2016年, 第51卷, 第3期　刊出日期：2016-03-15

  

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综合论述
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  德国工业4.0、中国制造2025与智能冶金浅议

  毕学工，李九林，李 鹏，周进东

  钢铁. 2016, 51(3): 1-8.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20150405

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  针对德国工业4.0、中国制造2025等热门话题，简要介绍了其战略要点与目标，分析了两者之间的关系，提出了冶金工业智能制造的任务。德国工业4.0和中国制造2025的核心内容是综合应用网络技术，实现智能制造与个性化生产，旨在适应制造业与用户合作共赢的需求和社会人口结构的变化。先进基础工艺和产业技术基础等基础能力薄弱是制约中国冶金工业智能制造发展的瓶颈。冶金工程专业高等教育和科学研究工作者的任务是通过学习和综合应用先进的计算机与网络技术，将冶金制造技术的基础研究提升到更高的水平，同时通过与生产企业密切合作开发出各种过程应用软件与工具，培养出更多高素质应用型人才。
原料与炼铁
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  不同喷吹煤种对除尘灰中未燃煤粉影响

  张统忠，佘雪峰，薛庆国，王 广，王静松

  钢铁. 2016, 51(3): 9-15.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20150178

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  国内某钢厂一座高炉现阶段喷煤量为160 kg左右，对其使用晨旭煤做喷吹煤时和正赫煤做喷吹煤时的2个阶段的高炉除尘灰（重力除尘灰和布袋除尘灰）进行了研究。高炉的重力灰和布袋灰的粒度组成和分布表明：重力灰中粒径主要集中在10～110 μm，小于110 μm颗粒占96%左右， 大于74 μm，小于297 μm的颗粒约占60%；布袋灰的粒度分布图大致集中在3～30 μm，小于20 μm颗粒占到80%以上。通过岩相显微分析得到了重力灰和布袋灰中的各显微组分的面积比，并根据除尘灰中未燃煤粉和焦粉的消耗程度，结合化学分析和岩相显微分析结果计算，得到了该高炉喷吹不同煤种时除尘灰中未燃煤粉所占的百分比。最后，初步得出喷吹不同煤种对高炉除尘灰中未燃煤粉质量分数的影响，即与晨旭煤相比，正赫煤的反应性和燃烧性都较好，喷吹期间，炉尘中产生的未燃煤粉较少，煤粉利用率较高。同时也表明，实验室热重法测得的燃烧性和反应性可以作为评价煤粉最终利用率的2个重要参数，为钢厂实际生产中的喷煤评价和煤种选择提供了可靠的新方法。
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  高炉热风炉燃烧输入输出数学模型的应用

  丁洪起，杨春节，宋执环

  钢铁. 2016, 51(3): 16-21.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20150423

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  采用机理模型与辨识模型相结合的方法构成热风炉控制模型，研究热风炉燃烧过程中输入输出的瞬时变化规律。在新建立的模型中，首先建立机理模型，用来计算热风炉燃烧过程中的输入输出值，利用实际生产数据确定辩识模型，然后综合应用2种模型形成新的输入输出模型，仿真分析2种模型的输入输出规律。对比研究表明，2种模型综合应用能够更好地操控热风炉燃烧过程，阻尼外部扰动，保障合理的空燃比，这是热风炉高温长寿与节能环保的有效方法。
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  含铌铁矿粉氢气选择性还原过程中磷行为

  陈义胜，宿洪亮，闫永旺，陈红妃，赵 凯

  钢铁. 2016, 51(3): 22-26.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20150175

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  对白云鄂博含铌铁矿粉氢气选择性还原-熔分-铌铁冶炼的提铌方案中磷的行为进行试验研究。在该试验条件下，磷质量分数为0.100%的含铌铁矿粉通氢气还原后熔分，得到磷质量分数小于0.010%、铌质量分数为2.000%的富铌渣，铁中铌质量分数为0.008%、磷质量分数为0.230%，铌磷分离效果明显，同时熔分后铌品位是原来的3.5倍。试验结果表明，氢气在还原阶段能够在还原铁氧化物的同时将Ca3P2O8还原，通过熔分达到铌与磷、铁元素等分离的目的，铌有效地富集在渣中。
炼钢
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  铁碳合金薄带气固反应脱碳试验

