2015年, 第50卷, 第11期　刊出日期：2015-11-15

  

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综合论述
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  “工业4.0”与中国钢铁工业

  李新创，施灿涛，赵 峰

  钢铁. 2015, 50(11): 1-7.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20150297

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  介绍了“工业4.0”的产生背景，并对其内涵、作用和影响进行剖析，总结了“工业4.0”在全球各国的发展状况。对中国钢铁工业两化融合现状进行了总结，并剖析了存在的问题。从个性化服务、智能化制造、大数据管理、供应链集成等方面讨论了“工业4.0”对中国钢铁工业转型升级带来的积极作用。阐述了“钢铁4.0”的层次化战略实施要点，并提出了系统化的实施建议。
冶金工艺技术
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  碳溶反应过程焦炭气孔结构变化规律

  王杰平，谢全安，孙 章，季 斌，梁英华

  钢铁. 2015, 50(11): 8-13.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20150068

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  利用焦炭反应性装置测定不同温度下焦炭的碳溶反应，采用比表面积及孔径分析仪、SEM表征焦炭的气孔结构参数，分别利用BET方程和BJH法计算焦炭的比表面积、孔体积和平均孔径，由吸附等温线计算焦炭表面分形特征变化，考察焦炭碳溶反应过程中孔结构的变化规律。研究表明，随着温度的升高，焦炭吸附曲线类型由I类向II类吸附等温线转变，比表面积以及孔容均先增加后减小，2～10 nm的孔径变化明显。1 000 ℃之前焦炭的溶损反应过程主要受化学反应速率影响，1 000 ℃之后受扩散控制的主导性提高，不同焦炭的气孔结构变化影响了溶损反应行为。分形维数与孔结构有一定的相关性，可以反映焦炭溶损过程气孔的变化。
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  高铝高硫低品位铁矿粉还原熔分制备珠铁

  王 广，薛庆国，王静松

  钢铁. 2015, 50(11): 14-20.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20150004

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  基于转底炉珠铁工艺，以一种高铝高硫低品位铁矿粉和无烟煤为原料，在实验室条件下进行了还原熔分试验研究，考察了温度、配碳量、碱度和添加剂对高铝铁矿含碳球团还原熔分行为的影响，并分析了碱度和添加剂对珠铁中硫质量分数的影响。试验结果表明，温度为1 350～1 450 ℃时，空白球团熔分效果较差，金属铁渗碳量较低；提高配碳量，金属铁渗碳量略有增加，但熔分效果仍较差；碱度增加会促进球团还原，1 450 ℃时，碱度为0.6、0.8、1.0、1.2的球团可以实现渣铁良好分离，珠铁中硫质量分数逐渐降低，碱度为1.2时降低较明显；Na2CO3配比增加，球团熔分也会逐渐变差，1 450 ℃时球团基本均可以熔分，珠铁中的硫质量分数逐渐降低，但脱硫效果不明显；当碱度为1.2、Na2CO3配加为8%、CaF2配加为4%时，球团可以在1 450 ℃下良好熔分，脱硫效果显著，珠铁中硫质量分数为0.085%，脱硫率达到96.5%，所得珠铁基本满足炼钢要求。
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  基于减法聚类ANFIS的链-回-环球团热状态控制模型

  范晓慧，李 曦，陈许玲，杨桂明

  钢铁. 2015, 50(11): 21-26.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20150070

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  链箅机-回转窑氧化球团热工制度是影响球团矿产质量指标及生产能耗的关键因素，但由于其工艺特点，热工过程状态参数和操作参数多、设备的耦合性强、操作变量与被控变量关系复杂，难以采用精确的机理模型进行控制。在分析链箅机-回转窑氧化球团热工过程物料流及热风流特点的基础上，建立了基于自适应神经模糊推理系统（ANFIS）的热状态控制模型。采用减法聚类划分模型输入空间，采用最小二乘法及梯度下降法对T-S模型进行辨识。结合VC++和MATLAB混合编程的方法，开发了链箅机-回转窑氧化球团热状态控制指导系统，实现了模型的在线计算，以及操作变量的实时控制指导。采用国内某球团厂的生产数据对模型进行了仿真，模型的平均相对误差均小于5%。
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  高炉炉缸耐火材料抗渣侵蚀性及挂渣性

