2017年, 第52卷, 第6期　刊出日期：2017-06-15

  

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综合论述
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  关于智能化钢厂的讨论——从物理系统一侧出发讨论钢厂智能化

  殷瑞钰

  钢铁. 2017, 52(6): 1-12.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20170107

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  钢铁工业是典型的流程制造业，制造流程是其物理特征。通过对钢铁制造流程内在特征的研究，阐述了对钢厂智能化的认识，探讨了推进钢厂智能化的思路及其内涵，包括智能化设计、智能化物流、智能化物质流/能量流/信息流的组织与调控、智能化经营和服务等。指出流程型智能化制造的物理系统要以动态-有序、协同-连续运行为其网络结构及程序优化的导向，并以此物理系统（流程系统）为本体与智能化信息网络系统融合，实现全厂性动态运行、管理、服务等过程的自感知、自决策、自执行和自适应。智能化钢厂的建设，需要深刻理解制造流程动态运行过程的物理本质，构建起植根于流程运行要素及其优化的运行网络、运行程序的物理模型，进而构建全流程网络化、层次化信息流模型。钢厂智能化不只是数字信息系统，必须高度重视物理系统的研究，必须是有物理输入/输出的物质流网络、能量流网络和信息流网络“三网协同”的信息物理系统。钢厂智能化既要重视数字化信息网络系统的研发，更要重视制造流程（物理系统）中物质流网络、能量流网络的结构优化和运行程序优化，通过以制造流程物理系统结构优化和数字化信息系统相互融合来实现钢厂智能化。
原料与炼铁
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  首钢京唐5 500 m3高炉出铁过程铁水温降规律

  韩伟刚，郦秀萍，刘建华，张春霞，周继程，石鑫越

  钢铁. 2017, 52(6): 13-17.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20160475

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  为了研究大型高炉出铁过程铁水温降规律，对首钢京唐5 500 m3高炉出铁过程中铁水沟和炉下铁水罐内的铁水温度进行了现场实测。结果表明，高炉铁水沟中铁水温度呈周期性波动，堵口过程中铁水沟残铁温度以0.92 ℃/min的速率逐渐降低，铁口打开后铁水沟温度需40 min逐渐回升并稳定在1 475 ℃左右。尾罐是影响铁水罐受铁结束时罐内铁水温度的关键因素，尾罐比普通罐装满铁水时罐内铁水温度低25 ℃。尾罐装满铁水时罐内铁水温度与第一次受铁量有关，将尾罐放在高炉下次出铁的第二罐受铁有利于提高罐内铁水平均温度。
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  基于人工智能算法的高炉布料数值模拟

  马富涛，张建良，刘云彩

  钢铁. 2017, 52(6): 18-25.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20160469

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  为了进一步提高布料模型的实用性，针对高炉布料数值模拟的现状，将高炉布料理论和人工智能算法相结合，解决了以往布料模型存在的缺陷和难点，建立了全炉料层分布数值模拟模型，并对模型计算结果和模拟效果进行了对比讨论。从模拟结果来看，新建立的模型能够对高炉复杂布料过程的料层分布数值模拟，适应性强，与传统模型相比，模拟效果更贴近实际。
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  含砷铁矿石烧结及除尘灰焙烧脱砷热力学

  成日金，倪红卫，张 华，贾绍凯，熊 珊

  钢铁. 2017, 52(6): 26-33.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20160389

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  为了研究铁矿石烧结及除尘灰焙烧脱砷问题，运用FactSage软件研究了不同氧分压、温度及碱度对含砷铁矿石烧结脱砷率、砷平衡组成、脱砷最终形态的影响，并对除尘灰焙烧脱砷流程进行热力学研究。结合烧结杯进行烧结试验，并在多气氛下利用焙烧除尘灰试验进行验证，运用XRD、SEM及EDS对矿相进行分析。结果表明，脱砷产物及脱砷率与温度、氧分压及碱度密切相关。在烧结过程中，残留在烧结矿中的砷，主要是固态砷酸盐，其他砷会以As4O6（g）等气态物质脱除。除尘灰中砷以固态As2O3（s）和As2O5（s）存在。在空气或厌氧气氛下焙烧除尘灰，会使砷转变为砷酸盐。但采用配比煤粉及厌氧条件下，在600 ℃以上焙烧除尘灰，可使砷以气态As4（g）挥发，在400 ℃以下析出单质砷。
炼钢
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  H13钢中Mg-Al-O系夹杂物的形成机理及控制

