2022年, 第34卷, 第1期　刊出日期：2022-01-20

  

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耐火材料专刊
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  高品质钢冶炼出铁场耐火材料结合剂的研究进展

  程水明1,2，赵惠忠1，王宇1

  钢铁研究学报. 2022, 34(1): 3-11. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20210119

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  摘要：出铁场是高炉炼铁通往炼钢的重要渠道，受出铁沟尺寸、形状及环境条件等因素的影响，目前大多采用浇注成型。而对不定形耐火浇注料而言，结合剂不仅决定其施工性能和力学强度，而且影响加热烘烤过程及高温使用状态下被结合材料的界面状态、显微结构与使用性能。综述了广泛应用于出铁沟耐火浇注料的结合剂类型、基本性质及其结合机制，归纳了各类结合剂的优缺点，总结了出铁沟用不定形耐火浇注料结合剂的研究与开发，并展望了新型无水泥铁沟耐火浇注料的工业应用前景。
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  钢包耐火材料与钢液反应的研究现状

  祖琳1,2，杨杰1，孔令种1,2，徐东1,2，郑冰1,2，郭龙鑫3

  钢铁研究学报. 2022, 34(1): 12-20. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20210230

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  摘要：随着国家工业的快速发展，对高品质钢的需求增大，侵蚀的耐火材料作为钢中外来夹杂物的主要来源受到广泛关注。基于此，阐述了耐火材料与钢液的反应机制、不同耐火材料与钢液的相互作用以及对钢液质量造成的影响。耐火材料会向钢中溶解并与钢中成分发生反应，之后形成界面层，当界面层是高熔点物质时，会阻碍耐火材料的溶解扩散，当界面层是低熔点物质时，会发生乳化作用，形成的新界面再与钢液发生反应。钢包耐火材料与钢液的相互作用会形成夹杂物对钢液造成污染。此外，在电磁场的作用下会改变耐火材料的侵蚀行为。不同钢种的冶炼要选择合适的耐火材料，对于如何快速准确选取与冶炼钢种配套的耐火材料有待研究。
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  添加氧化铈对反应烧结制备镁铝尖晶石材料性能的影响

  曹雨桐，马北越，田家龙，任鑫明，付高峰，姜周华

  钢铁研究学报. 2022, 34(1): 21-26. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20210297

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  摘要：为了进一步提高高品质钢冶炼用镁铝尖晶石耐火材料的关键性能，以电熔镁铝尖晶石、轻烧氧化镁和白刚玉为原料，镁铝溶胶为结合剂，氧化铈为添加剂，采用反应烧结工艺成功制备了镁铝尖晶石材料。系统研究了氧化铈添加量（质量分数，0、3%、6%、9%和12%）对合成镁铝尖晶石材料显气孔率、体积密度、线收缩率、体积收缩率、常温耐压强度和抗热震性等性能的影响。研究结果表明，添加氧化铈可以明显改善镁铝尖晶石材料的烧结性能；随着CeO2加入量的增加，其显气孔率先降低后略微增加，体积密度先增加后减小，线收缩率和体积收缩率逐渐增加；添加质量分数为6%的CeO2试样的综合性能较优，其显气孔率为13.94%，体积密度为3.45g/cm3，线收缩率为2.86%，常温耐压强度为162.74MPa，一次热震循环后强度保持率为91.25%。
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  铝碳耐火材料力学性能优化研究进展

  高陟1，潘磊1，马北越2，王作创1，杨勤1

  钢铁研究学报. 2022, 34(1): 27-34. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20210334

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  摘要：铝碳耐火材料是冶金连铸、铁水包、中间包等部位常用的耐火材料，因其使用环境恶劣，对强度、抗热震性、抗渣侵蚀性等各项性能的要求都较高。优化铝碳耐火材料的力学性能能降低因机械应力引发的物理损毁和热应力引发的热震损毁，直接影响使用寿命。优化耐火材料的原料是易实现且高效的研究方向。从制备铝碳耐火材料的3种原料出发，分别从催化改性结合剂、添加纳米碳源和使用高效添加剂3个角度介绍了铝碳耐火材料力学性能优化的研究进展。最后对利于铝碳耐火材料工业化生产的研究方向进行了建议和展望。
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  莫来石和氧化铝对高锰高铝钢用铬质引流砂烧结的影响

