2015年, 第50卷, 第3期　刊出日期：2015-03-15

  

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综合论述
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  中国典型钢铁联合企业的碳足迹分析

  高成康， 陈 杉， 陈 胜， 秦 威

  钢铁. 2015, 50(3): 1-8.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20140123

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  明确了碳足迹概念，综合森林面积对碳排放的缓解作用，并基于物流分析和投入产出的耦合法建立MFA-IO模型分析钢铁企业的碳足迹。以中国5个典型钢铁企业为实例，研究钢铁企业的吨钢产品的碳足迹及其影响因素。结果表明：从钢铁生产工序分析，炼铁工序的碳足迹最大，且消耗的能源中含有大量的焦炭、煤。其次是焦化、烧结工序。从气体种类分析，钢铁生产中碳足迹的主要贡献者是CO2，在5个案例分析中，CO2的贡献值均占到了70%以上。5个典型企业吨钢产品的碳足迹平均为0.325 hm2/t。其中，企业D的吨钢产品碳足迹最高，高达0.353 hm2/t，而企业E的最小，为0.303 hm2/t。这主要是由地域差异、企业周围能源分布差异、生产设备与技术差异等综合因素导致的。总体分析，5个典型企业总碳足迹合计为1 989.58万hm2，超过5省森林面积的总和。表明其总CO2排放量就已超出森林吸收净化的能力，总温室气体排放量更是超出森林净化能力，即碳足迹的承载呈严重赤字。因此，研究如何减少中国钢铁工业吨钢碳足迹是十分必要和紧迫的。
冶金工艺技术
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  高炉使用含碳复合炉料的原理

  储满生， 赵 伟， 柳政根， 王宏涛， 唐 珏

  钢铁. 2015, 50(3): 9-18.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20140240

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  高炉炼铁正朝着高产、低污染、低能耗的方向发展，为了实现这一目标，包括高炉使用含碳复合炉料等一些革新的炼铁技术已经被提出或实际应用。铁焦、热压含碳球团是将铁矿粉和煤粉按一定比例混合后制成的新型含碳复合炉料。研究结果指出，含碳复合炉料相比于传统的高炉炉料（烧结矿和球团矿）具有高温强度高、还原性能好以及原料适应性强等优势。阐明了高炉使用含碳复合炉料的基本原理，介绍了铁焦制备的工艺流程及应用情况，重点进行了热压含碳球团制备工艺流程、冷态冶金性能、高温冶金性能、高炉使用热压含碳球团等试验研究，最后利用多流体高炉数学模型对高炉使用热压含碳球团操作进行了模拟研究。研究表明，高炉使用一定量的含碳复合炉料可以降低热空区温度，增加产量，降低焦比，高炉热利用效率明显提高，操作性能得到有效改善。
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  承德钒钛磁铁矿烧结过程中液相生成能力

  吕 庆， 黄宏虎， 万新宇， 刘小杰 ， 郄亚娜 ， 丁海超

  钢铁. 2015, 50(3): 19-24.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20140267

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  采用TSJ-3型微型烧结机研究了钒钛磁铁矿的液相基础性能，然后运用FactSage6.3软件中Equilib模型研究了温度、碱度和焙烧气氛对钒钛磁铁矿液相量（实际液相生成量与理论液相生成量的比值）和主要固相物质变化的影响。结果表明：烧结温度对液相量的影响非常大，随着烧结温度升高，液相量逐渐加大，但是料层高度不同其液相量也略有不同；碱度与液相量存在单调关系，即随着碱度升高，液相量增大；在氧化气氛逐渐增强的过程中，液相量增加但增速缓慢，过多地通入氧气，液相量不增反降。重点对比了不同碱度条件下软件模拟与实际烧结的结果，烧结试验与理论计算结果基本一致。
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  多点供热对焦化过程影响的数值分析与优化

  林 蔚， 冯妍卉， 金 珂， 张欣欣， 王明登， 杨俊峰

  钢铁. 2015, 50(3): 25-32.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20140317

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  针对多点供热式焦炉的结构特征以及工艺特点，建立了描述其内部流动、传热以及燃烧等过程的燃烧室-炭化室三维非稳态数理模型，并进行了数值求解；考察了多点供热方式下的高向加热均匀性以及NO的生成量，与传统下喷式单点供热方式进行了对比分析；并进一步针对装炉煤的水分、堆密度和初始温度，空气和高炉煤气分级数目，以及废气循环倍率等操作参数开展了正交试验模拟分析。研究结果表明：采用分级燃烧技术，有效提高了焦饼的高向温度均匀性，使其在大规模生产的同时，保证了焦炭的质量；同时，较之传统单点供热焦炉，有效改善了局部燃烧温度过高的现象，使NO体积分数明显减少；废气循环倍率、装炉煤堆密度对焦炉生产的影响最为显著。这对焦炉的大型化、高效节能以及清洁生产有一定的指导作用。
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  固态下SiO2对二元铁酸钙形成过程的影响