  黄 宇，谢 有，成国光，陈 列，张燕东，严清忠

  钢铁. 2017, 52(6): 34-39.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20160461

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  通过对保护气氛电渣重熔工艺和普通电渣重熔工艺H13钢的锻材成分、氧化物夹杂的组成分析，研究了电渣重熔工艺H13钢中Mg-Al-O系夹杂物的形成机理及控制问题，并通过Factsage软件对Mg-Al-O系夹杂物的各优势区进行了理论计算。结果表明，保护气氛电渣重熔工艺中氧质量分数较低，仅为0.001 5%，氧化物夹杂主要是MgO·Al2O3，1～3 μm的小尺寸占比达到了62.5%；普通电渣重熔工艺中氧质量分数较高，达到了0.002 4%，Mg-Al-O系夹杂物以72.5%Al2O3＋27.5%MgO·Al2O3为主，含有4%的5～8 μm大尺寸夹杂物，1～3 μm小尺寸占比仅为37.8%，尺寸偏大。钢液中镁、氧质量分数的变化对MgO·Al2O3的优势区域影响较大，高镁、低氧有利于MgO·Al2O3生成，减小H13钢中氧化物夹杂尺寸。但MgO·Al2O3会作为大尺寸碳氮化物(Ti，Nb，V)(C，N)异质形核核心，后期对此问题还要做进一步研究。
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  底吹搅拌对复吹转炉脱磷工艺的作用分析

  曾加庆，杨利彬，王 杰，刘晓亮，姚同路，戴诗凡

  钢铁. 2017, 52(6): 40-44.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20160442

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  在分析讨论复吹转炉冶炼过程脱磷反应规律、常规转炉冶炼过程脱磷弊端的基础上，探讨了转炉冶炼过程脱磷时机选择与合理控制机制。基于转炉脱磷热力学与动力学条件分析得出，底吹搅拌能兼顾渣-钢界面搅拌和控制脱磷温度，是提高脱磷效率的主要动力学手段。通过水模试验模拟渣-钢之间的传质现象得出，转炉底吹元件数量和底吹强度的不同组合与渣-钢界面间的有效传质存在合适的匹配关系，随着转炉底吹强度增加，底吹元件个数应适当增加。转炉长寿命复吹效果不但取决于合理的供气元件选型、数量、布置及供气模式，更要依靠科学的底吹维护工艺制度。
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  吹氩钢脱氧铝消耗及脱氧工艺对夹杂物的影响

  王多刚，虞大俊，左康林

  钢铁. 2017, 52(6): 45-51.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20160445

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  由250 t转炉冶炼吹氩钢的生产数据分析，发现转炉脱氧工艺对脱氧铝消耗的影响大。出钢全脱氧工艺比半脱氧工艺的脱氧铝单耗高0.28 kg/t、脱氧铝利用率低8.3%；随转炉温度的上升或氧质量分数增加，脱氧铝单耗逐步增加，同时，转炉温度的上升会引起氧质量分数的增加。通过对SPHC板坯在两种脱氧工艺下的夹杂物分析，发现：宏观上两种脱氧工艺的全氧控制水平相当，约为0.002 0%；半脱氧工艺的氮质量分数为0.002 0%，全脱氧工艺时为0.002 5%。微观上，夹杂物主要为Al2O3、Al2O3-MnS、氧化物和[MnS/MnS-CuxS；]全脱氧与半脱氧工艺相比，Al2O3夹杂物平均尺寸小0.6 μm、Al2O3夹杂物比例低约25%、Al2O3-MnS夹杂物比例高约20%、硫化物比例低约5%。Al2O3夹杂物尺寸的减小易于Al2O3-MnS夹杂物的生成。
压力加工
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  热轧轧制压力横向分布规律及预测模型

