2017年, 第52卷, 第2期　刊出日期：2017-02-15

  

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综合论述
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  中国大型高炉生产现状分析及展望

  张寿荣，姜 曦，

  钢铁. 2017, 52(2): 1-4.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20160405

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  4 000 m3以上大型高炉是高炉炼铁先进技术的集中体现，相对于容积小的高炉，大型高炉单位炉容投资少、能耗低、环境负荷低、劳动生产率高。2000年以来，随着钢铁需求的迅猛增加，一批4 000 m3以上大型高炉在中国相继投入运行，在炼铁工作者的不懈努力下，大型高炉的操作管理取得了突出的成绩和效果。通过分析中国4 000 m3以上大型高炉的生产现状，对存在的问题提出了改进建议，并对炼铁今后的发展进行展望，希望对中国高炉炼铁的发展有一定促进作用。
原料与炼铁
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  高炉与KR双流程联动优化脱硫

  王振阳，张建良，刘征建，张贺顺，安 钢，程铮明

  钢铁. 2017, 52(2): 5-9.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20160299

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  基于首钢京唐高炉工序与KR工序脱硫条件，对双流程的脱硫特点及经济性分别进行分析，发现焦炭为高炉硫负荷的主要来源。降低焦比或减少高硫炼焦煤的配比，是降低高炉硫负荷的有效措施，当铁水中[w(S)]由0.01%升高至0.05%时，高炉工序吨铁脱硫成本迅速下降，而当铁水中[w(S)]由0.06%变化至0.10%时，吨铁脱硫成本下降趋势变缓；KR脱硫吨铁成本随铁水中[w(S)]增加而逐渐升高。硫负荷为4 kg时，双流程综合脱硫成本最低时的铁水中[w(S)min]为0.067%，且[w(S)min]随硫负荷的增加而升高。当考虑炼焦配煤的采购成本时，由于硫质量分数高的炼焦配合煤采购成本较低，当采用高硫煤炼焦时，炼焦配煤带来的成本降低，不仅可以抵消由于双流程脱硫任务量增加而带来的成本增加，还可以使综合脱硫成本降低。
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  不同增碳剂对含钒铁水增碳的理论分析和试验

  马 登，吴 巍，刘小亮，刘质斌

  钢铁. 2017, 52(2): 10-17.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20160241

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  用热力学方法计算并分析了铁水增碳过程中碳溶解反应自由能变化以及碳氧化反应自由能变化的关系，认为碳的氧化是阻碍铁液增碳的不利因素，增碳反应必须在氧气较少的气氛中进行。在此基础之上，进行增碳试验。首先利用过量石墨增碳，分别得到含钒铁水在1 450、1 500、1 550 ℃时的碳饱和溶解度，并拟合得到碳溶解度与温度的关系式，即[w(Cs)＝2.7×10－3T＋0.38。]然后将不同的增碳剂加入到由铁屑熔化而得到的含钒铁液中，并保温一定时间进行增碳试验。由试验结果可知，5种增碳剂的增碳效果优先顺序为：低氮增碳剂、石墨、无烟煤、碳粒、焦炭。由动力学计算可知，在本次试验条件下增碳反应速率常数的数量级为10－4 s－1。通过分析认为，提高温度可以促进增碳反应的进行，而增碳剂中的硫和灰分抑制增碳反应的进行。
炼钢
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  CaO-FeO-SiO2-Al2O3/Na2O/TiO2渣系与碳饱和铁水间磷分配行为

  李显鹏，高金涛，张延玲，邢磊磊，邹 亮

  钢铁. 2017, 52(2): 18-23.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20160230

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  为了研究Al2O3、Na2O和TiO2作为铁水预处理渣的助熔剂对铁水预处理脱磷的影响，借助FactSage热力学软件绘制了CaO-FeO-SiO2渣系1 573 K液相区。随着Al2O3和Na2O质量分数的增加，该渣系液相区明显扩大，TiO2对渣系液相区影响不大。实验室研究采用纯铁箔替代碳饱和铁水进行热力学平衡试验，间接测定了1 573 K时铁水预处理脱磷渣与碳饱和铁水间的平衡磷分配比。结果表明，渣铁磷分配比随渣中Al2O3和TiO2质量分数的增加而减小，TiO2对磷分配比的影响相对较小；渣铁磷分配比随渣中Na2O质量分数和碱度的增加而增加，Na2O可显著提高渣的脱磷能力；渣铁磷分配比随渣中FeO质量分数的增加先增加后减小，最合适的FeO质量分数为35%～40%。
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  铁水预处理脱硫渣铁回收再利用