  张建良，王志宇，焦克新，王 聪，赵永安

  钢铁. 2015, 50(11): 27-31.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20150006

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  对高炉炉缸用炭砖及刚玉砖的抗渣侵蚀性及挂渣性进行了研究。在1 500 ℃高温条件下进行试验，探究现场高炉渣对炭砖及刚玉砖的侵蚀机理，通过SEM-EDS及XRD等手段分析侵蚀界面的微观组织结构和物相组成，并提出炭砖及刚玉砖挂渣理论。试验结果表明，高炉渣与刚玉砖在侵蚀界面发生反应，反应生成的镁铝尖晶石及刚玉砖中的Al2O3、SiC等高熔点物质阻碍高炉渣对刚玉砖的进一步侵蚀；高炉渣在炭砖表面未生成高熔点物质，炭砖因与高炉渣黏结点少而导致高炉渣对炭砖黏结强度差，从而形成炭砖表面渣皮周期性脱落。
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  90 t钢包底吹氩水模型与数值模拟

  肖 波，雷玉成，王忠英

  钢铁. 2015, 50(11): 32-36.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20150092

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  为了获得90 t钢包最佳底吹氩位置，采用1[∶]4水模型试验和数值模拟对透气砖位于钢包底部不同位置时的均混时间进行了研究。结果表明，在单吹情况下，透气砖位于[1/2R]圆周上的[P5]点时，钢包内钢液具有较快的流动速度，均混时间最短；在双吹情况下，夹角为180°的组合式底吹搅拌效果较好，均混时间较低。通过对比分析得出，在相同气体流量条件下，单吹与双吹最优方案下的均混时间相差不大。
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  加压技术在高品质特殊钢冶炼和凝固中的作用

  朱红春，姜周华，李花兵，张树才，冯 浩，刘福斌

  钢铁. 2015, 50(11): 37-44.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20150109

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  加压技术在高品质特殊钢冶炼和凝固方面的研究主要集中在含氮不锈钢，尤其是高氮钢的冶炼制备技术；综述了加压技术在高品质特殊钢制备过程中的作用，如增大易挥发元素（氮、钙、镁等）溶解度及改善凝固组织等作用，并以高氮钢（22Cr-21Ni-7.5Mo-0.6N）为试验钢种，结合Thermo-Calc热力学计算软件探讨了压力对凝固相变过程的影响规律，计算结果表明，当加压至100 MPa后，固液相线温度分别提高了6.60和5.98 K，且改变了奥氏体形成区域大小，增加了固液相变驱动力，减小了临界形核半径，增大了形核速率。随着对易挥发元素作用认识的不断深入，加压技术将在高品质特殊钢的研发和制备过程中发挥至关重要的作用。
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  不锈钢软接触电磁连铸的工业试验

  侯晓光 ，王恩刚，张永杰，许秀杰，邓安元

  钢铁. 2015, 50(11): 45-52.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20150280

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  通过分析碳钢和不锈钢材质的电阻率差异性，以及304不锈钢软接触电磁连铸的中试试验结果，证实了不锈钢软接触电磁连铸的可行性。进而，在商业级规模铸机上分别开发了不锈钢圆坯和方坯软接触电磁连铸系统，进行了不同钢种、不同保护渣条件下的相关工业生产试验。结果表明，不锈钢圆坯和方坯软接触电磁连铸在不超过150 kW的电源输出功率条件下，均能获得较佳的振痕去除效果，改善铸坯表面质量。对获得的铸坯进行免修磨轧制成[?]8 mm线材，并经过固溶热处理以及酸洗等工序，使线材成品的综合成材率提高3%以上。多次生产试验采用不间断连浇方式，期间，软接触电磁连铸设备系统生产稳定可靠，未发现液面异常波动以及铸坯低倍组织卷渣等缺陷，使软接触电磁连铸技术向商业化生产运营迈出了关键一步。最后，讨论了软接触电磁连铸技术拓展至不锈钢板坯断面的可行性。
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  连铸结晶器插入钢带对连铸坯质量的影响

