2018年, 第53卷, 第10期　刊出日期：2018-10-15

  

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综合论述
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  铁矿烧结过程能耗数学模型的研究进展

  王海东，余海钊，范晓慧，李海亮，景 涛，郭 慧

  . 2018, 53(10): 1-7.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20180113

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  综述了铁矿烧结过程能耗数学模型的研究动态，重点介绍了烧结过程能耗分析与能源管理，热平衡模型、固耗预测模型、碳效模型和?效率模型等能效评价数学模型，以及烧结工艺参数优化等进展。同时展望了烧结过程能耗数学模型的研究方向，即创新能效评价方法，找出用能薄弱环节，并建立能耗数学模型科学评价烧结过程的能源消耗，在一定的指标参数和状态参数约束条件下最优化调节烧结工艺参数，最终提高烧结过程能效并实现绿色生产。
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  连铸保护渣中氟化物作用及影响分析

  赵俊学，赵忠宇，尚 南，卢 亮，王 泽，李小明

  . 2018, 53(10): 8-15.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20180122

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  为了探究氟化物的挥发机理以及对保护渣性能的影响，总结了国内外保护渣组成及性能测定、保护渣的应用、保护渣中氟化物作用、氟化物对炉渣性能的影响机制、氟化物挥发引起的环保问题等方面的相关研究结果，分析了存在的问题及下一步研究的方向。基于对保护渣中氟化物的作用及其高温挥发特性的认识，指出了氟化物挥发对炉渣性能测定影响的重要性及现行炉渣性能检测存在的问题，提出了改进测定方法，进而获得更好的保护渣性能参数的需求及设想，指出了搞清氟化物的挥发机理及规律对炉渣性能测定与控制及对冶金环保具有支撑作用。
原料与炼铁
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  适用于高炉冶炼不锈钢母液的含铬炉料制备

  朱德庆，杨聪聪，潘 建，郭正启

  . 2018, 53(10): 16-23.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20180054

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  使用低品位铬铁精矿（或粉矿）是提高不锈钢产品市场竞争力的有效措施，对精粉进行预先造块是提高熔炉冶炼效率、降低焦比不可缺少的步骤。回顾了中南大学使用低品位南非铬铁精矿制备高品质炉料用于高炉冶炼不锈钢母液工艺的相关研究及经验。前期扩大试验表明，任意铬铁精矿比例条件下均可制备出高强度氧化球团（＞2 500 N/个）和烧结矿。高压辊磨预处理是强化铬铁精矿造块的关键技术。为获得满足高炉冶炼要求的炉料冶金性能，南非铬铁精矿的使用比例应低于60%。球团烧结技术是对细粒铬铁精矿造块有效且较经济的技术手段，所得含铬烧结矿用于高炉冶炼不锈钢母液工艺是可行的。
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  并罐式无钟高炉布料过程偏析优化措施

  徐文轩，程树森，牛 群，董志宝，陈艳波

  . 2018, 53(10): 24-31.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20180131

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  基于国内某5 500 m3高炉，建立了并罐式无钟炉顶系统三维几何模型，利用离散单元法对高炉炉料从矿焦槽运动至料面全过程进行了分析，并通过1[∶]1模型试验对计算结果进行了验证。此外，分别研究了光面圆溜槽、料磨料圆溜槽、光面方溜槽和料磨料方溜槽等4种溜槽结构和600、650 和730 mm等3种喉管直径对布料过程落点偏析和流量偏析的影响。结果表明，计算结果与试验结果基本吻合。使用方溜槽有利于改善并罐高炉布料过程中的落点偏析和流量偏析，同时，溜槽上的料磨料结构有利于进一步改善偏析程度。使用600 mm喉管直径时也有利于改善并罐高炉布料过程中的落点偏析和流量偏析，在喉管内不堵料的情况下，使用尽可能小的喉管有利于改善偏析。
炼钢
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  稀土对含铜锡铁素体不锈钢中非金属夹杂物的影响

