2016年, 第51卷, 第4期　刊出日期：2016-04-15

  

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综合论述
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  智慧钢铁工厂的互联网＋CPPS模式

  张建良，周 芸，徐润生，王广伟，焦克新

  钢铁. 2016, 51(4): 1-7.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20150256

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  结合钢铁产业结构特点，介绍智慧工厂和CPS系统（信息物理系统）的概念，论述中国钢铁行业建设智能工厂的技术思路，探讨钢铁智慧工厂的互联网＋CPPS模式（具有互联网思维与概念的信息物理生产系统）设计理念。中国钢铁企业智慧工厂建设可以从采用互联网＋CPPS模式推进钢铁企业制造体系的纵向集成、通过价值链及网络实现企业间横向集成和发展生产流与人机交互的端到端工程数字化集成三方面来考虑。智慧钢铁工厂的互联网＋CPPS模式对钢铁企业的转型升级和发展进步具有重要的现实意义。
原料与炼铁
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  含钛炉渣稀释剂对喷吹煤粉燃烧性能的影响

  李燕江，吕 庆，白瑞国，崔世强，李红玮，王 岩

  钢铁. 2016, 51(4): 8-13.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20150184

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  根据承钢高炉冶炼条件，以其高炉喷吹煤粉作为试验原料，利用煤粉燃烧炉模拟现场高炉风口区域煤粉的燃烧过程，探讨加入含钛炉渣稀释剂CaF2和MgO后，对煤粉燃烧性能的影响，并结合扫描电镜（SEM）观察未燃煤粉颗粒表面结构的变化。试验结果表明，煤粉中添加CaF2后燃烧率有所提高，但提高幅度不大，SEM图未燃煤粉的颗粒减小，这说明CaF2对高炉内煤粉的燃烧有一定的促进作用；添加MgO后煤粉燃烧率明显提高，当添加MgO质量分数为1.20%时，煤粉燃烧率提高了12.41%，此时未燃煤粉SEM图平均粒径为4.30 μm，比未加入稀释剂未燃煤粉的粒径小5.48 μm，并且组织颗粒的大小及分布比较均匀，综合考虑炉渣稀释剂MgO对承钢含钛炉渣的稀释作用和对高炉内煤粉燃烧的影响，含钛炉渣稀释剂MgO的最佳添加质量分数为1.20%。
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  MgO对中钛型高炉渣矿相结构及冶金性能的影响

  邓美乐，韩秀丽，刘 磊，张 玓，李运刚

  钢铁. 2016, 51(4): 14-17.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20150261

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  采用偏光显微镜对不同MgO质量分数(7%～16%)条件下中钛型高炉渣的矿相结构进行研究。结果表明，炉渣显微结构为斑状结构、似斑状结构；矿物组成主要为巴依石、黄长石，其次为尖晶石、钙钛矿、钛辉石，少量的金属铁、氮化钛、碳化钛及其固溶体；随着MgO质量分数的增加，炉渣中钙钛矿及巴依石质量分数先降低后升高，钛辉石质量分数逐渐升高，而黄长石质量分数先升高后降低；当MgO质量分数达到14%时，出现了第一期尖晶石这种高熔点化合物，会导致炉渣的黏度和熔化温度升高，炉渣的流动性变坏。该研究成果对改善中钛型高炉渣的流动性能具有重要指导意义。
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  锰矿洗炉对高炉渣的影响及其机理

  代 兵，刘云彩，张建良，杨天钧，欧继胜

  钢铁. 2016, 51(4): 18-23.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20150163

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  利用锰矿洗炉是处理高炉炉缸堆积事故的重要方法之一。对MnO质量分数不同时的炉渣性能及其机理进行研究，应用熔体物性综合测定仪测定含MnO炉渣的黏度及熔化性温度，并提出稳定性指数的概念；使用X射线衍射仪（XRD）分析含MnO炉渣的物相组成；利用拉曼光谱仪研究含MnO炉渣的微观状态。试验结果表明，锰矿洗炉过程中，炉渣中MnO最佳质量分数应为1.5%左右，此种炉渣在1 480 ℃时的黏度为0.25 Pa·s左右，熔化性温度为1 340 ℃左右，稳定性较强，可以满足洗炉要求。锰矿洗炉的机理是炉渣中生成了锰橄榄石类硅酸盐低熔点物质，增大了液态炉渣的过热度；并且随着自由氧离子浓度的增加，其促使复杂硅氧四面体网络结构解聚为简单硅氧四面体结构，炉渣由复杂结构向简单结构发展，从而显著降低炉渣黏度，达到洗炉的目的。
炼钢
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  坯壳鼓肚对铸机矫直区内铸坯变形的影响

  韩培培，任廷志

  钢铁. 2016, 51(4): 24-30.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20150355