  江腾飞， 朱 良， 刘风刚， 赵晓东， 罗衍昭

  钢铁. 2017, 52(2): 24-27.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20160210

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  铁水预处理过程中所产生的脱硫渣铁中铁和硫较高，具有较高的再利用价值，目前国内各大钢铁企业都致力于脱硫渣铁回收再利用的研究。介绍了迁钢公司二炼钢转炉回收利用脱硫渣铁工艺，并对生产数据进行了总结，加入8 t脱硫渣后平均增硫为0.013 6%，转炉出钢硫质量分数高，LF精炼需要深脱硫处理，精炼工艺造渣料电耗都有所增加，生产周期延长。从整体分析，转炉回收利用脱硫渣铁能够提高金属铁收得率，降低炼钢成本，提高经济效益。
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  使用CO2-Ar混合气体悬浮精炼不锈钢

  李 想，张桂芳，杨印东，施 哲，高 磊

  钢铁. 2017, 52(2): 28-32.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20160229

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  不锈钢生产成本的降低以及CO2在炼钢过程中的资源化利用是当前冶金工作者研究的热点之一。提出了一种利用电磁悬浮精炼不锈钢脱除其中碳、硫的方法；从动力学的角度分析了碳、硫等元素在悬浮精炼不锈钢熔体状态下脱除的原理。试验结果表明，CO2可以在电磁悬浮状态下代替O2对不锈钢进行精炼，此状态下不锈钢试样组分挥发少，[w(C)]可以脱除到0.04%；脱硫效果与试样中[w(C)]有关，[w(C)]越高，脱硫效果越好；改变气体流速和CO2分压等参数时，试样中的[w(Cr)]几乎保持一个常数，这说明使用CO2悬浮精炼不锈钢时不会伴随着重要元素铬的流失，保铬效果明显。
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  漏斗形薄板坯结晶器内铸坯传热分析

  胡 硕，王朋飞，朱立光，刘增勋，李 萌，肖鹏程

  钢铁. 2017, 52(2): 33-37.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20160242

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  为了更好地研究FTSC结晶器内铸坯的凝固过程，基于节点温度传递方法建立薄板坯结晶器内铸坯三维瞬态传热数值模型，采用有限元软件ANSYS模拟结晶器内铸坯三维稳态温度场。对比分析平板形及漏斗形结晶器内铸坯传热规律，探讨了漏斗区传热特点。结果表明，漏斗区内钢水存储空间增大，总热容量增加，漏斗区铸坯宽面表面中心温度升高，坯壳厚度减薄。FTSC结晶器宽面出口温度、坯壳厚度连续变化，与漏斗形布置一致。
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  钢高温蠕变特性对连铸坯矫直变形的影响

  郭 龙，张兴中，冯常喜

  钢铁. 2017, 52(2): 38-43.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20160244

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  为使连铸坯在矫直过程中能够充分利用钢的高温蠕变特性，避免产生内部矫直裂纹，对铸坯矫直及机型曲线进行了研究。首先，在Gleeble-3800热模拟试验机上对Q345C连铸坯进行热塑性和高温蠕变试验，确定了Q345C钢的热物性参数和最小蠕变应变速率方程；其次，根据钢的高温蠕变特性，针对目前使用的某连铸机设计了新机型曲线；最后，采用热力耦合数值模拟的方法，计算了距离铸坯内弧侧表面38.3 mm处中心点的温度分布和应变速率。通过蠕变矫直机型应变速率和蠕变速率的对比表明，蠕变矫直机型曲线可以充分利用钢的高温蠕变变形进行矫直，蠕变变形量占总矫直变形量的比例达到88.6%，因此可降低铸坯内部矫直裂纹产生的可能性，有利于提高铸坯质量。
压力加工
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  板坯连铸直轧感应补热有限元分析与试验