  李 阳，杜鹏飞，姜周华，姚聪林，秦国清，杨 光

  . 2018, 53(10): 32-37.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20180045

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  为定量研究稀土元素对含铜锡铁素体不锈钢中变质夹杂物、净化钢液的作用，基于FactSage热力学软件最小吉布斯自由能原理，模拟计算不同稀土添加量条件下钢中夹杂物转变规律。同时，结合实验室小坩埚热模拟试验发现，随着稀土质量分数的增加，含锡铜铁素体不锈钢中Al2O3夹杂变质成硬度较低的CeAlO3，MnS夹杂逐渐转变成CeS。钢中夹杂物逐渐转变为球状的稀土类夹杂，夹杂物尺寸为1～3 μm，同时钢中夹杂物总量有所下降。当钢中稀土质量分数增加到0.057%时，CeAlO3进一步转化成Ce2O3，钢中MnS也完全转变成CeS。然而，夹杂物尺寸、数量有所增加，反而使钢液进一步被污染。因此，从夹杂物控制角度考虑，试验钢中稀土最优添加量为0.035%。
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  热处理过程固态不锈钢中夹杂物的转变

  陈为本，任 英，徐海坤，王文博，张立峰

  . 2018, 53(10): 38-45.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20180166

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  通过Aspex夹杂物自动分析仪和场发射扫描电镜系统研究了氩气保护气氛下1 200 ℃的热处理对硅锰脱氧18Cr-8Ni不锈钢中夹杂物的影响。研究发现，在热处理前，不锈钢中夹杂物主要为MnO-SiO2液态夹杂物，其中含有少量的Cr2O3和MnS。热处理过程中，钢基体中的铬将MnO-SiO2夹杂物中的SiO2和MnO还原，在MnO-SiO2夹杂物表面生成MnO·Cr2O3尖晶石夹杂物。最终，MnO-SiO2夹杂物被完全变性为纯MnO·Cr2O3尖晶石夹杂物。此外，通过FactSage热力学计算软件计算了在不同热处理温度和不同钢液成分下夹杂物的生成和转变相图，可为本文夹杂物的转变提供理论解释。
压力加工
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  316L/EH40不锈钢复合板变形行为及初始层厚比设计

  金贺荣，戴 超，段昌新，王志勇

  . 2018, 53(10): 46-53.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20180132

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  应用MSC.MARC软件建立不锈钢复合板热轧成形三维热力耦合有限元模型，对不锈钢复合板热轧过程进行数值模拟，研究压下量、变形温度和初始层厚比对轧制复合变形区EH40层和316L层厚比变化规律的影响，得到了在轧制复合变形区内双金属分层变形量和层厚比变化情况的分布规律。根据数值模拟结果，建立了复合板各组元变形量与压下量的近似关系式，得到了初始层厚比计算的经验公式。通过试验与经验公式计算出的初始层厚比进行对比验证，得出层厚比误差在10%以内，有效控制了复合板层厚比精度。
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  基于热连轧实测数据的模型钢族层别优化

  李维刚，徐文胜，马 威，刘 翱，

  . 2018, 53(10): 54-60.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20180114

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  钢族层别是热连轧过程控制最重要的基础配置数据之一，对轧制模型设定精度具有重要影响。现有的钢族层别划分以人工经验为主，主要依靠碳当量来对钢族进行划分，存在划分不合理、难以满足实际生产需要等不足。鉴于此，提出一种新的线聚类算法来对钢族层别分类进行优化。首先，大量收集某钢族层别的轧制历史数据；其次，绘制各带钢变形速率与变形抗力数据的散点图，并观察数据散点的带状分布特征；最后，采用线聚类算法来优化钢族层别的分类，挑选分离度较大的钢种到新的钢族。目前，该技术已在宝钢1 880等多个热连轧模型调试中使用，对热连轧工程的达标达产和产品验证起到重要支撑作用。
钢铁材料
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  超声振动影响低碳钢热压缩过程的分析和试验