  于林辉，张振山，Shevchenko Anthony ，沈明钢，王一雍，

  钢铁. 2015, 50(11): 53-56.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20150061

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  中心偏析和等轴晶率是评价连铸坯内部质量的重要参数，而用于改善内部质量的电磁搅拌、微合金化等技术相对复杂，实施成本高。通过对结晶器插入钢带，通过钢带的熔化吸热有效地降低结晶器内钢液过热度，可以提高铸坯内部质量。讨论了在给定工艺条件下钢带插入对连铸坯质量的影响。计算和生产试验结果表明，插入钢带可以明显降低钢水过热度；插入钢带的连铸坯疏松和等轴晶率等指标均比没有插钢带的连铸坯好，且吨钢插入钢带量增加可以增加等轴晶率，有利于改善钢坯内部质量。
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  5 000 mm宽厚板头部厚度超差原因及控制对策

  郭德福，孙 林，沈 益，吕晓东，范振英

  钢铁. 2015, 50(11): 57-62.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20150043

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  某5 000 mm宽厚板生产线轧制厚板时头部0.2～1.0 m范围内厚度超差较严重，极大地影响了产品尺寸精度与成材率。究其原因为轧制力预报偏差较大及头部辊缝补偿过度使得实际辊缝偏小，造成头部厚度偏薄，且随着钢板厚度越厚，该现象越明显。通过对L2轧制力设定模型及L1头部厚度控制系统的相关参数进行优化，经多次工业试验及应用，取得了显著效果，头部厚度合格率由原来的50%提高到90%以上。
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  带钢卷取过程起筋控制的建模与仿真

  管健龙，何安瑞，孙文权，郭 睿

  钢铁. 2015, 50(11): 63-68.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20150037

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  为了研究带钢局部高点卷取过程起筋的控制方法，基于应力函数假设和S Timoshenko最小功原理获得了起筋带钢的应力场分布，并采用伽辽金虚位移原理建立了可用于在线计算的起筋临界卷取张力设定模型和起筋弹性极限模型。并对应力场分布和临界卷取张力各影响因素进行仿真研究，仿真结果表明：局部高点在径向累积叠加所引起的带钢张力不均匀分布和轴向压应力是导致带钢起筋的主要原因；临界卷取张力随带钢厚度、局部高点高度和卷取半径增大而减小，带钢宽度对钢卷的起筋临界卷取张力影响非常小。通过与实际生产控制方法和ANSYS有限元分析结果对比，验证了本模型的计算精度和可行性。
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  四辊轧机辊系弹性变形高效计算方法

  王东城，吴燕林，刘宏民，

  钢铁. 2015, 50(11): 69-74.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20150059

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  为解决普通影响函数法计算速度慢的缺点，在分析普通影响函数法计算精度与计算速度主要影响因素的基础上，提出了一种新型四辊轧机辊系弹性变形高效计算方法。该方法采用高次多项式描述辊间压力与轧制压力的横向分布，减少了轧辊挠度的计算量；与普通影响函数法相比，求解辊间压力的线性方程组阶数显著降低，大大降低了计算时间。采用该方法后，四辊轧机辊系弹性变形的单次计算时间不超过1 ms，计算精度与划分单元数为100的普通影响函数法计算精度相差很小，为板形在线设定提供了理想的必要条件，并可推广应用于其他机型。
钢铁材料
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  氮对含铌20MnSi钢组织演变的影响

