2021年, 第33卷, 第4期　刊出日期：2021-04-20

  

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综合论述
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  钒钛磁铁矿加工利用研究现状及发展趋势

  欧杨1,2，孙永升1,2,3，余建文1,2,3，李艳军1,2

  钢铁研究学报. 2021, 33(4): 267-278. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20200229

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  摘要：钒钛磁铁矿作为一种富含铁、钒、钛的特色矿产资源，综合利用价值高。从钒钛磁铁矿的选矿富集和钒钛磁铁精矿的冶金分离层面，论述了钒钛磁铁矿的加工利用研究现状。在选矿富集方面，开发新型选矿设备和药剂、优化选矿工艺，能够获得合格的钒钛磁铁精矿,并阐述了选矿指标难以进一步提高的原因。在冶金分离方面，通过分析对比各工艺的研究现状及优缺点，解释了各类非高炉工艺无法推行工业化生产的原因，并提出流态化预还原-电炉熔分法是未来实现钒钛磁铁精矿高效利用的重要研究方向。
冶炼与加工
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  基于参数优化SVR方法预测高炉煤气利用率

  党晓晶1，石琳2，赵娜2，袁冬芳2，李江鹏2

  钢铁研究学报. 2021, 33(4): 279-283. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20200162

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  摘要：高炉煤气利用率是反映高炉能耗的重要指标，其预测控制对炼铁过程的节能降耗具有重要意义。利用某高炉在线采集的数据对煤气流温度分布和高炉煤气利用率的关系进行研究。首先，对高炉煤气利用率数据和能够实时反映煤气流分布的炉喉十字测温数据中的缺失值进行多重插补填充，并利用分位点计算煤气流分布的经验分布函数，得到测温数据的小时分布概率。再运用灰狼算法优化支持向量回归（Support Vector Regression，SVR）模型的样本量和核参数，建立高炉煤气利用率预测模型。结果表明，在优化建模样本量和模型核参数的情况下，支持向量回归模型的预测精度更高，能够为高炉的优化控制和节能降耗提供有力支持。
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  带式机镁质球团热工制度仿真及优化

  曹风，甘敏，范晓慧，陈许玲，黄晓贤，王鑫

  钢铁研究学报. 2021, 33(4): 284-292. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20200150

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  摘要：镁质球团矿冶金性能好，是一种优质炼铁炉料，其生产最适宜的设备是带式焙烧机，但镁质球团对焙烧均匀性要求高。针对带式机生产镁质球团，采用Fluent工具对焙烧过程进行了模拟仿真，以获得均匀的温度场。建模考虑了碳酸镁的分解、氧化镁含量对磁铁矿氧化的影响，仿真结果通过链篦杯实验进行了验证，模型模拟的温度准确率大于90%。随后利用仿真模拟，获得了镁质球团生产的适宜热工条件，优化后料层上、中、下3层的最高温度分别为1179、1202和1166℃，且温度高于1000℃的保持时间分别为17. 5、15.4和15.5min，料层温差明显减少，3层球团的强度分别为3630、3422和3296N/个，料层平均强度为3449N/个，相比实验室管炉试验确定的热工制度，其球团强度更均匀且平均强度增加842N/个。
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  DC06 IF钢精炼渣成分优化及钢渣中氧的控制

  王宝1，李任春2，刘俊山2，成日金1,3，张华1，倪红卫1

  钢铁研究学报. 2021, 33(4): 293-301. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20200169

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  摘要：无间隙原子钢（IF钢）对含铝夹杂物要求极为严格。为冶炼洁净IF钢，采用热力学软件FactSage 7.0对IF钢精炼渣系做了优化计算，并采取6组工业实验做验证，根据结果提出改进措施。实验中采取氧传感器、碳硫分析仪及ICPAES对钢和渣成分进行检测，并通过ASPEX自动扫描电子显微镜检测钢中夹杂物成分与数量。热力学计算及实验研究发现，转炉脱碳结束时钢液中碳质量分数宜控制在0.04%，转炉渣中FeO质量分数控制在149%以内，降低钢中［O］质量分数到470×10-6。精炼时控制补吹氧炉次比在64%以下，补吹量在17m3内，精炼渣中SiO2、MgO及TFe质量分数分别控制在6%~8%、6%和5%~10%，钙铝比控制在1.4~1.6时，钢中［O］质量分数可控制在10×10-6，且该精炼渣系对Al2O3有较好的吸附性。在确保精炼脱氧的同时，降低钢液二次氧化，达到IF钢洁净冶炼目的。
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  不同冶炼温度下转炉炉渣成分及性能的匹配研究

