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2018年, 第53卷, 第12期 刊出日期:2018-12-15
  

  • 全选
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    综合论述
  • 马富涛,张建良,张 磊,焦克新,郝良元,刘福龙
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    高炉专家系统是近几十年铁前数模技术高度集成的典型代表,回顾了铁前专家系统的发展历程和概况,剖析了高炉专家系统技术存在的历史局限性和技术瓶颈,着重介绍了近年来铁前数模技术的继承与发展,以及取得的成效,最后从钢铁行业需求出发,探讨了大数据及机器学习技术在铁前领域尤其是高炉领域的应用前景和研究方向。
  • 原料与炼铁
  • 高 鹏,赵丹宁,王 平,李华军,余长有,魏汝飞
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    提高高炉喷煤比对降低焦比有着重要影响。以6种原煤煤粉、4种混合煤粉为原料,进行煤粉工业及煤岩组分分析、热重分析。研究了富氧率、煤粉粒度、风温对煤粉燃烧率的影响。结果表明,富氧率提高,对烟煤、软煤的燃烧率作用较大,对硬煤燃烧率作用较小;粒度对烟煤和软煤的燃烧率影响较大,硬煤的燃烧率只有在其粒度大于0.074 mm的比例大于65%时有明显提高;热风温度升高,烟煤的燃烧率提高最大,对软煤的燃烧率有一定作用,对硬煤的燃烧率作用不大;在配煤方面,应该适当增加软煤配比,降低硬煤配比,稳定烟煤配比。马钢4 000 m3高炉煤比从140增加到160 kg/t时,除尘灰中的未燃煤粉增加 2.22 kg/t。
  • 付忠旺,莫朝兴,陈小敏,赵 勇,尉迟鹤鹏,吴 铿
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    为探究铁矿粉烧结液相的流动性规律,采用流动性特征数表征烧结液相的流动性能。该特征数综合了液相流动过程的各种重要过程信息,包括实际烧结生产中的烧结温度信息,从而能够更客观、更准确地区分出不同矿粉流动性能的差异。通过改变铁矿粉中的化学成分,研究不同成分非铁氧化物对液相流动性特征数的影响。结果表明,随着铁矿粉中SiO2、Al2O3、MgO质量分数的增加,液相流动温度逐渐升高,流动速率逐渐降低,流动性特征数下降,但影响的程度不同,因此,三者的质量分数应控制在一定范围内;碳质量分数对铁矿粉流动性特征数的影响与铁矿粉中铁氧化物的组成有关。
  • 高强健,何耘丰,刘 曌,杨富才
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    喷煤过程煤粉的爆炸性是冶金行业十分重视的问题。探究了影响煤粉爆炸性的主要因素,并提出了抑制煤粉爆炸的措施。研究表明,烟煤与无烟煤的合理混煤可有效抑制粉体的爆炸性,随着无烟煤比例的增加,煤粉的爆炸性逐渐减弱,合理混煤比例既保证了安全喷吹又实现了喷煤成本最低的目标。粉体物性对其爆炸性同样具有较大的影响。当挥发分质量分数由24.63%增至30.65%时,煤粉的爆炸性显著增强;而随着煤粉粒度小于0.074 mm 比例由100%降至50%,煤粉的爆炸性呈减弱的趋势。另外,气氛中氧气的体积分数增大,煤粉爆炸性显著增强,空气中不具有爆炸性的粉体,在高氧气体积分数的气氛下表现出极强的爆炸性;添加MgCO3·5H2O可有效抑制煤粉的爆炸,添加剂配比增至6.0%时,爆炸性指数最高降幅可达61.67%,因此,MgCO3·5H2O有良好的抑爆效果,必要时可适当添加抑制煤粉爆炸。
  • 寇明银,吴胜利,周 恒,于亚光,顾 凯
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    为从源头数据保证离散单元法(DEM)模拟的精确性,有必要对模拟用的炉料系数进行试验测量。试验测定了DEM模拟用高炉炉料间的静摩擦因数和恢复系数,然后通过验证休止角的方式确定了动摩擦因数,从而建立了高炉DEM模拟所用炉料的相关参数,为高炉DEM精确模拟提供了数据库,奠定了良好的基础。