  贺庆强，朱 寒，耿春丽，柴万里，刘建国

  . 2018, 53(10): 61-66.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20180010

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  为研究超声振动对低碳钢热变形中奥氏体再结晶过程的影响，基于Gleeble-1500热模拟试验和对变形后淬火试样原始奥氏体晶界观测，构建Q235钢热压缩变形抗力和奥氏体平均晶粒尺寸数学模型，对超声振动和常规压缩变形条件下低碳钢圆柱试样的热压缩过程进行仿真分析。结果表明，超声振动导致试样一端变形如倒置的伞状，发生奥氏体动态再结晶所需临界变形程度明显降低；奥氏体动态再结晶首先从试样超振激励端开始，变形后试样内最小奥氏体晶粒尺寸约为20 μm；超声振动变形试验表明，试样表层组织纳米化，内部晶粒尺寸相比常规压缩明显细化。
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  铈对2.9%Si-0.8%Al无取向硅钢再结晶组织和织构的影响

  李 娜，代 威，王永强，李凯轮，项 利，仇圣桃

  . 2018, 53(10): 67-73.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20180082

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  利用OM、SEM/EBSD、OIM等手段研究了铈对2.9%Si-0.8%Al无取向硅钢再结晶过程中组织和织构的影响，重点探讨了铈对再结晶率和再结晶晶粒平均尺寸、初始再结晶织构以及再结晶过程中织构演变规律的影响，并分析了其机理。结果表明，含铈试验钢的再结晶率和平均晶粒尺寸均高于不含铈试验钢，且含铈试验钢的再结晶形核织构中有利织构所占的比例更高，对磁性能不利的{111}面织构所占的比例更低。主要原因是无取向硅钢中适量的铈能够有效抑制MnS等微细夹杂的析出并使AlN和Al2O3等夹杂球化、粗化，阻碍了{111}位向的晶粒在夹杂物周围的优先形核和长大。
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  回火工艺对900 MPa级热轧卷板组织与性能的影响

  刘旭辉，曾 斌，梁 亮，李昭东

  . 2018, 53(10): 74-78.
  https://doi.org/10.13228/j.A2018-0190boyuan.issn0449-749x.20180190

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  随着轻量化要求的进一步提高，屈服强度900 MPa级高强度钢在工程机械、汽车等领域逐步得到推广应用。与基于相变强化的传统调质生产工艺不同，采用TMCP＋回火工艺开发析出强化型900 MPa级铁素体钢板，着重研究回火工艺对热轧卷板显微组织与力学性能的影响。结果表明，热轧卷板经550～650 ℃回火热处理后，强度、硬度和冲击韧性显著提高，断后伸长率变化不大；经650～700 ℃回火热处理后，强度和硬度大幅度降低。热轧卷板的基体组织为细晶准多边形铁素体组织，经回火热处理后，平均晶粒尺寸增大，热轧晶粒尺寸越细小，长大越明显。550～650 ℃回火促使纳米钛钒碳化物进一步析出是回火钢板强度和硬度提高的主要原因；700 ℃回火时铁素体晶界出现了数百纳米至1 μm的渗碳体颗粒，纳米钛钒钼碳化物减少，降低了沉淀强化作用，铁素体晶粒也粗化，导致了强度下降。
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  440 MPa级新型高强度烘烤硬化钢的组织与性能

  惠亚军，潘 辉，肖宝亮，吴科敏，李晓林，张大伟

  . 2018, 53(10): 79-84.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20180090