  袁康1,2，杨博然1,2，邓志银1,2，朱苗勇1,2

  钢铁研究学报. 2022, 34(1): 35-42. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001.0963-20210324

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  摘要：为了提升高锰高铝钢的自动开浇率，将莫来石和氧化铝等颗粒加入铬质引流砂中，研究揭示了高锰高铝钢对铬质引流砂烧结行为的影响规律。研究发现，铬质引流砂添加莫来石后，莫来石会熔解并与铬铁矿砂反应，从而生成SiO2-Al2O3-FeO-MgO系液相。无钢液作用下，提高引流砂中Al2O3含量有利于铬质引流砂的烧结，但超过一定范围反而会抑制烧结。钢液中的Mn和Al元素可以促进引流砂液相中MnO和Al2O3生成，从而加剧引流砂的烧结。Mn质量分数为10.81%时钢液的加速作用比Al质量分数为0.29%时更加明显。引流砂中添加一定含量的Al2O3，可以抑制钢液对引流砂烧结的加速作用。
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  中间包微孔MgO耐火材料与钢液反应行为

  陈磊1，王德永1，王慧华1，屈天鹏1，黄奥2，李光强2

  钢铁研究学报. 2022, 34(1): 43-51. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20210282

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  摘要：为了评估新型中间包微孔MgO耐火材料与钢液的反应性，系统测定了不同钢液与微孔MgO耐火材料表观接触角，研究了界面化学反应产物以及钢中夹杂物组成的变化。结果表明：含硫钢在微孔MgO耐火材料上铺展性最好，帘线钢次之，模具钢最差，主要是表面活性元素S降低了钢液表面张力所致；熔钢与耐火材料的界面行为中既包含了物理渗透又包含了化学反应。当界面处镁蒸气压极低时，一定的硅含量能导致MgO耐火材料被还原，界面处形成了大量镁橄榄石，从而降低了微孔MgO耐火材料的化学稳定性。钢液与耐火材料界面处的产物在很大程度上影响了钢中夹杂物组成，导致了夹杂物成分的改变。
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  含尖晶石空心球的刚玉尖晶石材料制备及性能

  刘浩1，刘文元1，王玺堂1，王周福1，冯钢军2，齐跃坤2

  钢铁研究学报. 2022, 34(1): 52-57. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20210325

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  摘要：采用电熔喷吹法制备了镁铝尖晶石空心球，结合空心球结构与性质特征，将其引入刚玉尖晶石材料，对比研究了不同粒径空心球对材料显微结构、力学强度及隔热能力的影响。结果表明：制备的空心球球形度高，球壁由单层或多层镁铝尖晶石晶粒镶嵌结合而成，球体的抗压能力取决于球壁厚度及其均匀性。降低粒径、引入复合粒径空心球，通过球体之间的填充，降低了刚玉尖晶石材料的孔隙尺寸、提高了力学强度；控制不同粒径空心球的引入，降低球体之间“点接触”的概率，有利于提高材料的隔热能力。
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  低硅CaO-Al2O3渣对铝镁质浇注料的侵蚀

  蒋旭勇，黄奥，顾华志，付绿平，薛正良

  钢铁研究学报. 2022, 34(1): 58-63. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20210304

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  摘要：低密度高强化是钢铁材料的重要发展方向。由于低密度高强钢冶炼用低硅CaOAl2O3系炉渣会不可避免地与现行铝镁质耐火材料发生反应，严重影响钢的安全高效熔炼及其品质提升。针对这一问题，采用静态坩埚法开展铝镁质浇注料的抗低硅CaO-Al2O3渣蚀实验，探究Al2O3含量变化对耐火材料渣蚀的影响规律，得到以下结论：低硅CaOAl2O3渣中Al2O3含量较高时，会加剧熔渣对铝镁质浇注料的侵蚀和渗透，其中熔渣对铝镁质浇注料的渗透是重要渣蚀因素；尤其当熔渣中Al2O3质量分数不小于30%时，铝镁质浇注料与熔渣反应界面连续隔离层的形成受到限制，导致侵蚀渗透严重。
冶炼与加工
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  气刀对热镀锌锅流场影响的数值模拟

