2023年, 第35卷, 第3期　刊出日期：2023-03-20

  

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综合论述
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  烧结烟气脱硫脱硝活性炭的研究进展

  向思羽1，张朝晖1，邢相栋1，折媛1，郭胜兰2

  钢铁研究学报. 2023, 35(3): 233-246. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20220102

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  摘要：活性炭因具有较大的比表面积和孔容，较强的吸附能力，原料成本低，制备方式简单及可重复使用等优点成为目前常用的脱硫脱硝方式之一，在烟气净化领域得到广泛的应用。活性炭的比表面积、表面的孔结构和表面官能团及活性组分对活性炭脱硫脱硝性能有较大影响，适当增加活性炭含氧、氮官能团或表面活性组分有利于活性炭物理吸附和化学吸附能力协同增长。介绍了活性炭脱硫脱硝的原理，综述了脱硫脱硝活性炭的制备和表面改性的研究进展，分析了活性炭原料配比、活性剂种类、改性方式对活性炭脱硫脱硝的影响。明确了优化制备原料及改性方式与活性炭脱硫脱硝反应之间的机制和规律性研究将会成为未来的研究重点。
冶炼与加工
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  铁酸锌中锌的绿色浸出同步除铁实验研究

  冯好1，李杨1,2,3，张爽1，苏轶1，张华1,2,3，倪红卫1,2,3

  钢铁研究学报. 2023, 35(3): 247-254. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20220092

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  摘要：以七水合硫酸亚铁（FeSO4·7H2O）为浸出剂，通过无酸氧压浸出工艺，实现铁酸锌（ZnFe2O4）中的锌的高效浸出和铁的同步分离。研究分析了FeSO4·7H2O与ZnFe2O4的质量比、反应温度、反应时间、氧分压对锌浸出和铁沉淀的影响。结果表明，在FeSO4·7H2O与ZnFe2O4质量比为10∶5，反应温度为180℃，氧分压为2MPa，反应时间为3h条件下，锌的浸出率可达87.65%，而铁以Fe2O3的形式存在浸出渣中，浸出液中铁的残留率仅为0.56%，实现了锌铁高效分离。该实验验证了FeSO4·7H2O浸出含锌粉尘中锌同步除铁的可行性，为利用FeSO4·7H2O对含锌电炉粉尘中锌的绿色提取提供理论基础和实验依据。
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  0.1%C低碳钢连铸坯表层微观组织演变过程热模拟

  肖炯1，项君良1，徐国栋2，王迎春2，仲红刚1，翟启杰1

  钢铁研究学报. 2023, 35(3): 255-263. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20220100

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  摘要：连铸坯表层微观组织直接影响其表面质量，研究微观组织演变过程与工艺条件的关系对认识机制并优化连铸工艺具有重要意义。根据连铸坯传热特点，利用凝固过程热模拟方法再现铸坯表层传热过程，通过液淬实验观察了连铸坯表层微观组织的演变过程，并比较了热模拟铸坯和实际铸坯在传热、枝晶生长速度和微观组织方面的相似性。结果表明，热模拟实验可以很好地反映连铸条件下的传热及微观组织演变过程，为研究工艺条件对铸坯表层微观组织的影响提供了可行的途径。在所选模拟连铸条件下，0.1%C低碳钢的连铸坯表层奥氏体晶粒尺寸（D）与凝固时间（t）符合关系式：D=80.74×ln(t+2.95)-90.49。
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  高炉喷吹固体燃料燃烧特性及动力学研究

  张海滨1，2，吴胜利1，王广伟1

  钢铁研究学报. 2023, 35(3): 264-276. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20220013

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  摘要：高炉喷吹煤粉技术是降低炼铁能耗，减少污染物和CO2排放量的主要技术措施，目前国内高炉喷吹煤粉的种类以烟煤（YM）和无烟煤（WYM）为主，随着钢铁企业降本增效工作的持续开展，兰炭（LT）和焦化除尘灰（CDQ）也开始应用于高炉喷吹生产。利用程序升温热重法研究了YM、LT、WYM和CDQ四种样品的燃烧特性，系统分析了影响燃烧性能的关键物化特征参数，并利用收缩未反应核模型（GM）、体积模型（VM）和随机孔模型（RPM）分析了不同样品的燃烧动力学行为。结果表明，YM的燃烧性能最好，LT的燃烧性能次之，CDQ的燃烧性能最差，影响燃烧性能的关键因素为固体燃料的碳微晶结构。动力学分析表明，GM、VM和RPM三种模型在描述不同样品燃烧动力学时都具有较好的效果，其中RPM模型在表征LT、WYM和CDQ三个样品的燃烧动力学行为时效果最佳，利用RPM模型计算LT、WYM和CDQ的活化能分别为105.7、115.8和145.5kJ/mol；YM燃烧过程使用GM模型表征的效果最优，利用GM模型计算YM燃烧活化能为134.9kJ/mol。
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  碱性球团矿抗压强度及粒度对其还原膨胀率的影响