  屈波樵，赵俊学，王泽，谭泽馨，辛鑫，胡爱琳

  钢铁研究学报. 2021, 33(4): 302-308. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20200167

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  摘要：转炉冶炼过程中冶炼温度、炉渣成分与性能等均处于不断变化之中，研究各参数的变化及相互匹配对进一步优化冶炼工艺具有重要意义。基于2种典型成渣过程的生产数据和相关研究成果，对转炉冶炼过程中熔池温度、炉渣成分、炉渣熔点和黏度、磷容量和硫容量等的变化进行了梳理和比较，从热力学、动力学两方面对冶炼过程各参数的匹配状况进行了分析，探讨了其对脱磷、脱硫效果的影响。结果表明，铁质成渣路线在吹炼初期可实现与炉温的良好匹配，而钙质成渣路线冶炼前中期炉渣熔点高、流动性差。为改善炉渣脱磷能力，可选用铁质成渣路线并控制前期升温速度。
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  氧化钙类杂质对铁水脱磷的影响分析

  孙国斌1，向晓东2

  钢铁研究学报. 2021, 33(4): 309-314. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20200172

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  摘要：除尘灰制备炼钢脱磷剂极具实用价值，但其所含CaO类杂质却会影响脱磷。1400℃条件下，参考Fe2O3-CaO-CaCl2系脱磷剂，分别利用不同摩尔比的Ca(OH)2、CaCO3替换脱磷剂中的CaO，对磷质量分数为0.3%的铁水进行了脱磷试验。同时，分别利用CaO、Ca(OH)2、CaCO3作为固定剂，研究了各自的铁水脱磷特征。此外，参考Fe2O3-CaO-SiO2-CaCl2系脱磷剂，分别利用CaO/SiO2混合物、CaSiO3作为脱磷剂初始组分，研究了二者的脱磷差异。结果表明：当Ca(OH)2以任意摩尔比替换脱磷剂中的CaO时，替换比对脱磷率的影响并不明显；但当使用CaCO3进行替换时，脱磷率会在替换比超过约05后显著下降。而相对于CaO，当以Ca(OH)2、CaCO3作为固定剂时，脱磷速率能在初期获得明显提高，但在后期相对下降。此外，相对于CaO/SiO2混合物，当以CaSiO3作为脱磷剂初始组分时，脱磷速率在前期和后期均能获得明显提高。
材料研究
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  C晶界偏析对α-Fe纳米晶高温力学性能的影响

  吴宏辉1，周笑靥2，李博1，汪水泽1，毛新平1

  钢铁研究学报. 2021, 33(4): 315-321. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20210019

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  摘要：纳米晶在常温下具有很高的强度，然而其高温力学性能往往低于其对应粗晶。C是钢中的重要成分，由于其原子半径较小，容易在纳米晶中发生晶界偏析。通过分子动力学模拟，探讨了利用C的晶界偏析来提升纳米晶高温力学性能的可能性。在不同温度和应力水平下模拟了Fe-C与纯Fe纳米晶的拉伸蠕变试验，得到对应的应变速率，并根据Mukherjee-Bird-Dorn (MBD)公式得到了蠕变激活能和应力指数。通过对比Fe-C与Fe纳米晶的蠕变参数和缺陷结构，揭示了C晶界偏析影响α-Fe纳米晶塑性变形机制的影响机制。研究将有助于理解晶界偏析对不同温度下纳米晶力学性能的影响机制，启发优化合金高温力学性能设计的新思路。
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  合金碳化物M23C6的磁性及磁致磁性

  游志强1,2,3，侯廷平1,2,3，林恒福1,2,3，吴开明1,2,3

  钢铁研究学报. 2021, 33(4): 322-329. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20200061