  肖 宏，余 超，刘 剑，任忠凯，刘 晓

  钢铁. 2017, 52(2): 44-50.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20160256

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  为减少连铸与热轧工序之间坯料再加热的能源消耗，连铸直轧技术蓬勃发展，其关键技术之一在于连铸与轧制工序之间的补热工艺。针对板坯连铸直轧实际生产中对补热工艺的要求，建立了纵向磁通和横向磁通感应补热有限元模型，分析了板坯的补热过程。结果表明，纵向磁通对板坯表面整体补热效果好，但无法解决板坯边角温度偏低的问题；横向磁通可有效地对板坯边角进行局部补热；选择合适的电流大小和板坯移动速度，可使板坯温度分布更均匀。同时，使用自制的感应补热样机做补热试验，对补热效果进行检验，所得的试验结果与模拟结果一致。分析结果对板坯连铸直轧在实际生产中的感应补热工艺具有指导意义。
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  热连轧机机液耦合系统振动特性

  凌启辉，赵前程，王 宪，闫晓强，张清东

  钢铁. 2017, 52(2): 51-58.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20160279

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  现场测试信号处理结果表明某热连轧机存在机液耦合振动现象，为深入研究热连轧机机液耦合振动提供试验基础。以现场某热连轧机机液耦合系统为研究对象，建立其动力学仿真模型。通过数值仿真，证明该热连轧机振动开始加强时间与液压自动厚度控制系统投入运行时间存在依赖关系，并揭示了轧机伺服阀给定信号、液压自动厚度控制系统及补偿控制系统对热连轧机机液耦合系统振动的作用机制和影响规律，为深入研究轧机耦合振动及振动控制提供理论基础。
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  圆盘剪切边过程间隙量与重叠量综合优化技术

  白振华，钱 承，刘亚星，杜江城，兴百宪，常金梁，

  钢铁. 2017, 52(2): 59-64.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20160181

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  针对带钢切边过程现场与下游客户缺少统一的切边质量评价标准的问题，结合圆盘剪的设备与剪切工艺特点，经过大量现场试验与理论研究，在分析了带钢切边过程所存在的扣边、毛刺、切断比失衡三大主要质量缺陷的基础上，提出了一套有效实用的带钢切边质量评价方法。将带钢切边综合质量评价函数作为目标函数，圆盘剪间隙量与重叠量作为优化变量，开发出一套圆盘剪切边过程间隙量与重叠量综合优化设定的技术，并将其应用到某钢厂1 420生产线，大大提高了带钢切边质量，扣边、毛刺和切断比失衡缺陷改判率从技术应用前的0.52%下降到0.03%，同时保障了无返修，为企业创造了较大的经济效益，具有进一步推广应用的价值。
钢铁材料
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  真空热轧法制备不锈钢复合板组织和力学性能

  代响林，，刘宝玺，马久乐，魏剑云，，殷福星，

  钢铁. 2017, 52(2): 65-70.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20160282

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  为了研究轧制温度对复合板界面结合强度的影响，采用真空热轧法制备了不锈钢复合板，利用OM、EPMA观察分析了不锈钢复合板界面组织和合金元素扩散。结果表明，碳钢中碳、铁元素向不锈钢扩散，不锈钢中铬、镍等元素向碳钢扩散，界面处出现Si-Mn-O三元化合物，合金元素扩散随轧制温度的升高而趋于严重。远离界面碳钢的组织为铁素体和珠光体组织，靠近界面碳钢的组织为铁素体组织。碳钢至界面处硬度先减小后升高，界面至不锈钢内部硬度先升高后下降，距界面约40 μm碳钢侧的维氏硬度值最低约为121.8HV，距界面约20 μm不锈钢侧的维氏硬度值最高约为245.5HV。从1 100到1 300 ℃，剪切强度随轧制温度的升高而升高，1 300 ℃轧制获得的界面剪切强度为463 MPa，远远超过基体的剪切强度。
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  脉冲等离子爆炸工艺表面改性H13钢

  邹 晋，付青峰，陆德平，周 喆，刘成成，陆 磊

  钢铁. 2017, 52(2): 71-77.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20160169