  柴箫君，李洪波，张 杰，周一中，马珩皓，张鹏武

  钢铁. 2017, 52(6): 52-60.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20160473

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  轧制压力横向分布规律对快速轧辊轧件一体化模型的建立、轧辊磨损及辊形预测具有重要的意义。为简洁有效地描述轧制压力横向分布，提出了轧制压力横向分布表征指标，即边中比、高次程度、一次非对称度及三次非对称度。通过有限单元法建立了轧件三维弹塑性变形模型，并根据实测数据对模型边界条件进行设置，研究了不同因素影响下的轧制压力横向分布规律。考虑到各生产因素对轧制压力横向分布的影响不完全独立，不易获得函数表达式，以多组工况下有限元仿真结果为基础，建立多生产因素影响下的轧制压力横向分布人工神经网络预测模型，为轧辊轧件一体化快速计算模型的建立奠定了基础。
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  热轧相变过程变形抗力模型研究与开发

  李维刚，冯 宁，王慎德，严保康

  钢铁. 2017, 52(6): 61-66.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20160462

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  对精轧阶段存在相变的热轧钢种，因变形抗力随轧制温度的变化规律与常规的奥氏体轧制钢种显著不同，使得传统变形抗力模型的预报误差较大，严重影响这类钢种的轧制稳定性。为此，研发了一种热轧相变过程变形抗力模型，通过在原变形抗力模型基础上添加一个新的相变趋势项，该修正项为轧制温度的二次多项式函数，并根据钢种分类来精细优化适应不同钢种轧制的多项式待定参数。该模型目前已成功应用于涟钢CSP热连轧生产线变形抗力在线计算，实际生产应用表明，新模型上线后，变形抗力与轧制力的预报精度显著提高，轧制力模型预报误差12%以内的比例从83.3%提高到96.7%，满足了热连轧精轧相变带钢的稳定生产要求。
钢铁材料
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  20CrMnTiH钢唯象本构模型及动态再结晶行为

  龚乾江，，梁益龙，，杨 明，，姜 云，，徐 祥，，

  钢铁. 2017, 52(6): 67-75.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20160453

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  采用Gleeble-3800热模拟试验机对20CrMnTiH钢进行了等温热压缩试验，研究了该钢在变形温度为850～1 150 ℃、应变速率为0.01～10 s－1条件下的高温热变形行为，运用数学回归方法和热力学不可逆原理，建立了20CrMnTiH钢应变补偿的唯象本构方程和动态再结晶模型，并对该应变补偿的唯象本构模型进行了有效验证。在真应力-真应变曲线中，变形温度和应变速率对20CrMnTiH钢的流变应力影响显著，表现出正的应变速率敏感性和负的温度敏感性；由本构模型计算得到的流变应力值与试验值两者之间有很好的相关性[(R＝0.976 64)，]平均相对误差为5.544 2%；在应变硬化速率与流变应力关系曲线中，利用单一参数法和求解拐点法获得了不同变形条件下动态再结晶的临界应力[σc]和临界应变[εc]值，建立了临界应力、临界应变和Zener-Hollomon参数的数学模型[ε≥εc＝][0.007 9 lnZ－0.153 23，]且临界应变[εc]随着温度补偿应变速率因子[Z]的增加而增加。
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  强酸性氯离子环境下低合金钢的点蚀行为

  李 灏，柴 锋，杨才福，苏 航，罗小兵

  钢铁. 2017, 52(6): 76-82.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20160498

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  参照国际海事组织（IMO）发布的《油轮货油舱耐蚀钢性能标准》中所规定的模拟内底板试验方法，对比研究了在强酸性高氯离子浓度的环境下，传统低合金钢和耐蚀低合金钢的腐蚀速率及点蚀行为随温度变化的规律。试验结果表明，添加铜、镍元素的耐蚀低合金钢腐蚀速率较传统低合金钢最高降低了90%以上，并且具有优于传统低合金钢的抑制点蚀增殖、扩展的性能。耐蚀低合金钢表面及点蚀坑内部分布有白色颗粒，为铜元素的再沉积所致。该纯铜颗粒分布于试验钢表面可以有效提高钢的腐蚀电位，在点蚀坑内部的富集可以有效抑制点蚀坑在深度方向上的扩展。
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  低温轧制提高65Mn盘条塑韧性能机理分析