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  为了开发440 MPa级新型高强度热轧烘烤硬化钢，采用OM和TEM等仪器对其组织与性能进行了分析，研究了其强化机制与烘烤硬化机理。结果表明，显微组织为铁素体与少量珠光体的混合组织，随着氮质量分数增加与卷取温度的下降，铁素体晶粒变得更加细小；低氮钢在630与600 ℃卷取温度下铁素体晶粒平均尺寸分别为8.34与7.89 μm，细晶强化对屈服强度的贡献值分别为190与196 MPa；高氮钢在630与600 ℃卷取温度下铁素体晶粒尺寸分别为6.93与6.71 μm，细晶强化对屈服强度的贡献值分别为209与212 MPa。烘烤硬化处理后屈服强度与抗拉强度均呈现出上升的规律，在相同的预应变量下，晶粒尺寸越小，氮质量分数越高，抗拉强度上升值越大；高氮钢在10%预应变下BHT（bake hardening，tensile strength increase）值均在70 MPa以上，抗拉强度达到500 MPa以上，主要是由于预应变导入的位错在烘烤处理时变得坚固，并在塑性变形时促进了位错扩大再生。
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  高铬铁素体不锈钢446盘条组织和性能

  林仁敢，徐惠松

  . 2018, 53(10): 85-89.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20180093

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  为了稳定和优化大生产工艺，对高铬铁素体不锈钢446（0.035C，0.50Mn，0.025P，0.003S，0.49Si，25.25Cr，0.030N）（质量分数，%）盘条在不同热处理工艺下的力学性能和微观组织进行研究。结果表明，经800 ℃恒温4.5 h退火后，盘条抗拉强度为540 MPa、屈服强度为377 MPa、断面收缩率为86.5%，晶粒度达到7.5级，446盘条具有最佳的综合力学性能；780～880 ℃退火处理对盘条晶粒度影响较小，高铬铁素体不锈钢很难通过热处理手段矫正其粗晶组织，而当退火温度超过920 ℃时盘条晶粒组织发生异常长大行为。通过将氮元素质量分数控制在0.08%～0.20%可有效抑制446N盘条晶粒粗化，晶粒度达到10.0级。
装备技术
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  基于大型铁矿石熔滴检测设备的综合炉料性能

  邸 航，何志军，阎丽娟，仇 爽，湛文龙，张军红

  . 2018, 53(10): 90-94.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20180116

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  铁矿石的高温软熔滴落性能影响高炉内软熔带的形状及位置，进而影响高炉操作的稳定顺行。国内外传统的铁矿石熔滴检测设备存在坩埚尺寸小，试样量少等问题，导致无法客观地模拟高炉实际生产中复杂的炉料结构，同时试验结果波动较大，重现性差。使用大型铁矿石熔滴检测设备，测定了不同炉料结构下含铁炉料的高温软熔滴落特性，同时对比了传统小型熔滴检测设备，结果表明，随着块矿使用比例的增加，大型铁矿石熔滴检测设备测定的炉料的滴落温度[td]值随之减低，熔滴特征值[S]值呈相反规律；试验过程中料层出现的压差[ΔP]值达到峰值后呈现一定幅度的动态变化，初渣试样主要成分为黄长石类矿物及硅酸二钙（C2S）等，且料层的收缩率[ΔH]值明显增大，符合炉内铁矿石还原过程的生产实际。
技术交流
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  钢铁流程煤基能量高效转换与钢-电联产模式

  李洪福，温燕明

  . 2018, 53(10): 95-98.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20180156

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  针对钢铁制造流程能源结构特点，在解析流程中能量转换过程的基础上，提出了钢铁制造流程煤基能量系统的概念，并对煤基能量及煤基能量系统进行了界定。通过定量与定性分析，研究了煤基能量在钢铁制造流程中的转化与耗散规律。在系统效率分析的基础上，指出钢铁制造流程能量流的核心是煤的转换与二次能源的回收利用问题，当前实现煤气资源与余热资源的高效回收利用是提升钢铁制造流程系统能源效率的关键。在“冶金流程工程学”等理论的指引下，提出了实现钢铁制造流程煤基能量系统集成优化及高效运行的主要原则，并通过开展建模与实践研究，探索了以系统优化方法优化能量流网络、构建高效钢-电联产运行模式的可行性。