2014年, 第49卷, 第5期　刊出日期：2014-05-15

  

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综合论述
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  盾构机轴承用钢的开发与质量控制

  刘雅政，黄斌，蒋波，文新理，张丹，张朝磊

  钢铁. 2014, 49(5): 1-6.

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  随着中国工业化进程及基础设施建设的需要，大量的交通隧洞、城市地下铁道、供排水隧道和电缆隧道等工程建设需要使用大型掘进设备盾构机。由于盾构机的特殊使用环境，对盾构机轴承的使用寿命和可靠性要求非常高。大型盾构机轴承用钢的开发和质量控制是影响盾构机寿命以及整个施工安全的重要因素。通过对盾构机轴承的使用环境以及性能要求进行分析，分别研究了大型盾构机轴承滚动体以及套圈用钢的钢种选择问题，并提出了在盾构机轴承质量控制过程中的关键措施。对轧材或锻材的质量来说，钢质纯净化是基础，铸态组织的均匀化和形变组织的精细化是关键。后续热处理的综合组织性能控制，包括淬硬层控制、马氏体组织控制、残余碳化物控制以及残余奥氏体控制是保证满足盾构机轴承强韧化的重要措施。
冶金工艺技术
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  铁矿粉配比对铁焦性能影响的试验研究

  史世庄，孙超祺 毕学工，张慧轩，董晴雯，林志龙

  钢铁. 2014, 49(5): 7-12.

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  高反应性铁焦是一种能够改善高炉内铁矿石还原反应效率，大幅削减CO2发生量，提高弱黏结煤和低品位矿石使用率的新型高炉原料。系统地研究了铁矿粉种类及配比对铁焦灰分、硫分、相对密度、气孔率、机械强度、热性质、铁矿粉的还原程度等性能的影响。试验结果表明，随着铁矿粉配比的增加，铁焦的硫分有所增加，灰分线性增加，真、假相对密度均提高，总、显气孔率均降低，抗碎强度和耐磨强度均降低，反应性提高、反应后强度降低，金属铁含量增加，加矿和鄂矿的还原程度提高、澳矿有所降低。当铁矿粉配比为15%时，加矿或鄂矿铁焦中金属铁（MFe）的质量分数为6%~9%，铁矿粉中的氧化铁有55%~70%还原成铁。
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  高炉炉缸炭砖砌筑结构的传热学

  李洋龙，， 程树森，

  钢铁. 2014, 49(5): 13-18.

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  从传热学角度通过建立炉缸传热数学模型，分别对大块炭砖的炉缸结构和小块炭砖的炉缸结构进行了讨论。计算了它们在烘炉阶段和高炉开炉后炉缸砖衬的温度，发现了按照目前的烘炉规范进行烘炉，难以将炭砖与冷却壁间的填料烘干，填料的导热系数达不到设计值。填料的存在导致砖衬热面温度升高，致使砖衬侵蚀加剧。因此，在冷却壁与炭砖之间取消填料，让炭砖直接顶砌冷却壁具有明显的传热优势。对于使用小块炭砖的炉缸，可以直接将炭砖顶砌冷却壁，消灭填料对炉缸传热的限制影响；对于大块炭砖结构的炉缸，先采用部分小块炭砖顶砌冷却壁，在小块与大块炭砖间使用填料，将填料向高炉内部推移约200mm以上，烘炉阶段为了将填料烘干，冷却壁断水烘炉是必需的，为了保证冷却壁的安全，同时讨论了冷却壁断水烘炉应注意的问题。
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  AOD炉中氧化钼直接合金化冶炼不锈钢的热力学分析

  马登，郭培民， 庞建明， 赵沛

  钢铁. 2014, 49(5): 19-23.

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  研究了钼元素的氧化反应以及三氧化钼的还原反应，并分析了氧化钼的加入对AOD冶炼不锈钢过程以及不锈钢液成分的影响；在此基础之上，研究了严重影响钼收得率的氧化钼挥发问题，最后分别探讨了去碳保钼以及去碳保铬的热力学条件。通过上述的计算和分析，认为氧化钼接入AOD炉中直接还原冶炼不锈钢是可行的，但在加入时，需配入一定量的还原剂和固定剂，这样才能降低氧化钼的加入对钢液质量以及钢液温度的影响，同时提高钼元素的利用率并冶炼出优质不锈钢种。
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  白云石替代蛇纹石的烧结配矿结构

  陈绍国，吴胜利，张国良，朱娟，樊佳欣，苏博

  钢铁. 2014, 49(5): 24-29.