  丁 祥， 郭兴敏，

  钢铁. 2015, 50(3): 33-38.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20140311

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  铁酸钙作为高碱度烧结矿黏结相的主要组成，其形成受SiO2的影响，但到目前为止，其影响机理尚不是十分明确。通过XRD和矿相显微镜观察，并结合Rietveld法定量分析，研究了SiO2对二元铁酸钙形成过程的影响。结果表明：Fe2O3与CaO反应，700 ℃时形成Ca2Fe2O5，在800 ℃时出现CaFe2O4，随着温度升高，Ca2Fe2O5逐渐向CaFe2O4转变。SiO2存在时，在铁酸钙形成过程中有Ca2SiO4生成，温度低于900 ℃时，受动力学条件的影响，反应速率较低，Ca2SiO4的量相对较少，另外，SiO2的阻碍作用随其质量分数的增加而增强，进而导致已形成的Ca2Fe2O5与Fe2O3未能继续反应形成CaFe2O4而使其质量分数逐渐增多；高于900 ℃时，随着温度的升高，动力学条件改善，离子扩散能力增强，其中，Fe3+通过CaFe2O4层比Ca2+通过Ca2Fe2O5层更容易，进而促进了CaFe2O4形成反应的进行，Ca2Fe2O5向CaFe2O4转变，但随着SiO2质量分数增加，Ca2SiO4的生成量增多，CaO与Fe2O3的接触面积减小，抑制了CaFe2O4的生成。
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  强化制粒对含铬型钒钛混合料烧结的影响

  周 密， 杨松陶， 姜 涛， 李万礼， 岳宏瑞， 薛向欣

  钢铁. 2015, 50(3): 39-43.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20140230

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  含铬型钒钛混合料制粒效率低，料层透气性差，严重影响了其发展低温高料层烧结。在基准方案基础上，通过烧结杯试验研究了生石灰配比、混合料水分、润湿时间和制粒时间对含铬型钒钛混合料烧结的影响，并对强化制粒效果进行了观察。试验结果表明：在碱度为2.15、配碳量为3.2%(质量分数)、混合料配加生石灰为5%、水分为7.5%、消化时间为10 min，制粒时间为8 min时，平均粒径[d]、拟似粒化指数[GI0]、制粒效率[E]、抗粉化指数[B]分别由2.26 mm、66.30%、54.11%、48.15%提高到2.58 mm、80.43%、90.82%、73.53%，烧结速度、成品率、利用系数、转鼓强度分别由16.54 mm/min、70.39%、1.22 t/(m2·h)、55.36%提高到19.70 mm/min、77.94%、1.64 t/(m2·h)、59.36%。含铬型钒钛混合料对水分敏感度高，应严格控制水分波动。采用强化制粒措施，提高料层透气性，增加氧势，可提高烧结矿中铁酸钙质量分数改善其矿物组成与结构，提高产质量。
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  GCr15轴承钢探伤缺陷与夹杂物的关系

  谢文新， 包燕平， 王 敏， 张旭东

  钢铁. 2015, 50(3): 44-48.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20140232

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  为了系统分析某厂高碳轴承钢(GCr15)高频探伤缺陷的形成原因，采用ASPEX自动扫描电镜跟踪了冶炼各环节与缺陷相关类型夹杂物的来源和演变。结果表明，造成高频探伤不合格的主要原因存在于基体中的大颗粒MgO-Al2O3夹杂物；冶炼过程中LF工序和中间包是MgO-Al2O3夹杂物产生的主要场所，此类夹杂经VD处理后降低了93.1%；通过提高中间包耐火材料的体积密度和耐压强度，合理降低耐火材料中SiO2和MgO的质量分数，使得中间包耐火材料的侵蚀程度大幅度降低，GCr15轴承钢高频探伤合格率从79%提高到98%。
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  板形仪位置误差补偿模型的研究及应用

  赵章献， 王东城， 王鹏飞， 刘宏民，

  钢铁. 2015, 50(3): 49-53.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20140407