  范建军1，郭宇峰2，李昊堃1，陈凤2，王磊3，王帅2

  钢铁研究学报. 2023, 35(3): 277-284. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20220047

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  摘要：链箅机回转窑工艺生产的不同粒度碱性球团矿性能研究表明，14~16mm的大粒度球团矿的还原膨胀率明显低于8~12mm的小粒度球团矿，且大粒度14~16mm球团矿的抗压强度远高于小粒度球团矿。为研究球团矿粒度及抗压强度对球团矿还原膨胀率的影响，在实验室条件下，通过调整焙烧工艺参数，制备不同粒度、不同抗压强度的碱性球团矿，对其还原膨胀率进行测定。研究结果表明，碱性球团还原膨胀与抗压强度相关性较大，受球团粒度影响较小。
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  利用除尘灰降低铁水碳析出的实验研究

  曲迎霞1,2，高叶1，国爱1，邹宗树1,2

  钢铁研究学报. 2023, 35(3): 285-292. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20220101

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  摘要：为解决高炉到转炉转运过程中铁水的碳析出问题，采用钢铁厂含铁氧化物除尘灰作为氧化剂，并通过高温实验研究了除尘灰在降低铁水碳含量中的应用效果。考察的除尘灰有：转炉LT（Lurgi and Thyssen）除尘灰、转炉二次灰、电炉灰和高炉灰。分析了除尘灰种类、加入量、反应温度以及加料顺序对降碳效果的影响。实验研究结果表明，直接加入粉状除尘灰，氧化反应十分剧烈，并且会发生喷溅。压块后，能使除尘灰100%被利用。高炉灰碳含量过高，不能直接作为铁水降碳的氧化剂使用，其余3种灰的降碳效果依次为：转炉LT除尘灰>电炉灰>转炉二次灰。3种除尘灰加入量均为铁水质量的2%~5%时，LT除尘灰能使铁水中碳降低0.19%~0.59%，电炉灰和转炉二次灰分别为0.12%~0.47%和0.05%~0.12%。
材料研究
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  碳钢/不锈钢液固浇铸复合界面特性研究

  张开斌1，李根1，董延楠1，郑震2，杨岩2，张家泉1

  钢铁研究学报. 2023, 35(3): 293-302. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20220069

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  摘要：界面特性对于碳钢/不锈钢双金属复合材料的质量控制至关重要。基于碳钢/不锈钢液固复合新材料与工艺开发需要，对Q235/304液固浇铸复合工艺进行了凝固模拟分析，并利用浇铸实验与剪切实验研究了液固复合界面的组织与成分变化行为及其对后续轧材力学性能的影响。研究表明，不锈钢基板结合面凹槽化预处理有助于提高整体浇铸复合效果；实现有效冶金复合的温度与界面重要条件则为较高的碳钢过热钢液与不锈钢基板预热温度。其中，液固复合工艺实现2钢种界面冶金复合的主要特征是：基板界面侧产生有一定厚度的重熔层；复合界面具有一定厚度的合金元素扩散层。据此，获得的液固复合界面热轧态剪切强度达400MPa以上，远高于国标210MPa的门槛值,有望更好地提高这类双金属复合材料的服役性能。
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  基于EMD-RF的冷轧机振动信号时频分析及识别

  宋寅虎，郜志英，周晓敏，赵潇雅

  钢铁研究学报. 2023, 35(3): 303-312. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20220060

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  摘要：冷轧板带生产中的振动机制复杂多变，工业生产过程采集到的历史数据中蕴含着设备运行状态与产品质量等关联信息，数据驱动的信息挖掘对实现振动状态监控与智能预测具有重要价值。首先针对实际工业生产中采集的历史振动信号进行数据预处理；然后对典型振动钢卷的信号进行经验模态分解，选取相关度较高的主要本征模态分量进行时频分析；随后，基于相关度最高的本征模态分量提取10个时频特征指标作为输入，以振动有效值作为输出标记，构建样本空间；最后，运用随机森林回归算法对多个材质和规格下的钢种振动信号进行识别。结果表明，所提出的经验模态分解与随机森林相结合的方法可以适应样本数量不平衡情况下的振动信号识别问题，能够为冷轧机振动的状态监控与智能预报提供依据。
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  基于自适应稀疏表示的冷轧轧辊偏心诊断

  周军，杨荃，王晓晨

  钢铁研究学报. 2023, 35(3): 313-322. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20220294

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  摘要：轧辊偏心是冷连轧过程中导致带钢厚度偏差和质量缺陷的重要因素之一，针对轧辊偏心特征由于机架间的耦合作用和累计效应难以提取的问题，提出基于稀疏自适应匹配追踪(sparsity adaptive matching pursuit, SAMP)的偏心诊断方法。首先根据轧辊偏心模型构建偏心特征冗余字典，采用正交匹配追踪(orthogonal matching pursuit, OMP)算法将厚度数据进行稀疏分解，提取轧辊偏心特征。其次，采用匹配测试方法预测初始稀疏度，并通过迭代估计偏心和噪声的能量自适应地确定最优稀疏度，对偏心信号进行去噪。最后重构偏心信号并进行频谱分析，辨识各机架的轧辊偏心状态。经过仿真和实验验证,本方法比小波分析方法对早期偏心故障有更好的诊断效果,诊断结果为监控轧辊工作状态、优化换辊周期提供了可靠的依据。
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  Ti含量对耐磨钢相变行为及强韧性的影响