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  为研究脉冲等离子爆炸工艺制备H13钢(4Cr5MoSiV1)表面改性层的组织和性能，通过对显微组织形貌、相结构、残余应力、硬度和耐磨性的分析，对脉冲等离子爆炸工艺的改性机制和影响进行了讨论。结果表明，脉冲等离子爆炸工艺使H13钢表面发生快速熔凝和快速淬火过程，在材料表面形成厚度均匀、组织致密、高硬度的改性层；改性层中马氏体细化，同时由于不同物理变化过程分别形成残余奥氏体和逆变奥氏体；随着脉冲次数的增加，材料表面的残余应力经历了由压应力先增大后减小然后转变成拉应力的过程；改性层的厚度和硬度随脉冲次数的增加而提高，但同时表面熔化程度加剧，表层低硬度熔凝区厚度增加。当脉冲次数为8次时，H13钢具有最优的耐磨损性能。
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  HCP-Mg平衡固液界面的微观结构

  肖钧江，，吕琳琳，，蒋烨炜，，罗 洁，，吴永全，

  钢铁. 2017, 52(2): 78-84.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20160246

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  采用NVE系综分子动力学（molecular dynamics， MD）方法模拟了HCP-Mg三个不同晶向的平衡固液界面，通过原子标定技术，在“layering and in-plane ordering”框架内，对固液界面的结构特征进行了分析。在验证了势函数有效性的基础上，通过界面微观结构分析发现，序参数在由固相向液相衰减的过程中呈现了很好的双曲正切的连续变化规律；以序参数[aq6]为标准计算得到的界面宽度要比序参数[ξ]的界面宽度大0.1～0.2 nm；同时，界面宽度存在各向异性，[0001]方向界面宽度最大，[[1100]]和[[1210]]方向界面宽度基本相等，这与界面热力学的各向异性保持一致；界面的波动幅度达到界面宽度的5%～10%；此外，Layering方法定位的界面宽度要远远超过in-plane ordering方法定位的界面宽度，吻合于异质固液界面的试验观察。
环保与能源
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  钢铁工业固体废弃物利用效益综合评价

  宋海燕，牛建刚，崔宝霞

  钢铁. 2017, 52(2): 85-90.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20160180

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  固体废弃物的堆置和排放占用大量土地，导致资源浪费并危害健康。面对资源短缺与环境污染的现状，发展循环经济已势在必行。固体废弃物的资源化可以提高社会经济及环境效益。为更好地实现其有效利用，以钢铁工业固体废弃物为研究对象，通过文献研究法、专家打分法以及定性与定量相结合的方法，建立钢铁工业固体废弃物评价指标体系。以包头钢铁集团（以下简称包钢）为例，先用灰色模型预测其未来5年的固体废弃物产量，采用模糊层次分析法展开讨论，最终提出钢铁工业固体废弃物综合利用模糊评价因子和效益模型。研究结果旨在为钢铁企业固体废弃物的有效利用提供思路。
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  ESP内气流均匀性和除尘效率的数值模拟

  李海英，多 鹏，王 茹

  钢铁. 2017, 52(2): 91-96.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20160217

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  基于计算流体力学，以相对均方根（RMS）值为气流均匀性的评判标准，应用FLUENT软件模拟了粉尘粒径、烟气流速、电晕极电压及烟气含尘浓度对静电除尘器的除尘效率和细微尘涡流现象的影响。研究表明，随着粉尘粒径和烟气流速的增大，颗粒合速度增大，RMS值大幅降低，涡流趋势减弱；而随着粒径增大，颗粒的驱进速度增大，除尘效率提高，但烟气流速增加，增大了颗粒的轴向速度，使得除尘效率降低；随着电晕极电压的升高，RMS值增大，涡流趋势增强，但电晕极电压升高，带电颗粒的电场力大幅增加，除尘效率提高。当含尘浓度小于5 g/m3时，随着含尘浓度的增加，由于“电风”的作用使得除尘效率和RMS值均增大，涡流趋势增强；但当含尘浓度超过5 g/m3时，随着含尘浓度的增加，“电风”逐步减弱，RMS值和除尘效率开始下降，涡流趋势减弱。