  洪陆阔，艾立群，程 荣，孙彩轿，隋艳龙

  钢铁. 2016, 51(3): 27-31.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20150157

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  提出了高炉铁水双辊连铸薄带＋高温气固反应脱碳生产钢带的全新工艺流程。试验以Ar-H2-H2O为脱碳气氛，在可控气氛管式炉内对Fe-C合金薄带进行脱碳。通过正交试验方法，研究了不同水浴温度（40～60 ℃）、脱碳时间（5～50 min）和脱碳温度（920～1 140 ℃）对脱碳效果的影响。研究结果表明，升高脱碳温度、水浴温度和延长脱碳时间均有利于合金薄带的脱碳，其中脱碳温度的影响最为显著，其次为脱碳时间，水浴温度对脱碳效果的影响最小。碳质量分数为4.05%，厚度分别为2.0、1.0、0.5 mm的薄带，在水浴温度为60 ℃时，1 140 ℃下固态脱碳25 min，薄带平均碳质量分数分别降至1.12%、0.41%和0.017%，证明了碳铁碳合金在可控气氛下通过气固反应脱碳生产中低碳钢带技术上可行。
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  电磁搅拌作用下水口深度对液面波动的影响

  张 静，杨 龙，吴会平

  钢铁. 2016, 51(3): 32-38.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20150154

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  结晶器内液面波动会影响连铸坯的质量，施加电磁搅拌使钢液的液面呈旋转抛物面。电磁搅拌电流过大或拉速过高会造成保护渣卷渣现象，对铸坯质量造成不利的影响。以某钢厂[?]250 mm连铸圆坯结晶器电磁搅拌为研究对象，采用电磁-流体单相耦合的方式及流体体积函数VOF模型，建立描述结晶器电磁搅拌作用下液面波动的数学模型，研究电磁搅拌作用下浸入式水口深度对液面波动的影响。研究表明，通过增大水口深度，能够改善因电磁搅拌强度过大或拉速过大造成的卷渣现象，减小水口附近的液面波动。
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  GOR冶炼不锈钢深脱硫工艺

  钱国余，李六一，成国光，张建国，李 渔，王承顺

  钢铁. 2016, 51(3): 39-43.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20150170

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  以70 t EAF-GOR-LF-CC工艺生产304不锈钢为背景，分别对GOR冶炼过程初始钢液、终点钢液以及还原渣取样分析，重点考察了还原渣碱度、渣中残余Cr2O3质量分数[(w((Cr2O3)))]以及钢液初始硫质量分数[(w([Ss]))]对钢液深脱硫效果的影响规律，得出了以下结论：还原渣碱度对脱硫有较大影响，高炉渣碱度有利于钢液脱硫，但当炉渣碱度达到1.75以上时，炉渣碱度对终点硫质量分数[(w([Sf]))]的影响逐步变小。还原渣中残余Cr2O3对脱硫有阻碍作用，尽可能降低渣中[w((Cr2O3))]有利于提高GOR脱硫效果，当[w((Cr2O3))]降低到0.3%以下时，表观渣-钢间硫分配比[(LS°=w((S))/w([S]))]明显升高。GOR初始钢液硫质量分数越低，越容易获得最终低硫钢液，当[w([Ss])]＜0.07%时，钢液中最低[w([Sf])]更容易降低到0.004%以下。根据GOR工业试验结果得出了冶炼终点时优化的表观渣-钢间硫分配比([LS°])随还原渣碱度、[w((Cr2O3))]和[w([Ss])]的变化关系。
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  特厚板连铸保护渣系列规划

  朱礼龙，何生平，毛敬华，赵和明，韩志伟，王 谦

  钢铁. 2016, 51(3): 44-48.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20150296

