀变形,引发应力集中;二是晶界处脆性碳化物与铁素体基体的变形能力不匹配,易成为裂纹优先萌生源。在变形过程中,大尺寸晶粒率先变形,应力集中于碳化物/铁素体界面,进而形成微孔并扩展为沿晶二次裂纹,且裂纹优先在大晶粒的晶界处萌生。相比之下,传统热轧钢因碳化物含量低、组织均匀,未出现大晶粒优先开裂的特征。

以5 mm厚热轧板为初始材料,经冷轧变形至不同形变量(60%、80%、90%、94%和96%)后,在800 ℃、1×10^-2 s^-1条件下进行高温拉伸试验,并结合扫描电镜(SEM)、电子背散射衍射(EBSD)、透射电镜(TEM)等表征手段分析组织-性能演变,以探究冷轧变形量对Fe-35Mn-8Al-0.3C低密度钢超塑性的影响。高温拉伸结果表明,所有冷轧样品(形变量60%~96%)在高温拉伸条件下均获得超过300%的伸长率,呈现典型超塑性特征;随形变量增加,伸长率由60%冷轧板的341%逐渐上升,最高达94%冷轧板的612.5%。组织表征发现,高温拉伸过程中发生Mn元素再配分与动态再结晶,使初始冷轧α+γ双相带状组织转变为富Mn的β-Mn与γ相“互嵌”的双相等轴晶组织;随冷轧形变量增大,高温拉伸后的动态再结晶体积分数由79.6%增至99%,但β-Mn与γ两相体积分数接近,晶粒尺寸稳定在1~2 μm,组织基本不受初始形变量影响。超塑性变形后,硬相β-Mn为完全再结晶结构,而软相γ中仍保留高密度位错。基于上述研究,确定冷轧形变量为90%~94%时可获得约600%伸长率的预变形工艺,并提出低密度钢的超塑性变形机制为γ相位错滑移辅助与晶界/相界滑动共同主导。

为探究基于临界区退火工艺制备高强塑性中锰钢的可行性,以0.3C-6Mn-1.2Si-0.5Cr(质量分数,%)中锰钢为研究对象,结合扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、电子探针X射线显微分析仪(EPMA)等表征手段、DICTRA扩散动力学计算及力学性能测试,系统研究了临界退火温度对热轧后缓冷中锰钢组织与性能的影响规律。结果表明,临界退火后显微组织由马氏体、铁素体及残余奥氏体组成。退火温度为600 ℃时,残余奥氏体以膜状形态为主;650 ℃时转变为块状;625 ℃时残余奥氏体含量最高,且其中碳的质量分数达峰值,约为1.3%。DICTRA计算表明,在临界区预先进行Mn配分处理后,可获得明显的Mn元素梯度分布,且随退火温度升高,Mn分布趋于均匀化,与EPMA表征结果一致。退火温度对力学性能影响显著:随温度升高,抗拉强度提高,断后伸长率下降。625 ℃退火时屈服强度最高(955 MPa),强塑积最大(32.54 GPa·%);600 ℃退火时伸长率最大(32.31%);650 ℃退火时抗拉强度最高(1 281 MPa)。拉伸断口呈韧性断裂特征并伴有分层现象,断口由光滑层与韧窝层组成。随着退火温度升高,光滑层厚度减小,分层特征减弱。625 ℃退火时,光滑层的平坦断面上出现细密韧窝,且韧窝密度及尺寸随温度升高而增大。

高压共轨系统技术的快速发展与喷射压力的持续提升,对更高强度等级的高压油管材料提出了迫切需求。为此,在16MnNiV小口径无缝钢管用钢中添加质量分数为0.2%的Cr元素,成功制备出外径8 mm、内径3.6 mm的冷拔小口径无缝钢管,其抗拉强度为972 MPa,屈服强度为950 MPa,断后伸长率为15%。采用扫描电镜(SEM)、电子背散射衍射(EBSD)及透射电镜(TEM)对冷拔及热处理后的试样进行表征。结果表明,添加质量分数为0.2%的Cr元素细化了珠光体片层间距,其最大比例区间由110~130 nm缩小至70~90 nm,同时提高了冷拔过程中珠光体的稳定性。结合Thermo-Calc 2023a热力学计算与试验结果,Cr的添加降低了渗碳体及VC相析出驱动力的绝对值,抑制了二者析出,进而减少了C元素的脱溶。此外,Cr加入VC形成(V,Cr)C,使界面能从0.594 J/m²增至0.646 J/m²,有利于VC颗粒细化。强化机制定量计算表明,添加质量分数为0.2% Cr元素的主要强化贡献依次为固溶强化(204.7 MPa)、位错强化(191.2 MPa)和沉淀强化(103.3 MPa)。

为明确去应力退火温度对选区激光熔化(SLM)成形TC4钛合金(SLMed TC4)组织、力学性能及人工海水中腐蚀行为的影响,将试样分别在600、700和800 ℃下真空退火1 h。采用X射线衍射仪(XRD)、电子背散射衍射(EBSD)、扫描电子显微镜(SEM)、纳米压痕、维氏硬度及电化学测试,表征显微组织、力学响应和钝化行为。结果表明,随退火温度升高,针状α′马氏体逐渐粗化并发生分解,800 ℃退火后形成α+β两相组织。弹性模量(EIT)由102.40 GPa升至133.98 GPa,塑性功由1 862.29 pJ增至2 371.29 pJ,维氏硬度下降,表明残余应力释放与组织演变共同改变了力学响应。腐蚀电流密度由1.43×10^-7 A·cm^-2降至9.83×10^-8 A·cm^-2,极化电阻约由7.33×10⁵ Ω·cm²增至7.58×10⁵ Ω·cm²。800 ℃试样的稳态电流密度最低,Mott-Schottky曲线斜率最大,表明钝化膜载流子密度降低、稳定性提高。综合而言,升高去应力退火温度可协同调控SLMed TC4的相组成、组织尺度和内应力状态,促进形成更稳定且更具保护性的钝化膜,从而提升其在人工海水中的耐蚀性能。