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  在铁矿粉SiO2含量不断升高的背景下，针对烧结面临高硅蛇纹石停配而产生的烧结矿产质量下降的技术问题，采用微型烧结装置和烧结杯对白云石替代蛇纹石后的适宜配矿结构进行了研究。微型烧结试验研究结果表明，在化学成分一定的条件下，白云石替代蛇纹石后，因烧结液相流动性的降低而黏结效果变差，致使烧结体固结强度明显下降。烧结杯试验研究结果表明，用高液相流动性铁矿粉替代低液相流动性铁矿粉后，烧结成品率和转鼓强度分别升高0.98%和2.26%，烧结利用系数提高9.71%，而采用大粒级铁矿粉以提高烧结混合料黏附粉偏析碱度的优化配矿措施，使烧结成品率和转鼓强度分别升高2.10%和3.37%，烧结利用系数提高8.25%。
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  太钢3号铜冷却壁高炉定检快速恢复实践

  徐纪山

  钢铁. 2014, 49(5): 30-35.

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  太钢3号高炉在炉腰至炉身下部安装了4层铜冷却壁，由于铜冷却壁的高导热性，使3号高炉在定检恢复时，多次出现渣皮脱落，热负荷波动频繁，严重时出现炉凉、崩料和煤气流失常等事故。针对定检后炉况难恢复的特点，3号高炉通过制订详细的定检休、送风计划，在送风后按目标节点恢复风、氧量，并对喷煤、风温、燃料比、渣铁热量和渣铁排放等进行量化控制，实现了定检35 h以上，20～24 h的成功快速恢复。
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  脱磷专用转炉的氧枪设计及研究

  路文刚，吕明 ，潘宏涛，朱荣，王慧知，刘煜

  钢铁. 2014, 49(5): 36-41.

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  脱磷专用转炉通常采用脱磷氧枪促进化渣，提高脱磷率，实现铁水预脱磷。设计了马赫数为1.9、氧枪流量为14500m3/h的4孔脱磷氧枪，利用Fluent软件模拟了脱磷氧枪的速度场、温度场和密度场等分布。模拟发现：4孔脱磷氧枪在枪位为1.5m时，射流速度约为115m/s，当射流速度为100m/s时，最大射流半径为0.28m。在此基础上，将脱磷氧枪用于120t脱磷专用转炉的生产过程，取得了良好的冶炼效果：可控制脱磷终点温度为1370℃左右；转炉终点碳的质量分数大于2.8%时能满足脱碳炉热量要求；半钢磷的质量分数平均可达到0.018%，平均脱磷率可达到79.2%。与传统单渣工艺相比，采用此工艺不仅能降低炼钢终点磷含量，也能保证脱磷的稳定性。
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  特厚板坯连铸机二冷区喷嘴选型与布置

  占贤辉，毛敬华，阎建武，刘芳

  钢铁. 2014, 49(5): 42-46.

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  连铸的二次冷却是影响铸坯质量的重要因素之一，而喷嘴选型和布置对二次冷却均匀性尤为重要。针对厚度大于400mm的特厚板坯生产所具有浇铸速度低、角部温度低、横向温度不均匀、液芯长度偏长等特点，拟定了特厚板坯喷嘴选型及布置的设计要求准则，再基于喷嘴厂提供的喷嘴试验参数和设备设计特点，从喷嘴喷射角度、安装高度、喷嘴间距、布置方式等方面对特厚板坯喷嘴选型与布置进行了分析，并就弱化特厚板坯边部冷却、均匀化水流密度提出了策略。生产实践表明，特厚板坯外形尺寸良好，表面质量无缺陷、内部质量良好。
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  整辊内嵌式板形检测辊瞬态温度场与应力场分析

  吴海淼 ，刘宏民，于丙强，杨利坡

  钢铁. 2014, 49(5): 47-51.