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  摘要：利用第一性原理研究了碳化物M23C6（M=Fe，Cr）的晶胞结构、磁矩和态密度，并结合魏氏分子场理论分析了磁场作用下一些碳化物的磁致磁性。结果显示：Fe20Cr3C6碳化物中的Fe3和Fe4原子连接组成稳定的晶格框架，Cr1、Cr2和C原子位于框架中心；Fe20Cr3C6的磁性主要来源于Fe和Cr原子的3d轨道贡献，并且贡献的方向相反，Fe23C6和Fe20Cr3C6中存在sp和pd轨道杂化；Fe20Cr3C6中具有负磁矩的Cr原子，削弱了紧邻Fe原子以及碳化物整体的磁矩；磁场作用下，碳化物的铁磁态相区扩大，磁矩增大。最终发现，碳化物M23C6在中温相变时依旧保持着较强的磁性，且磁场诱导磁性增加，可以预测，强磁场能够改变碳化物M23C6的析出稳定性。上述工作揭示了强磁场和温度耦合作用下复杂碳化物的结构、磁性及其稳定性影响的内在关联机制。
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  深冷对逆相变处理中锰钢组织性能的影响

  雷志国1,2，王存宇2，周峰峦2，曹文全2，汪航1

  钢铁研究学报. 2021, 33(4): 330-335. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20200058

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  摘要：为了研究原始组织状态对逆相变退火中锰钢微观组织和力学性能的影响，对淬火处理的中锰钢再进行-74℃深冷处理，采用SEM、EBSD、XRD等手段评价了逆相变退火处理后的微观组织，用单轴拉伸和冲击试验评价力学性能。研究结果表明：淬火态中锰钢的组织由马氏体和体积分数约为33%的残余奥氏体组成，深冷处理后得到残余奥氏体体积分数小于15%的细小马氏体组织；相对于淬火+逆相变处理的样品，深冷+逆相变样品奥氏体体积分数从31%提高到49%，具有更高的奥氏体稳定性使屈服强度从650MPa提高到852MPa，断后伸长率从22%提高到37%。
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  时效超低碳低密度钢中碳化物的形成与控制

  王萍，光剑锋，侯清宇，郭爱民，黄贞益

  钢铁研究学报. 2021, 33(4): 336-344. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20200108

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  摘要：采用SEM、EBSD、TEM等试验方法对时效超低碳低密度钢中碳化物的形成机制与控制进行了研究。结果表明，试验钢在热处理后存在粗大的碳化物析出相（Fe3C、TiC）。试验钢中Fe3C碳化物随时效温度提高发生长大，Fe3C析出相与位错的作用为绕过机制，其与时效后细晶强化的共同作用使得试验钢强度大幅增加。试验钢中TiC为微米级析出相，呈方形或三角片状分布，其直径随时效温度的升高而减少，形状由不规则趋向球形。TiC与基体间存在高密度位错使得试验钢在变形过程中形成位错堆积，从而增加了基体变形的难度，导致试验钢塑性降低。
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  Nb对高铁车轴钢相变规律及微观组织的影响

  吴高峰1,2，曹燕光2，李昭东2，丁灿灿2，杨忠民2，孙淑华1

  钢铁研究学报. 2021, 33(4): 345-352. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20200063

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  摘要：采用热力学软件ThermoCalc、FormastorFII型全自动相变仪、OM、HRTEM等手段研究了V微合金化、NbV复合微合金化车轴钢的微观组织及连续冷却相变规律。结果表明，Nb能够提高钢的Ac1和Ac3相变温度，扩大铁素体+珠光体相变区冷速范围，使贝氏体相变区向左下方移动，提高获得全马氏体的临界冷却速度。此外，Nb的添加能够使V在高温下与Nb协同析出。冷速42℃/s的热膨胀试样HRTEM结果发现，NbV微合金化车轴钢中存在大量(Nb,V)C纳米析出相，呈随机分布，平均尺寸为68nm，这些析出相能够细化奥氏体晶粒，是其相变后组织硬度提高的主要原因。