  • 炼钢
  • 娄文涛,刘 壮,王晓雨,朱苗勇
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    为了提高底吹氩钢包脱硫效率,建立了CFD-SRM耦合模型描述底吹氩钢包内渣-金反应及脱硫行为,考虑了钢包内底吹引起的湍流流动和渣圈中氧气吸收及氧化反应等因素对渣-金反应动力学的影响规律,通过80 t钢包热态试验验证了数学模型,并揭示了不同吹炼制度对底吹氩钢包脱硫效率的影响规律,得出合理的优化参数。结果表明,气液两相流对组分质量传输速率和脱硫效率有着重要影响,CFD-SRM耦合模型可以准确预测底吹钢包内的渣-金反应和脱硫行为,钢包双孔喷吹的脱硫效果对单孔中心和偏心布置更优。随着渣-金高度比的增加,脱硫效率增加,当渣钢高度比超过0.04时,脱硫效率变化很小;随着底吹流量的增加,脱硫率先增大后减小,但当底吹流量超过300 L/min(标准态)时,钢液脱硫率开始降低。
  • 刘延强,张 鹏,何文远,杨晓山,黄财德,赵长亮
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    针对X65管线钢探伤不合缺陷,从夹杂物转变过程分析了缺陷产生的原因,并提出了合理的钙处理工艺,达到控制B类夹杂物、降低探伤不合发生率的目的。研究结果表明,原工艺冶炼过程中夹杂物的转变过程为Al2O3→MgO-Al2O3→MgO-Al2O3-CaO→CaO-Al2O3,且最终夹杂物主要为低熔点区的高CaO质量分数钙铝酸盐;通过热力学计算,针对管线钢夹杂物控制提出了新的夹杂物控制目标,并建立了钙处理模型,根据实际的钢液条件计算钙处理控制窗口,用于指导不同w([S])、w(T[O])条件下的合理喂钙量。通过优化处理工艺,钢中钙质量分数由原工艺的0.003 0%~0.004 0%降低至0.001 0%~0.002 0%,铸坯中夹杂物类型为MgO-Al2O3-(CaO)-CaS低熔点和高熔点相复合的夹杂物,B类夹杂不大于2.0的一检合格率由96.5%提高至97.5%,夹杂物引起的探伤不合格率由10.0%降至1.5%以下,提高了管线钢的产品质量。
  • 吴国庆,邱明罡,代宗岭,陈卫强,张温永
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    中冶京诚工程技术有限公司(以下简称中冶京诚)致力于国产化大方坯连铸机的自主设计和自主创新,长期以来对于提升铸坯质量的关键技术的研发取得了突破性的进展。介绍了中冶京诚自主设计6机6流合金钢大方坯连铸机的核心技术与关键装备,系统描述了保证铸坯质量的关键技术的设计特点,重点阐述了电磁搅拌及轻、重压下技术在改善铸坯内部质量方面的应用情况,详细介绍了连铸机生产典型高碳磨球钢实际的冶金效果,指出了大方坯连铸技术的发展趋势。生产实践表明,恒定拉速下,确定合理的末端搅拌安装位置和轻、重压下技术实施区间,优化搅拌及压下工艺参数,可以显著降低高碳钢大方坯中心偏析及“V”型偏析,改善中心疏松,消除中心缩孔。连铸生产310 mm×360 mm断面典型钢种BU(w(C)=1%),稳定拉速约0.5 m/min,铸坯试样沿厚度方向碳偏析指数为0.93~1.08,沿纵剖中线方向碳偏析指数为0.95~1.09,中心疏松不低于行业1级标准(YB/T 4002—2013)。
  • 压力加工
  • 任忠凯,王 涛,王跃林,范婉婉,付文石,郭雄伟
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    轧制力模型的准确性对轧制过程中轧件厚度的控制起着决定性的作用。传统的轧制力模型假设轧辊为圆弧形,但是随着极薄带厚度的减小,变形区接触弧长远远大于轧件厚度,此时轧件已被压扁为非圆弧形轮廓。针对上述问题,Fleck基于赫兹接触理论准确求解了变形区轧辊轮廓,从而建立了新的轧制力模型,但是,Fleck解析方法比较复杂,针对不同的轧制工况建立了不同的计算方法。为了建立简化的解析方法,不仅统一了整个变形区轧制压力与摩擦力的表达式形式,而且忽略了中性区弹性卸载现象。通过对比简化模型计算结果与Fleck模型计算结果、实测的变形区轮廓,验证了简化解析模型的准确性。利用该简化模型分析了不同因素对变形区接触弧轮廓及接触压力分布的影响。结果表明,随着来料厚度减小、工作辊弹性模量减小、压下量增大,变形区轧辊弹性压扁越来越严重。