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  在冷轧可逆轧制的不同道次，与板形检测辊接触的带钢温度差异显著，使得检测辊的温度场和应力场不稳定。运用有限元软件ANSYS建立了板形检测辊的热力耦合模型，分析了轧制过程中板形检测辊的瞬态温度场和应力场。结果表明，轧制开始后接触带钢的热量由辊体外表面向内表面逐渐传递，传感器正上方的辊体外表面温度上升最快，并在1940s达到温度最大值135℃；骨架顶部与辊体内孔面的接触热阻使传感器的温度上升较慢，骨架顶部在 2280s达到温度最大值134℃；板形检测辊的最大应力发生在与骨架顶部接触的辊体内孔面上，其在940s达到最大值301MPa，满足材料强度的许用应力要求。通过模拟分析结果与现场实测数据对比，证明了有限元分析模型的正确性。
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  317L-Cu奥氏体抗菌不锈钢的热变形方程及其热加工图

  卢志江 杨春光 王帅 樊新民 杨柯

  钢铁. 2014, 49(5): 52-57.

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  采用Gleeble 3800热模拟试验机研究了317L-Cu奥氏体抗菌不锈钢在950~1150℃，0.01~10s-1条件下的热变形行为，确定了在该区域的热变形方程。依据动态材料模型建立了317L-Cu奥氏体抗菌不锈钢在不同应变量下的热加工图。结果表明，317L-Cu奥氏体抗菌不锈钢的热变形激活能为483kJ/mol，不同真应变下热加工图的差异主要体现在失稳区的位置变化，失稳主要以局部流变形式存在。真应变为0.4时，在960~1030℃范围内，应变速率为0.01~0.045s-1的较低温低应变区域，能量耗散效率η值最大为0.46，容易发生动态再结晶，是较优的热加工工艺窗口。
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  U3-500H型轧钢机轧制力计算与仿真研究

  郭年琴，文铁琦，陈鹏，郭晟

  钢铁. 2014, 49(5): 58-62.

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  通过对U3-500H型轧钢机轧制过程进行分析，根据H型钢生产工艺参数，采用西姆斯公式和多元回归的方法，建立了其H型钢轧钢机轧制力数学模型，并编写matlab程序计算数学模型的回归系数，通过求解实例分别计算了3种规格的H型钢立辊和水平辊回归模型的系数。针对水平辊轧制力模型在实际应用中的局限性，采用ADAMS对水平辊轧制力进行虚拟仿真计算分析。结果表明：H型轧钢机不仅在竖直方向受到巨大的峰值载荷作用，同时在水平方向也受到极大的载荷作用，在重载条件下轧辊微小的裂纹极易迅速扩展，这点应特别注意；虚拟仿真的轧制力与实测值误差为3%~6%。
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  神经网络在冷轧301S不锈钢极薄带材表面硬度预测中的应用

  李志峰，麻永林，冯岩 ，宫美娜，邢淑清

  钢铁. 2014, 49(5): 63-67.

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  基于现场生产冷轧极薄不锈钢带材表面硬度极难控制的问题，针对301S不锈钢的冷轧生产工艺进行了研究，分析了不锈钢冷轧生产过程中影响表面硬度的相关工艺参数，得出材料的抗拉强度、轧制速度、轧制油温度和压下率是影响轧后材料表面硬度的关键因素。利用BP神经网络建立了预测表面硬度的非线性映射模型，并根据此模型得出了预测数据的趋势图谱。研究结果表明，压下率的变化对冷轧不锈钢表面硬度的调节能力最强，而其他参数对硬度的影响为10HV左右。经检验，模型的预测值和实测值的相对误差为-2.63%~2.76%，预测结果准确率高，可以用于产品质量的现场在线控制。
钢铁材料
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  电渣重熔H13钢中一次碳化物形成机制

  孙晓林 郭汉杰 陈希春 宁安刚 杜广巍 史成斌

  钢铁. 2014, 49(5): 68-73.