  李嘉勋1,2，卢海彪1,2，王异军1,2，钟云波1,2，雷作胜1,2,3

  钢铁研究学报. 2022, 34(1): 64-74. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20210004

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  摘要：气刀喷吹是带钢连续热镀锌生产的重要工序，理解气刀喷吹过程对锌锅内部流场和表面流场规律的影响对提高带钢质量具有重要意义。建立了带钢连续热镀锌过程中气刀喷吹三维流场数学模型及锌锅流场三维数学模型，将气刀喷吹在锌锅表面的压力作为动量源项加载到锌锅流场数学模型的动量方程中，分析气刀喷吹压力及带钢速度对锌锅内部及表面流场的影响，并定义了锌锅表面扒渣指数。结果表明：气刀喷吹主要影响锌锅上层区域流场，对底部流场影响不大；锌锅表面扒渣指数会随气刀喷吹压力增加而增加；在有气刀喷吹时，带钢速度增加会使锌锅表面扒渣指数先增大后减小。
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  2种氧分压下铁矿粉烧结高温熔体的流动行为

  翟晓波1，2，王刚1，2，邹忠平1，2，李想3

  钢铁研究学报. 2022, 34(1): 75-87. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20210002

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  摘要：铁矿粉烧结高温熔体的流动行为，对烧结矿强度的改善有重要影响，而其受到烧结料层内氧分压的深刻影响。以7种铁矿粉为研究对象，在实验测定2种氧分压下高温熔体流动行为的基础上，通过FactSage热力学计算、XRD矿相分析法及矿相数点法探究其影响机制。结果表明，当高温保持段的氧分压从0.1 kPa升高至21.0 kPa，高温下生成液相比例升高，熔体黏度降低，从而使得高温熔体流动行为指数增大。高温熔体中包含高温液相和少量未熔固相。高温液相的存在形式为CaO-Fe2O3系和CaO-Fe2O3-SiO2系，前者的黏度远低于后者，在液相总量中的占比高于后者。较高氧分压和脉石成分含量促使CaO-Fe2O3-SiO2系液相生成。冷却后的黏结相主要包括赤铁矿、磁铁矿、铁酸钙和硅酸盐等矿物。当氧分压升高时，黏结相中生成的难熔磁铁矿向赤铁矿转化，低熔点的铁酸钙系矿物含量升高，从而促进了高温熔体流动。
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  200t转炉交错氧枪设计优化研究

  王帅辉1，冯亮花1，刘坤1，刘广强2，韩 鹏1，王玺1

  钢铁研究学报. 2022, 34(1): 88-94. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20210008

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  摘要：以200t转炉5孔氧枪为原型，优化设计内外喷孔相同倾斜角度下不同流量配比的交错氧枪。基于射流特性仿真研究，通过数值模拟方法，分析交错氧枪喷头射流特性与传统5孔氧枪的不同，探讨内外孔流量比变化对氧枪射流轴向速度衰减和有效冲击面积的影响规律。结果表明：交错氧枪内孔射流轴向速度大于传统氧枪，外孔的轴向速度与传统氧枪相近，但交错氧枪的有效冲击面积较大；交错氧枪喷头射流随内外空流量配比呈现非线性变化，内外孔倾斜角分别为12°和16°时，流量比分别为60%和40%时轴向速度和有效冲击面积较大。
材料研究
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  基于BP神经网络的电力角钢成分优化及生产实践

  文辉1，朱守欣1，韩伏1，朱自猛2，于浩2

  钢铁研究学报. 2022, 34(1): 95-100. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20200301

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  摘要：基于BP神经网络，创建了角钢合金成分与力学性能关系预测模型，所建立的模型绝对误差平均值仅为3~4MPa，具有较高的可靠性。利用该性能预测模型研究了残余元素Cr含量及VN12合金加入量对强度的量化贡献，并进行工业试制250mm×250mm×35mm电力角钢，结果表明：当Cr质量分数大于350×10-6时，可以采用每吨钢添加0.5kg的VN12合金、0.3kg的VFe合金，使钢中V质量分数为0.05%，其屈服强度和抗拉强度均可满足性能要求。基于BP神经网络创建的电力角钢预测模型对成分进行优化设计具有可靠的指导性。