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  针对特厚板连铸工艺的特点，分析了传统的中厚板连铸保护渣与特厚板连铸保护渣的作用特征差异。根据不同钢种在结晶器内的凝固特性，对新钢特厚板连铸保护渣进行了系列规划，分为高碳钢连铸保护渣、包晶钢连铸保护渣、中碳低合金钢连铸保护渣3大类。在此基础上，提出了保护渣熔化温度、黏度、转折温度、结晶比例的控制范围。生产实践表明，设计的保护渣浇铸过程结晶器内状况良好，渣面无结团、结块现象，液渣层厚度合适，保护渣消耗量正常，铸坯表面质量优良，连铸生产工艺顺行。
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  高拉速下凝固进程的试验测量与模型预测

  王胜东，钱宏智，詹美珠，彭国仲，廖 慧，

  钢铁. 2016, 51(3): 49-53.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20150201

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  根据京唐高拉速试验特点，结合板坯连铸机设备和洁净钢连铸工艺特点和要求，建立连铸板坯凝固传热模型并结合射钉法测量综合预测了1.9～2.4 m/min高拉速条件下铸坯的凝固坯壳厚度和凝固终点位置。综合研究表明，结合射钉试验和数值模拟能更精确跟踪铸坯的凝固进程，为高拉速试验提供准确的凝固信息，并能为评价连铸机综合冷却能力、优化二冷制度和轻压下工艺提供合理的参考信息。
压力加工
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  待定系数法确定双辊薄带铸轧中的边界热流

  许志强，孙慕华，王 超，杜凤山，

  钢铁. 2016, 51(3): 54-58.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20150207

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  熔池与铸轧辊接触的边界热流是进行双辊薄带铸轧数值模拟研究的重点，通过铸轧过程中金属凝固机制和传热过程的研究，提出结晶辊和熔池接触的边界热流分布函数形式，利用凝固初始位置、薄带坯出坯厚度，再结合能量守恒原理进行求解，确定函数中的待定参数，避开传统方法需要求解坯壳和铸轧辊间气隙热阻的难题；通过施加所提出的边界热流函数对某试验铸轧辊温度场进行求解，结果与实测结果相吻合，这表明文中提出的边界热流分布函数形式与实际相符合。
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  棒线材粗轧机组负荷裕量优化分配算法

  陈庆安，刘 鑫，刘立忠，吴志强，刘相华，

  钢铁. 2016, 51(3): 59-62.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20150217

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  为充分利用棒线材粗轧机组的能力，应用负荷裕量优化分配的思想计算轧制规程。针对棒线材粗轧机组平辊和立辊交替轧制的特点，在轧件高度和宽度2个方向上使用交替迭代的方法进行计算，迭代过程采用二分法，避免了迭代不收敛问题。结合实际生产数据进行计算分析，结果表明，经该算法优化后，粗轧机组各机架的负荷裕量基本处于同一水平，偏差在3%以内，这种状态能够更加合理地发挥设备能力。
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  基于模型驱动的冷轧带钢虚拟建模与系统仿真

  燕 猛，黄华贵，史英钦，杜凤山

  钢铁. 2016, 51(3): 63-67.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20150278

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  为解决冷轧带钢板形和轧机动作的模型驱动与人机交互问题，以冷轧带钢出口张应力横向分布和板带屈曲判别模型为基础，提出了基于VRML高程格网（Elevation Grid）节点的虚拟带钢建模技术，实现了边浪、中浪等常见板形缺陷的量化解析预测和三维动态可视化呈现，并结合国内某厂2 230 mm冷连轧机组出口板形仪实测数据，将浪形几何参数数值预测结果与现场带钢板形缺陷进行对比，两者吻合良好。在此基础上，以650 mm UCM单机架可逆冷轧机组为对象，利用MATLAB/Simulink 3D Animation工具箱，将轧机、带钢、厂房车间等VRML三维场景与轧制过程Simulink仿真模型进行了通讯集成，为虚拟现实系统开发奠定了基础。
钢铁材料
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  异步轧制硅钢薄带的固体渗硅

  刘 刚，莫成刚，李 超，沙玉辉

  钢铁. 2016, 51(3): 68-72.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20150323