  • 胡 柯,沈新玉,曲义振,戴小华,马晓宝,王东城,
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    针对六辊UCM可逆冷轧机的断面形状控制问题,首先通过模拟计算揭示冷轧带钢的变形机理,分析中间辊窜辊、工作辊弯辊、中间辊弯辊3种调控手段对带钢断面形状与平直度的控制效果,指出3种调控手段的局限性;然后分析了工作辊辊型对带钢断面形状与平直度的控制效果,得到辊型设计的基本原则;进而提出一套适用于UCM可逆冷轧机的“辊型精细优化+目标平直度调整”的断面形状控制技术方案,最终提高了冷轧边缘降控制效果。将上述技术方案应用于3套1 420 mm UCM可逆冷轧机,硅钢横向同板差显著减小,为同类轧机断面形状控制提供了有益参考。
  • 钢铁材料
  • 耿思远,杨卯生,赵昆渝
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    为了提高宇航轴承的寿命和可靠性,研究了轴承用高钴钼不锈轴承钢在不同温度下的高周旋转弯曲疲劳性能和失效形式。结果表明,随着温度的升高,试验钢的疲劳极限强度逐渐下降,利用升降法测得25、300、500 ℃条件下疲劳极限强度分别为927、840、667 MPa,与25 ℃相比,300、500 ℃条件下疲劳极限强度分别降低了9.4%、28.0%。25 ℃时裂纹萌生是由表面沟壑导致的应力集中引起的,当温度上升至300 ℃时,疲劳试样基体硬度下降,在长时间交变应力作用下出现驻留滑移带,并且由于碳化物析出和长大,加速了表面沟壑萌生裂纹的形成。500 ℃时基体硬度继续下降,使驻留滑移带更容易产生。在热力耦合作用下,疲劳试样边缘析出碳化物,在长时间热作用下碳化物长大,驻留滑移带内碳化物与位错交互作用,在碳化物边缘上萌生微小裂纹。碳化物的析出和长大加速了疲劳裂纹的扩展。
  • 刘 鑫,冯光宏,张宏亮,齐渊洪
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    方坯直轧工艺是棒线材轧制生产未来发展趋势,该工艺是指通过提高连铸机钢坯温度并将高温钢坯直接送入轧机进行轧制的新工艺。为了掌握方坯直轧工艺对HRB400钢筋组织和性能差异性的影响,运用有限元方法对方坯轧制过程进行模拟。研究了方坯直轧工艺对定尺长度为9 m的钢筋内各相体积分数及晶粒尺寸分布的影响,同时结合力学本构方程预测了钢筋的力学性能。结果表明,方坯直轧工艺生产的钢筋微观组织主要由铁素体、珠光体和微量贝氏体构成,其平均体积分数分别为61.4%、38.4%和0.2%,相比于传统热轧工艺,方坯直轧工艺可实现提高珠光体体积分数、降低铁素体体积分数的作用;方坯直轧工艺可使钢筋在轴向上的晶粒尺寸分布存在一定差异,钢筋头部、中部和尾部区域的晶粒尺寸平均值分别为7.4、7.9和8.5 μm;另外,钢筋屈服强度的上限值和下限值分别为454和449 MPa,说明9 m的钢筋头尾屈服强度相差5 MPa,其力学差异性不可忽略。
  • 付贵勤,李东亮,朱苗勇
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    为了研究工业大气污染对含铬耐候钢腐蚀行为的影响,经真空感应熔炼、轧制含铬和无铬两组耐候钢,以NaCl、NaHSO3为腐蚀介质,通过干湿循环加速腐蚀试验、腐蚀失重分析并结合XRD、SEM等方法,分析对比了含铬耐候钢在含SO2以及不含SO2海洋大气环境中的腐蚀行为。结果表明,在Cl?、Cl?+SO2环境下,铬均降低了钢的腐蚀深度,SO2加重了钢的腐蚀。试验钢锈层均主要由α-FeOOH,β-FeOOH,γ-FeOOH和Fe3O4构成,质量分数有所区别;在Cl?+SO2环境下,合金铬对α-FeOOH的形成有促进作用;SO2明显抑制了含铬钢中β-FeOOH的形成,降低了γ-FeOOH和Fe3O4的质量分数,并促进了含铬钢中α-FeOOH的形成。单一Cl?环境中,含铬钢锈层有明显分层现象,外锈层疏松,内层致密;在Cl?+SO2环境下,含铬钢锈层无明显分层现象。在Cl?+SO2环境下,无铬钢中硫、氯元素富集于内锈层;含铬钢中铬在试验钢内锈层出现一定的富集,氯元素均匀分布于锈层中,硫元素在外锈层处富集。