  晁月林，张 玮，邓素怀，孙齐松，柳洋波

  钢铁. 2017, 52(6): 83-86.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20160519

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  通过常规工艺、低温开轧、低温精轧3种试验工艺研究了低温轧制对提高65Mn塑韧性能的影响，利用金相显微镜OM、扫描电镜SEM、EBSD等分析了3种试验工艺的组织、大小角度晶界、晶粒尺寸以及片层间距，研究结果表明，低温工艺显著提高弹簧钢的面缩率，降低同圈波动；大小角度晶界、细化的原始奥氏体晶粒与珠光体球团、片层间距是弹簧钢塑韧性能提高的关键所在。
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  20MnSi中夹杂物对针状铁素体形成的影响

  张朝晖，刘 创，赵福才，刘世锋，孔维明，秦偲杰

  钢铁. 2017, 52(6): 87-93.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20160538

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  通过热模拟试验对20MnSi连续冷却过程中的相变规律进行了测定，通过电石、硅钙线脱氧及热处理得到了含有晶内针状铁素体试样，利用显微硬度仪对针状铁素体聚集区进行了显微硬度的测定，利用光学显微镜对晶内针状铁素体进行了形貌观察，利用扫描电镜和能谱仪对诱导针状铁素体生成的夹杂物的性质进行了分析。结果表明，20MnSi中可以形成晶内针状铁素体的冷却速度范围为5～20 ℃/s；能够诱发针状铁素体组织形核的夹杂物主要为MnS夹杂，其次为MnO·SiO2和MnS·SiO2夹杂，并且3类夹杂物的尺寸主要在小于3 μm的区间内；MnS夹杂促进针状铁素体形核是由应力-应变能和惰性界面能等原因共同造成的；高温加热和等温保温有利于使贫锰区减弱或消失，不利于针状铁素体的形成；高熔点夹杂物有利于诱导针状铁素体的形核，复合夹杂物和镶嵌存在的夹杂物可以为针状铁素体的形核提供多个合适的形核区，有利于促进多个针状铁素体的同时形核、长大。
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  热镀锌双相钢表面粗糙问题分析与控制

  李 研，张亮亮，于 洋，刘鸿明，齐 达，高小丽

  钢铁. 2017, 52(6): 94-100.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20160419

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  目前强度级别较高的双相钢产品已经可以普遍采用热镀锌工艺生产，热镀锌双相钢在生产过程中，表面出现明显的粗糙缺陷，形成边部与中部的色差，严重影响热镀锌双相钢产品表面质量。粗糙缺陷伴随粗糙度异常升高、锌层不均、抑制层形成不良、基板表面微裂纹等现象。分析认为，基板表面微裂纹是造成热镀锌双相钢表面粗糙的主要原因。热轧态组织和冷轧压下率是决定冷硬板浅表层微裂纹形成的关键因素。通过优化卷取温度及热轧卷厚度，改善热轧态组织及降低冷轧压下率，可有效控制冷轧板表面浅表层微裂纹的形成，从而良好解决热镀锌双相钢表面粗糙问题。
技术交流
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  莱钢2号1 880 m3高炉炉役后期稳定炉况生产实践

  刘元意，周生华

  钢铁. 2017, 52(6): 101-106.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20160424

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  针对莱钢2号1 880 m3高炉炉役后期生产特点，2013—2015年逐步采用了加长风口、优化布料制度和球团、生矿及焦丁平铺的技术措施，达到了稳定炉况、优化指标的目的。实际生产结果表明，加长风口长度有利于活跃炉缸中心，但需要上下部制度的配合；焦丁平铺后布在靠近炉墙位置，有利于改善边缘矿层的透气性，改善边缘矿石的还原，促进边缘气流的稳定和炉体软水水温差的稳定，有利于降低炉体热量损失，进而有利于降低高炉消耗。