  曹 磊，杨忠民，陈 颖，王慧敏，赵晓丽

  钢铁. 2015, 50(11): 75-80.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20150118

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  研究了不同冷速条件下氮对铌微合金化20MnSi钢组织演变的影响。试验钢经1 200 ℃全固溶处理后快冷至[Ac3，]然后分别以200、100 ℃/h速度冷却至室温。对试样进行了OM、SEM和TEM观察。结果表明：钢中细小Nb(C，N)粒子在原奥氏体晶内高密度位错区的密集析出导致贫碳区的形成，进而激发针状铁素体的形核长大。铌微合金钢增氮后能有效抑制钢中针状铁素体的生成，促进等轴铁素体的生成和珠光体球团的细小均匀化，同时珠光体退化倾向减弱或消失。
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  微量稀土铈在超洁净IF钢中的作用

  杨吉春，栗宏伟，周 莉，张 剑，刘 南

  钢铁. 2015, 50(11): 81-87.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20150191

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  采用化学成分分析、热力学计算、显微观察、硬度测定的方法，研究了稀土铈在氧和硫质量分数均小于0.000 6%的超洁净IF钢中的存在状态，以及铈对钢的Al2O3夹杂物、显微组织和硬度的影响机理。结果表明，当铈质量分数为0.006 1%～0.009 3%时，铈的固溶量为0.004 1%～0.006 7%，约70%的铈以固溶形态存在，其余的铈以夹杂物形态存在，钢中不存在铈铁金属间化合物。铈能够将Al2O3夹杂物转化为尺寸较小的球状CeAlO3夹杂物，具有变质夹杂物的作用。铈具有改善IF钢的显微组织的作用，钢中铈的固溶量越大，晶粒越细。与不含铈的IF钢相比，当钢中铈质量分数为0.006 1%和0.009 3%时，钢的洛氏硬度分别提高了7.6%和12.7%。
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  Q345B特厚复合钢板开发

  李文斌，原思宇，李广龙，费 静

  钢铁. 2015, 50(11): 88-92.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20150174

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  为了开发150 mm以上的特厚钢板，采用Q345B连铸板坯，经过表面清理、真空焊接及室式炉加热、宽厚板轧机轧制的工艺生产200 mm特厚复合钢板；用探伤、拉伸、剪切及冷弯等试验检验其结合度和力学性能，利用光学显微镜和扫描电镜等分析特厚钢板的组织及拉伸断口。结果表明，采用该工艺生产的特厚复合钢板结合性良好，能够满足GB/T 7734—2004Ⅰ级探伤要求；结合部位组织和基体组织均为铁素体＋珠光体组织；复合钢板的厚度方向断面收缩率达到35%以上。
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  EH47船板钢热加工图的建立

  孙德顺，陈益华，张 珂，岑 风

  钢铁. 2015, 50(11): 93-98.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20150142

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  在Gleeble-3800热模拟试验机上，利用热压缩变形研究EH47号船板钢的热变形特性。设置最大真应变为0.7，变形温度分别为950、1 000、1 050、1 100、1 150 ℃，变形速率为0.1、0.5、1、5、10 s-1。利用试验所得数据通过一系列公式计算并绘制热加工图，结合不同压缩工艺得到的金相组织对比发现：变形温度为（1 000±10） ℃、应变速率为0.1 s－1区域耗散率因子[η]值达0.62以上，再结晶晶粒细小而均匀，为热加工最佳工艺参数；而变形温度为950～1 050 ℃、应变速率为0.5～2 s－1区域再结晶晶粒较少，晶粒尺寸参差不齐为加工失稳区，热加工时应避免选择该区域。根据热加工图中得出的最佳热加工工艺参数，计算得出现场最佳轧制参数：轧制温度为1 000 ℃，压下量为15～20 mm。