  邓玉荣，邓想涛，吴昊，贾晔，王昭东

  钢铁研究学报. 2023, 35(3): 323-331. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20220064

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  摘要：采用全自动相变仪、扫描电子显微镜、电子万能试验机、宏观硬度计等设备和Thermo-Calc热力学计算软件对比研究了Ti质量分数分别为0.018%和0.55%的2种耐磨钢的相变行为和强韧性，分析了相同轧制工艺、回火工艺下实验钢的显微组织和力学性能的差异。结果表明，0.55Ti钢中由于生成了大量微米级的TiC和少量Ti(C,N)粒子，降低了基体中的固溶C含量，提高了奥氏体化温度，同时致使其淬透性相对于0.018Ti钢有所降低；在930℃温度下淬火时，由于淬透性的下降，组织中出现了部分贝氏体组织。在0.55Ti钢中，由于微米级的TiC和少量Ti(C,N)粒子的存在，降低了实验钢的强度。此外，微米级的粒子作为冲击断裂时微裂纹形核点，促进了微裂纹的形核，降低了钢的韧性。
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  M50钢高应力高温摩擦磨损行为与微观机制

  林犀灵1,2，杨卯生1,2，周晓龙1

  钢铁研究学报. 2023, 35(3): 332-346. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20220067

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  摘要：利用SRV-4摩擦磨损试验机对M50轴承钢进行了滑动摩擦试验，通过改变试验环境温度与加载应力探究了M50钢的高温摩擦磨损性能。采用激光共聚焦显微镜（LSCM）、扫描电子显微镜（SEM）和能谱仪（EDS）观察高温高应力下磨损对钢的影响。研究发现，试验环境温度200℃与210MPa以上摩擦剪力的共同作用下，大尺寸MC型碳化物表层基体粘着剥落，MC型碳化物破碎、迁移，加剧磨损。试验环境温度200℃粘着磨损加剧且磨损面形成的(Cr,Fe)2O3氧化膜厚度不足导致粘着磨损量达到最大值。试验环境温度升高至315℃，氧化膜趋于连续且膜厚增加，粘着磨损减弱，接触应力2.05GPa时摩擦因数相较于室温下降27%。
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  第一性原理计算Si和Ga掺杂对BCC-Fe广义层错能的影响

  陈溥芃，王洋，张元祥，方烽，张晓明

  钢铁研究学报. 2023, 35(3): 347-354. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20220089

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  摘要：采用第一性原理计算了BCC-Fe以及BCC-Fe分别掺杂硅(Si)、镓(Ga)后{112}<111>滑移系的广义层错能。结果表明：Si和Ga均会降低BCC-Fe的广义层错能，对广义层错能曲线峰值的降低幅度分别为8.48%和10.27%；不同元素掺杂也会影响层错发生的位置，Si掺杂的BCC-Fe趋向于在Si原子所在的{112}面发生<111>方向的层错，而Ga掺杂的BCC-Fe更趋向于在与Ga原子近邻的{112}面发生<111>方向的层错。此外，BCC-Fe上下层沿着{112}<111>滑移系错动2/3bp（bp=1/2<111>）时，会形成薄层孪晶结构，使2/3bp处的广义层错能显著降低。与错动1bp后形成的完美晶体相比，薄层孪晶为亚稳定状态，可通过相邻的{112}平行晶面逐层错动2/3bp，从而生成多层孪晶来进一步降低层错能，一定程度上解释了Fe-Si、Fe-Ga合金中发现大量∑3孪晶界的现象。
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  快速热处理超细贝氏体钢构筑梯度结构研究

  刘长波1，孙东云1，李艳国1，龙晓燕1,2，杨志南3，张福成1,3

  钢铁研究学报. 2023, 35(3): 355-363. https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20220095

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  摘要：心部高韧性、表面高硬度的材料是抗冲击载荷轴承、齿轮等关键零部件的重要要求。以超细贝氏体为对象，进行局部快速热处理，得到局部高硬度、心部高韧性的梯度结构，研究快速热处理过程中超细贝氏体组织的相变行为，以及梯度组织和性能变化规律。结果表明，超细贝氏体钢在加热时，残余奥氏体分解为铁素体和碳化物，贝氏体铁素体粗化，在快速热处理中存在相变滞后。超细贝氏体钢经过局部快速热处理后形成一个组织和性能梯度过渡的结构。硬化区组织由淬火得到的马氏体和残余奥氏体组成，随着深度增加，组织中的马氏体含量减少，初始超细贝氏体的回火产物逐渐增加。硬化区的硬度高达63HRC，随着深度增加逐渐降低至38HRC，硬度相对基体下降约6HRC。