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  针对冷轧带钢生产实践中板形仪不可避免的位置倾斜问题，根据位置几何关系和板形理论，结合轧机设备的布置特点和带钢轧制参数，分别建立了带钢下卷取和上卷取2种方式的板形仪位置误差的板形补偿模型。以某冷轧机为实例进行分析，分别研究了下卷取和上卷取2种方式下带卷取不同直径时，板形仪的水平位置误差和垂直位置误差对板形的影响，得到了板形仪容许安装的位置误差范围。将板形仪位置误差补偿模型应用于某六辊冷轧机的生产实践中，结果表明稳态时带钢的板形标准偏差控制在5 I以下，显著提高了带钢的板形质量。
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  中厚板钢精炼过程夹杂物的转变

  郝 鑫， 王新华， 王万军

  钢铁. 2015, 50(3): 54-58.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20140149

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  通过工业试验研究了中厚板钢LF→钙处理→RH精炼过程中夹杂物的转变规律，并对钙处理过程夹杂物转变进行了热力学计算分析。结果表明：精炼过程钢中总氧质量分数降低，夹杂物数量密度降低，夹杂物平均尺寸升高；钙处理后夹杂物为CaO-MgO-Al2O3-CaS四元系；RH破空后夹杂物转变为CaO-MgO-Al2O3三元系，夹杂物中CaO质量分数降低，Al2O3质量分数升高；热力学计算表明，钙处理后钢液可直接生成CaS，也可与钙铝酸盐夹杂物反应生成CaS，RH破空后不能生成CaS。
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  复合轧制SM45钢板的组织性能

  李广龙， 赵 坦， 范刘群， 原思宇， 李文斌， 李黎明

  钢铁. 2015, 50(3): 59-63.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20140465

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  连铸坯直接轧制生产特厚钢板时，由于压缩比的限制，很难生产出厚度超过100 mm的高质量钢板。采用复合轧制工艺可生产出厚度为260 mm的SM45复合钢板。对钢板进行探伤、冷弯、拉伸、冲击及硬度等试验检验其结合度和力学性能。结果表明，复合轧制生产的SM45钢板结合度良好，未发现明显的缺陷存在。钢板复合界面与基体的强度均在600 MPa以上；[Z]向试样的强度也达到600 MPa以上，断面收缩率在30%以上；冲击功在37 J以上。钢板不同位置处的基本组织都为铁素体与珠光体，但晶粒尺寸不同。复合界面处的组织为一条铁素体为主的带状组织，该组织的产生是由先共析铁素体导致的。
钢铁材料
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  Q345R钢中微缺陷的裂纹萌生与扩展

  杜洪奎， 杜睿捷

  钢铁. 2015, 50(3): 64-67.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20140382

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  对压力容器与压力管道用钢Q345R在低周疲劳下微孔（[?]40～200 μm）的裂纹萌生与扩展规律进行了研究。研究表明小裂纹的萌生主要机理为滑移带启裂，并且由剪应力起主导作用。微缺陷的尺寸、应力幅等因素对疲劳寿命均有影响显著，当应力幅值较低时，微孔的尺寸对疲劳寿命有明显影响。当应力幅值水平较高时，小孔直径对疲劳寿命的影响则不敏感。微观缺陷尺寸存在临界值，当缺陷尺寸大于临界值时，疲劳寿命下降很快。在同一应力幅水平下，裂纹萌生寿命与疲劳总寿命的比值[（Nt/Nf）]与微孔尺寸没有关系，本试验的低周疲劳下约为10%～25%。
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  低碳钢中伪珠光体分析

  吕长宝

  钢铁. 2015, 50(3): 68-72.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20140419

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  利用光学显微镜检测了抗拉强度超过标准上限的低碳钢的金相组织，试样中伪珠光体体积分数达到50%以上，明显高于正常组织中的珠光体体积分数，因此具有显著的珠光体强化效果；并且伪珠光体存在明显的退化现象。对比分析生产工艺后认为，层流冷却过程中对先共析铁素体析出的抑制以及终冷温度低于空冷的[Ar1]是产生这种退化显著的伪珠光体组织的必要条件。结合生产实践分析了影响先共析铁素体析出的因素。
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  齿轮钢窄淬透性带控制技术

  刘 锟， 刘 浏， 何 平， 崔京玉， 李 飞， 包春林

  钢铁. 2015, 50(3): 73-77.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20140436