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  为了探索利用轧制技术在板材表面获得纳米结构，并以此降低渗硅温度和卤化物质量分数，取硅质量分数3.0%硅钢和硅质量分数0.5%硅钢依次进行异步轧制和固体渗硅，对组织、物相和成分进行测试分析。结果表明，经过大压下量的异步轧制后，2种薄带的表面均形成了纳米晶，晶粒尺寸分别为50和70～120 nm。硅粉＋质量分数5%卤化物在500 ℃以上即可实现固体渗硅，原始板材中较高的硅质量分数有助于降低渗硅的初始温度。提高渗硅温度及在较高的温度下延长保温时间均可增加渗硅层厚度，而卤化物质量分数的影响不大。随着温度和卤化物质量分数的增加，渗硅层物相依次为：Fe3Si→FeSi＋Fe3Si→FeSi。
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  高碳钢盘条三次氧化铁皮机械剥离性能

  付松岳，任 勇，程晓茹，王 浩，范敬国，沈金龙

  钢铁. 2016, 51(3): 73-77.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20150433

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  在电子万能试验机上通过压弯的方法研究了高碳钢盘条氧化铁皮的机械剥离性。采用不同工艺的冷却试验获得了不同特性的氧化铁皮试样，针对不同厚度和微观组织的氧化铁皮试样，经弯曲试验获得不同氧化铁皮的剥离尺寸。结果表明，氧化铁皮的剥离性与其厚度呈正相关关系，与FeO层和Fe3O4层的层厚比呈负相关关系。氧化铁皮的剥离过程受应力状态的影响，与拉应力相比，压应力的剥离效果更好。适当提高高温氧化温度，延长氧化时间；降低600 ℃以下冷却速度，提高Fe3O4的生成量，均可提高盘条氧化铁皮的机械剥离性。
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  700 MPa级高强度低合金热轧铁素体钢带的强化机制

  付培茂，曹永录，马 瑞，王育田

  钢铁. 2016, 51(3): 78-83.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20150377

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  700 MPa级高强度低合金热轧铁素体钢带作为一类新型的低成本结构材料，在泵车、起重机等工程机械行业得到广泛应用。为了明确这类钢种的强化机制，选取典型热轧带钢TS700MC作为试验材料，采用拉伸试验、夏比冲击试验测定其强度和韧性，用OM、SEM、TEM表征其微观组织。结果表明，TS700MC的屈服强度和抗拉强度为715和825 MPa，伸长率为18.5%，－40 ℃的夏比冲击值为104 J，且韧脆转变温度不大于－40 ℃。微观组织接近于全铁素体，晶粒平均尺寸约为3.4 μm，且含有高密度的位错。大量纳米级的(Ti，Nb，Mo)(C，N)粒子沿位错和晶内析出。高强度是固溶强化(约16%)，细晶强化(约38%)，析出强化和位错强化(约46%)等多种强化机制综合作用的结果。
环保与能源
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  钢包铸余渣作为转炉脱磷助熔剂理论及实践

  唐 萍，李敬想，周 海，彭情亮，刘炳宇，李具中

  钢铁. 2016, 51(3): 84-88.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20150172

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  针对铝酸钙系精炼钢包铸余渣代替萤石作为转炉助熔剂对脱磷效率的影响，首先利用Factsage热力学软件对比计算分析了Al2O3、CaF2作为转炉炉渣助熔剂，对脱磷产物活度及磷容量的影响规律，并在实验室硅钼炉上对脱磷效率影响规律进行了对比研究。在此基础上，研究了精炼钢包铸余渣代替萤石的替代比例及应用效果。结果表明，分别以Al2O3、CaF2作为转炉脱磷助熔剂时，二者对炉渣碱度的控制要求相当；CaF2的助熔能力明显强于Al2O3，而Al2O3能降低脱磷产物的活度，增加炉渣磷容量，相比CaF2对脱磷反应具有热力学优势；[w((Al2O3))]为5.0%～9.0%的炉渣达到的脱磷效率，与[w((CaF2))]为3.0%～6.0%时相当；用武钢铝酸钙系钢包精炼铸余渣代替萤石作为转炉炼钢脱磷助熔剂，其与萤石的替换比例为2.5：1，冶炼过程炉渣熔化良好，转炉终点钢水脱磷率提高3.0%左右。