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  H13热作模具钢在电渣重熔过程中会在凝固末端形成粗大的碳化物及氮化物，由于生成温度高，热稳定性好，会保留到最终热处理状态，对钢材的性能产生严重影响。应用偏析模型计算并说明了凝固过程生成粗大的共晶碳化物和氮化物的可能，当固相率达到0.82时由残余液相生成TiN，随着温度进一步下降在接近凝固终点时生成VC0.88，由于碳化物中固溶了其他合金元素，认为生成的VC0.88的活度不为1，试验检测的碳化物合金元素含量与理论假设基本吻合。对粗大的碳氮化物的特点及细化减少碳化物进行简单讨论。
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  铌对60Si2Mn弹簧钢表面脱碳敏感性的影响

  赵东宇 ，雍岐龙，杨庚蔚 ，孙新军，李昭东，张正延

  钢铁. 2014, 49(5): 74-80.

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  采用金相法测量了不同铌含量的弹簧钢60Si2Mn的脱碳层深度，系统研究了铌及其含量对60Si2Mn弹簧钢表面脱碳敏感性的影响。研究结果表明：添加铌元素可以有效降低60Si2Mn的脱碳敏感性，但脱碳层深度并未随铌含量的微量增加而降低。利用Thermo-Calc DICTRA软件对不同温度下碳在奥氏体中的扩散系数进行了计算，考虑了铌及其他合金元素对碳的扩散影响。通过菲克第二定律获得了试验钢中脱碳层深度随温度的变化规律，并与实测值相吻合。为研究其他微合金元素对脱碳层的影响提供了一种更为有效的手段。
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  含磷高强IF钢拉矫断带的原因及机制

  王畅，于洋，王林，陈瑾，徐海卫

  钢铁. 2014, 49(5): 81-87.

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  采用场发射SEM及TEM研究了含磷高强IF钢拉矫断带的断口形貌及析出物的分布状态，结果表明导致断带的主要原因是晶界处大尺寸、树枝状Fe(Nb,Ti)P相的偏聚析出。通过对断带样品的热处理回溶试验及不同层冷冷速的热模拟试验，分析了造成Fe(Nb,Ti)P相晶界富集析出的温度范围及工艺要素。在机制研究的基础上，制定了热轧生产的控制要点，主要包括轧制温度、层冷冷速、成分设计、卷取温度等多个方面，成功抑制了高P类高强IF钢的拉矫断带事故发生率。
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  2209双相不锈钢焊缝的析出及对冲击性能的影响

  赵晓丽，李玲霞，王春芳，王昌

  钢铁. 2014, 49(5): 88-92.

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  对2209双相不锈钢焊缝在690℃进行不同时间时效处理，采用了透射(TEM)、相分析、冲击测试等手段，研究了析出相的形貌、分布及其类型和含量以及析出相对冲击功的影响。结果表明，析出相为M23C6和σ相，主要在铁素体和奥氏体晶界和铁素体内析出。随着时效时间的延长，析出相逐渐长大并增多，冲击功逐渐降低。在扫描电镜下观察冲击断口形貌为韧窝和准解理，断裂类型由韧性到脆性断裂。
环保与能源
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  钢铁行业板带加热炉节能量测量及计算方法

  冯俊小，张鑫

  钢铁. 2014, 49(5): 93-98.

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  针对中国钢铁企业在广泛开展合同能源管理过程中节能量计算问题，对钢铁行业板带加热炉合同能源管理节能改造项目的项目边界进行划分，通过对板带加热炉项目边界内燃耗主要影响因素进行分析，并结合板带加热炉燃耗计算模型研究，形成了板带加热炉节能量测量和计算方法，并对节能量不确定度进行分析。最后以某钢铁企业烟气余热回收项目作为实例，计算节能改造项目节能量，对合同能源管理节能改造项目的节能效果评价提供参考依据。
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  含铌Q345连铸坯堆冷与热装节能分析

  熊亚超，侯泽旺，徐李军，李京社，仇圣桃

  钢铁. 2014, 49(5): 99-105.

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  结合新钢生产含铌Q345钢的连铸坯生产流程，借助数值模拟，分析了连铸坯堆冷的形式对热装的节能效果和生产节奏的影响。结果表明：在新钢现行工艺下，含铌Q345连铸坯需下线堆冷，至堆垛中所有连铸坯表面最高温度低于650℃后再组织热装；相对于冷装，热装可节能197.5～285.5kJ/kg，效果显著；由于堆垛的形式和初始温度决定了实施热装所允许的堆冷时间，可根据该时间与加热计划合理组织堆垛方式。