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  为提高齿轮钢淬透性带控制精度，优化了齿轮钢成分控制目标及精度要求，建立合金加料计算机控制模型和成分调整规则库，开发基于增量神经网络的齿轮钢淬透性预报模型，形成一套完整的齿轮钢窄淬透性带宽控制技术，并将该技术应用于20CrMnTiH齿轮钢。研究结果表明，可实现窄淬透性带控制，J9和J15淬透性带宽不大于4HRC的比例分别达到93.3%和89.2%，不大于6HRC的比例分别达到99.3%和98.4%。
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  硅和铬对超高强双相钢组织和性能的影响

  叶洁云， 赵征志， 张迎晖， 齐 亮

  钢铁. 2015, 50(3): 78-83.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20140377

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  利用热膨胀仪研究了合金元素硅和铬对C-Si-Mn-Nb系与C-Cr-Mn-Nb系超高强双相钢连续冷却相变规律的影响；采用单向拉伸试验，以及OM、SEM和TEM等方法对比研究了2种DP钢的组织性能与断口形貌。结果表明：硅元素能够提高[Ac1]和[Ac3]点温度，扩大两相区，促进铁素体相变，并能提高马氏体的回火稳定性，改善其形貌和分布；铬元素的添加导致了奥氏体中碳的分布不均匀，使得马氏体内部同时出现了孪晶与板条状精细结构，而且快冷过程中出现了残余奥氏体和马奥岛组织，部分马氏体会在时效过程中发生分解；两钢的抗拉强度均超过1 000 MPa，伸长率超过15%，且含硅的双相钢各项力学性能均要优于含铬的双相钢。
环保与能源
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  重审钢铁企业煤气系统不平衡问题

  孟 华， 王建军， 王 华， 李红娟

  钢铁. 2015, 50(3): 84-90.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20130347

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  针对钢铁企业煤气系统不平衡问题，指出主要是自备电厂机组设计不合理导致煤气系统结构性静态不平衡。采用概率统计与数值分析的方法，以钢铁企业煤气富余量的统计特性为基础，重新审视煤气系统不平衡问题。以年产280万t粗钢的钢铁联合企业为例对自备电厂机组进行设计，以小时煤气富余量最大值为基准设计7种发电方案，并结合各设计方案的经济效益进行财务评价，得到以90%小时煤气富余量最大值设计本钢铁企业自备电厂机组大小最为合理。以避免生产状况变化较大时煤气的大量放散，使富余煤气得到了合理、安全高效利用，有效缓解煤气系统不平衡的问题，提高了能源利用效率，降低了生产费用。同时针对各方案建立了此钢铁企业自备电厂煤气系统环境成本模型，虽然增加了企业的总运行成本，但对环境保护和经济社会可持续协调发展有着十分重要的意义。
装备技术
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  H型钢万能轧机轧辊调整装置运动学动力学分析

  郭年琴， 郭 晟， 文铁琦

  钢铁. 2015, 50(3): 91-95.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20140354

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  为了分析实际轧制过程中的振动和调节误差，研究了H型钢万能轧机轧辊调整装置基于理想约束副条件下的运动学与基于接触约束副的运动学动力学分析。从两者仿真结果的对比分析来看，理想约束条件下的水平辊调整速度是静态且恒定的0.691 4 mm/s；基于接触约束模型条件下的水平辊调整速度是动态的并呈现伴随冲击的周期性波动，大致是在0.688 7 mm/s处有比较大幅度的波动，且波动值相对理论值达36.64%，更加符合实际轧制工况。因此，基于静态设计的轧机在实际轧制过程中会出现比较明显的振动和调节误差，从而影响H型钢产品的尺寸精度和表面粗糙度，采用的变位系数蜗轮蜗杆传动是引起传动角速度波动的主要来源，这可为万能轧机的设计提供参考和依据。
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  φ100～φ150 mm圆材二辊矫直机矫直曲率分析

  刘志亮， 贾 锋， 杨士博

  钢铁. 2015, 50(3): 96-101.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20140477

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  矫直辊曲率作为二辊矫直机辊型设计的核心参数，对矫直机矫直质量起着决定性作用。为了提高矫直精度，应用弹塑性理论深入分析了二辊矫直机制，在考虑金属强化的情况下建立了圆材弹塑性弯曲模型，对矫直辊曲率进行了设计，并且给出了曲率过渡段，设计出了适合矫直[?]100～[?]150 mm圆材的二辊矫直辊辊型。利用有限元软件Marc建立三维有限元模型，对矫直过程进行模拟仿真，分析了圆材的矫直效果，为实际生产提供了理论支持。