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  在连铸机辊列矫直段，带液芯铸坯的坯壳同时受钢水静压力与矫直力的作用，坯壳固液交界面处的矫直应变与鼓肚应变发生叠加。如果总应变超过临界值，就会发生内裂。确定矫直区坯壳固液交界面处的应变与应变速率，对铸机辊列设计与工艺参数的设定有重要的意义。基于高温坯壳力学特性，建立了连续矫直理论中铸坯坯壳变形的数学模型。利用该模型计算坯壳鼓肚变形，并与实测数据进行对比，验证了模型的有效性。根据某厂由奥钢联设计的工业板坯连铸机的辊列参数，利用该模型计算铸坯横截面的应变与应变速率。最后分析了不同辊间距与不同拉坯速度情况下矫直区内铸坯坯壳固液交界面处的应变速率变化规律，结合不同钢种的临界应变速率得到铸机矫直段辊间距的取值范围。
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  帘线钢生产过程中氧化物夹杂的演变规律

  王昆鹏，姜 敏，赵昊乾，王新华，王 郢

  钢铁. 2016, 51(4): 31-37.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20150245

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  使用ASPEX PSEM explorer研究了帘线钢中氧化物夹杂的成分及形态在炼钢与轧制过程的变化。结果表明，连铸坯夹杂物中SiO2质量分数较中间包有增加趋势，并在铸坯中发现MnO-SiO2-Al2O3和SiO2构成的复合夹杂物，轧制盘条中出现未很好变形的SiO2夹杂物。热力学分析表明：由于连铸过程钢液和夹杂物间的传质作用，导致铸坯夹杂物中SiO2质量分数增加，MnO-SiO2-Al2O3系夹杂在浇铸过程较CaO-SiO2-MnO-Al2O3系夹杂物更易析出SiO2相，形成MnO-SiO2-Al2O3为基体的复合夹杂物。CaO-SiO2-Al2O3-MnO和MnO-SiO2-Al2O3夹杂物在盘条中呈长条状，MnO-SiO2-Al2O3和SiO2析出相构成的复合夹杂在轧制过程将发生相分离，形成“眼睛状”或单颗粒状夹杂。
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  不同角部形状特厚矩形坯凝固传热及应变数值模拟

  申燕强，白明华，高朋垒，陈坚兴

  钢铁. 2016, 51(4): 38-43.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20150348

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  为了更加有效控制和减少连铸坯的角部横裂纹质量缺陷，根据其形成的机制，针对两种新型铸坯模型，即圆角和倒角模型进行研究。通过建立特厚连铸矩形坯在凝固过程的传热模型并进行数值模拟，得到铸坯在凝固过程沿拉速方向上温度场和坯壳厚度的分布规律，并在此基础上建立热力耦合模型，分析铸坯的应力变化，讨论了产生裂纹的可能性。研究结果表明，通过对比传统直角模型，得出圆角和倒角模型对铸坯角部温度场和应力场两个方面的分布状况都有改善，即新铸坯模型角部温度在连铸矫直段有效避开了钢的高温脆性区，同时降低了铸坯角部的应力值，减小了角部裂纹产生的可能性。
压力加工
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  短流程生产无缝钢管的斜连轧工艺

  王付杰，双远华

  钢铁. 2016, 51(4): 44-48.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20150353

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  为解决利用斜轧方法生产热塑性较差、难变形、高合金的无缝管材问题，研究了一种短流程生产无缝钢管的新工艺，即斜连轧工艺，它将传统的穿孔和轧管放置在一道工序中完成，是对两步法生产无缝钢管工艺的探索。首先利用有限元软件对斜连轧工艺进行探索性研究，分析了温度场等的分布情况。进而在斜连轧试验台上对斜连轧工艺展开试验，试验表明，斜连轧工艺能够穿轧出无缝钢管。研究初步获得了新工艺的基本规律，验证了斜连轧工艺的可行性，这种工艺的发展能够有效提高管材产品的质量和生产效率。
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  厚板轧机减轻水印对厚度影响的控制方法

  苗雨川

  钢铁. 2016, 51(4): 49-52.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20150307

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  步进梁连续式加热炉水印会导致中厚板轧制钢板厚度的波动。针对厚板加热炉的结构形式和厚板轧机控制模型的设定特点，研究出了一种可以针对加热炉水印位置进行轧制设定的控制方法。使用此方法可以对加热炉水印位置的轧制力进行单独设定，从而减轻甚至消除加热炉水印对厚板厚度的影响。在宝钢5 m厚板轧机现场应用后，厚板厚度精度得到了明显改善。
钢铁材料
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  一种Fe-C-Si-Mn-Cr-Mo钢碳配分行为对组织的影响

  刘艳林

  钢铁. 2016, 51(4): 53-58.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749X.20150354

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  利用Formastor-FⅡ全自动相变仪模拟研究了一种Fe-0.24C-0.3Si-1.0Mn-0.56Cr-0.17Mo（质量分数，%）钢在冷却过程中的碳配分行为及其对马氏体和残余奥氏体的影响，用扫描电镜、透射电镜进行微观组织表征，用X射线衍射法和电子背散射衍射法测定残余奥氏体体积分数。结果表明，试验钢分别经末段慢冷和直接快冷工艺冷却后均获得马氏体＋残余奥氏体两相组织，其中直接快冷工艺所得马氏体相对杂乱，尺寸较小，残余奥氏体体积分数较少；而末段慢冷工艺所得马氏体板条较长，且发生了碳的配分，残余奥氏体体积分数较多，以薄膜状分布在马氏体板条间，板条内部含有高密度位错。
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  镀锌板表面胞状凸起缺陷