  • 江 波,陈 刚,赵 海,肖蔚荣,刘 鹏,任学冲
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    为了准确评估含缺陷车轮轮辋的安全性,通过对I型裂纹、II型裂纹及不同加载条件下的I+II复合型裂纹的疲劳试验,对中碳车轮钢疲劳裂纹扩展方向及门槛值进行了研究,得到了车轮钢复合型裂纹疲劳扩展的门槛值,验证了适合中碳车轮钢材料的复合型裂纹疲劳扩展预测准则。结果表明,在I+II复合型裂纹疲劳扩展试验中,裂纹扩展方向与最大切向应力(MTS)裂纹扩展准则预测值基本吻合。不同加载状态下I+II复合型裂纹疲劳扩展等效门槛值ΔKth,equ(力值比R=0.5)为3.0~3.8 MPa·m1/2。II型裂纹疲劳扩展时,微裂纹主要在主裂纹尖端剪应力作用下形核,受到拉-剪应力的一侧裂纹持续扩展,而受到压-剪应力的一侧裂纹可以形成,但扩展几十微米后停止扩展。
  • 龚雪婷,武志广,李 鑫,赵孟雅,彭 涛
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    为了优化20Cr1Mo1VTiB螺栓钢的热处理工艺,采用SEM、TEM和力学性能测试等手段,研究了热处理工艺对该钢组织及性能的影响。结果表明,20Cr1Mo1VTiB钢热处理态组织为贝氏体,主要强化相为VC与针状M3C相。随着淬火温度的提高,VC逐渐溶解,固溶强化作用增加,室温和高温强度上升、韧性下降。在较低温度下回火,贝氏体板条位错密度高、组织应力大,强度高、韧性差;提高回火温度,VC逐渐长大,基体逐渐发生回复,室温和高温强度降低,韧性显著升高。1 030 ℃淬火+720 ℃回火后,20Cr1Mo1VTiB钢体现出良好的强韧性匹配。
  • 环保与能源
  • 夏 添,向志东,贺 铸,胡守天,骆忠汉
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    气氛含水量对取向硅钢高温退火的工艺质量具有显著影响,因此深入研究了环形炉高温退火中钢带层间含水量的变化规律。分析了钢带涂层中Mg(OH)2分解速率与升温速率之间的关系,并通过试验证实了内罩内水蒸气分布的均匀性,建立了环形炉高温退火水扩散模型。结果表明,由于钢卷在退火过程中内部的升温速率不均,使得不同区域Mg(OH)2的分解速率也不相同,钢卷的排水过程长达28 h。保护气氛的成分和钢带层间气隙的大小对排水速率影响显著,不同工况下,钢卷平均含水量可相差20%以上。此外,钢卷下端面与底板接触紧密,排水不畅,使用镂空底板可以大幅降低钢卷层间平均含水量。
  • 装备技术
  • 魏洁平,许志强,孙明翰,朱志旺,王海军,杜凤山
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    为了探究双辊薄带铸轧技术中施加的机械振动对铸轧带坯微观组织及力学性能的影响,设计并制造了?500 mm×350 mm微振幅双辊薄带铸轧机。以该铸轧机为试验平台进行了多次工艺探索试验,最终确定了能够实现振动铸轧稳定生产的合理工艺参数。分别对振动与无振动两种工艺条件下所得20CrMn合金钢铸轧带坯的显微组织和力学性能进行了检测与分析,结果表明,与传统铸轧带坯相比,振动铸轧带坯法向面的平均晶粒尺寸由70减小至35 μm,带坯纵截面振动侧和非振动侧晶粒也得到不同程度的细化;振动铸轧较传统铸轧所得带坯沿垂直轧制方向屈服强度、抗拉强度和伸长率分别提高了21.36%、27.35%和42.86%。以上研究结果证明,机械振动能有效改善带坯微观组织,细化晶粒,并提高其力学性能。