  陈连生，胡宝佳，宋进英，田亚强，郑小平，邸光明

  钢铁. 2016, 51(4): 59-63.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20150390

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  采用SEM、EDS和大样电解法研究了某种镀锌板表面胞状凸起缺陷的形成原因。结果表明：冷轧板表面起皮缺陷是造成镀锌板表面胞状凸起缺陷的直接原因。冷轧原料板近表层分布着尺寸大于300 μm的长条状硅酸盐夹杂带，且夹杂带中分布着块状氧化铁夹杂。与缺陷镀锌板同批次酸洗板机械研磨去掉近表层，随后冷轧试验表明，块状氧化铁夹杂不是造成镀锌板表面胞状凸起缺陷的主要原因。缺陷镀锌板铸坯中夹杂物含量为100.32 mg/10 kg，夹杂物主要由尺寸大于140 μm大型夹杂物组成，而正常镀锌板铸坯中夹杂物含量为20.98 mg/10 kg，证实钢中大型硅酸盐类夹杂是导致镀锌板表面凸起缺陷的根本原因。
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  U68CuCr与U75V钢轨的摩擦磨损行为对比

  万永清，杨忠民，杨西荣，王慧敏，陈 颖

  钢铁. 2016, 51(4): 64-69.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20150410

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  通过在MM-200摩擦磨损试验机上轮对滚动摩擦模拟试验，研究U68CuCr、U75V两种钢轨分别与ER8车轮钢轮对滚动摩擦磨损行为。U68CuCr、U75V是相同强度级别，不同硬度的钢轨。结果表明：U68CuCr钢轨硬度略低于U75V钢轨的硬度，但U68CuCr钢轨试样及其ER8匹配车轮的试样的磨耗量显著小于U75V钢轨试样及其ER8匹配车轮试样的磨耗量。同时，U68CuCr钢轨的塑性变形层和白层都比U75V钢轨的厚。
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  帘线钢凝固过程中钛和氮偏析及TiN夹杂尺寸计算

  易 顺，陶 勇，阮 方，吴 润，刘 静

  钢铁. 2016, 51(4): 70-73.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20150483

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  为了提高帘线钢盘条中TiN夹杂的检测效率，从热力学方面探讨了帘线钢盘条中TiN夹杂析出的条件以及尺寸的计算。热力学分析表明，由于溶质元素钛和氮偏析，造成TiN夹杂在固液两相区中析出，且氮元素是影响TiN夹杂长大的最主要因素，经过验证发现，TiN夹杂热力学长大公式的尺寸计算值与实际值基本吻合，平均相对误差为8.62%。提出了合适的数学模型对TiN夹杂尺寸与钛和氮质量分数的数据进行模拟，对TiN夹杂的尺寸进行预测并验证模型的合理性。结果表明，模型的平均相对误差仅为0.95%，可以运用到实际检测工作中，提高钛夹杂的检测效率。
环保与能源
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  钢铁生产过程二氧化碳排放计算方法与实践

  刘宏强，付建勋，刘思雨，谢欣悦，杨笑楹

  钢铁. 2016, 51(4): 74-82.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20150324

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  钢铁生产过程二氧化碳排放量的精确计算是钢铁行业节能减排的基础。对钢铁生产流程二氧化碳排放的3种常用温室气体排放计算方法进行介绍，并基于A钢厂2014年的生产数据进行计算和分析对比。《省级温室气体清单编制指南》、《钢铁碳排放指南》两种计算方法都是基于投入产出的统计方法，两者温室气体计算结果数值相近，前者吨钢二氧化碳排放结果为2.116 t，后者吨钢二氧化碳排放结果为2.013 t ，后一种方法在计算时考虑了固碳产品的抵扣，所以结果比前种方法结果偏小。基于ISO标准的钢铁产品生命周期计算方法，计算边界从铁矿石、煤炭等原材料的采掘、洗选、运输，焦化，烧结，高炉，炼钢，轧制等直到钢铁产品的出厂，计算结果吨钢产品二氧化碳排放量为2.309 t，相比前两种方法计算结果数值较大，这是因为在计算时包含了铁矿石、煤炭等在开采、洗选、运输阶段产生的二氧化碳。
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  钢铁企业绿色转型的影响因素及其路径

  廖中举，李 喆，黄 超

  钢铁. 2016, 51(4): 83-88.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20150603

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  激烈的市场竞争、严格的环保要求以及在产能过剩的背景下，绿色转型成为钢铁企业面临的重要现实问题。在通过文献系统梳理对绿色转型、绿色经济、绿色发展和绿色增长等概念进行区分的基础上，诠释了绿色转型的内涵。结合以往的研究以及对钢铁企业的访谈，从环境政策、绿色技术、市场需求、企业自身的资源条件和绿色意识等方面剖析影响钢铁企业绿色转型的动力和阻力因素。从政策的引导与扶持、加强对信息技术的使用、实施产学研协同创新以及延伸产业链等4个方面给出了钢铁企业绿色转型的路径选择建议和对策。