2018年, 第53卷, 第6期　刊出日期：2018-06-15

  

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综合论述
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  中国钢铁企业尘泥处理现状及展望

  张建良，李 洋，袁 骧，刘征建

  . 2018, 53(6): 1-10.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20170545

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  钢铁生产过程中产生大量尘泥，其中含有大量的碳、铁、锌、铅、钾、钠等有价元素，如果不采取适当的方法对其进行处置，不仅会造成环境的污染，还会引起资源的浪费。着眼于尘泥的综合高效处理技术，首先对钢铁企业全流程各工序尘泥的特征工艺参数进行了分类；在此基础上，分析对比了当前应用较广的几种典型的尘泥处理工艺；最后，结合中国实际情况对未来钢铁企业尘泥处理工艺进行了展望，并提出了一种新型的尘泥处理工艺，以期实现钢铁企业尘泥二次资源的高效综合利用。
原料与炼铁
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  白云鄂博磁选精矿中磷的赋存状态

  赵 伟，张 婧，罗果萍，曹 斌，朱建国

  . 2018, 53(6): 11-18.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20170453

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  经选矿得到的白云鄂博铁精矿中磷质量分数普遍高于一般铁矿，为了综合利用白云鄂博铁精矿资源，脱除矿中的有害元素磷显得尤为关键，因此，有必要系统地研究白云鄂博铁精矿中磷的赋存状态及嵌布特征。通过测定不同粒级白云鄂博铁精矿的化学成分，研究铁品位、磷质量分数与矿粉粒度之间的相互关系；利用X射线衍射、扫描电镜、能谱仪并辅以自动矿物分析系统确定白云鄂铁精矿的物相组成、含磷矿物与含铁矿物及周围脉石的嵌布关系；并运用图像处理软件Image Pro-Plus对含磷矿物的尺寸进行统计。研究结果表明，随着铁精矿粒度由150～250 μm减小到小于45 μm，铁品位由56.20%升高到67.60%，磷质量分数由0.122%降低到0.044%；矿中磷元素主要以独居石和磷灰石（含氟磷灰石）的形式存在，其中独居石占总磷量的15.38%，磷灰石占总磷量的84.62%，脱除以磷灰石形式存在的磷元素是脱磷的关键；含磷矿物的平均直径为51.66 μm，多被脉石矿物包裹，或与磁铁矿紧密相邻，其周围的脉石矿物主要有碳酸盐类云石矿物、硅酸盐类闪石矿物以及硅铝酸盐类云母矿物；其含磷矿物嵌布关系较为复杂，通过磁选很难将该矿中磷质量分数脱除到一定范围；为磷的脱除奠定了基础。
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  添加剂对煤灰熔融性能的影响

  兰臣臣，吕 庆，朱二涛，张淑会，王书桓，李福民

  . 2018, 53(6): 19-25.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20170465

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  为实现煤造气炉液态排渣，利用灰熔点测定仪研究了CaO、 Fe2O3和Na2O 3种添加剂对煤灰熔融性能的影响。结果表明，随着CaO添加量的增加，煤灰流动温度先降低后升高，CaO添加量为20%时，流动温度达到最低；随着Fe2O3添加量的增加，煤灰流动温度逐渐降低；煤灰流动温度随着Na2O添加量的增加而逐渐降低，当Na2O添加量由0增加至5%时，煤灰流动温度降低幅度较大，继续增加Na2O的添加量时，其对煤灰流动温度的降低作用减弱，Na2O对煤灰软熔区间的降低作用最强。随着Na2O添加量的增加，煤灰渣的黏度和熔化性温度都逐渐降低。综合考虑，建议选取Na2O作为添加剂，添加量为5%～7%。
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  负载量对ZnO/半焦复合脱硫剂性能的影响试验

  窦冠雄，龙 跃，张良进，桑蓉栎，潘向阳

  . 2018, 53(6): 26-30.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20170517

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  活性半焦价格低廉，其性质与活性炭相近，脱硫脱硝能力强，是良好的催化剂和催化剂载体，对烧结烟气污染物有明显的脱除效果，可以回收再利用，具有广阔的应用前景。采用水热合成法，以半焦为载体、醋酸锌（ZnAc）和六次甲基四胺（HMT）为反应物、聚乙二醇作表面活性剂的水-醇体系中制备了负载氧化锌的活性半焦。借助SEM、TEM、FT-IR等检测手段对制备的样品进行表征，考察不同ZnO负载量对ZnO/半焦复合脱硫剂的影响，并评价不同负载量的ZnO/半焦脱硫剂的SO2吸附性能。结果表明，在水热时间为12 h，水热温度为180 ℃条件下，ZnO负载量为0.003 mol时负载的ZnO形貌最佳，负载效果最好，且当ZnO负载量为0.001 5 mol时脱硫效果最优。
炼钢
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  转炉炼钢低碱度钢渣的高效脱磷与固磷

  吕延春， ，王新华，秦登平，刘 洋，王海宝

  . 2018, 53(6): 31-38.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20170515

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  磷的去除由磷的氧化与磷的固化两个环节组成，氧化脱磷需要钢渣的大渣量、高碱度、高氧化性；但是从固磷角度来讲，渣中较低的[FetO]有利于固磷相C2S（2CaO·SiO2）的稳定存在。在较低碱度条件下，通过控制转炉冶炼中后期冶炼枪位、供气强度，控制冶炼中后期渣中的氧化亚铁，通过渣相分析发现，[R＝3.1、][w((FeO))＝13.9%]的渣系中固磷相C2S比例明显高于[R＝4.0、][w((FeO))＝19.7%]渣系中固磷相C2S的比例，并且前者的渣中平均[w((P2O5))＝2.5%，]部分炉次[w((P2O5))]可以达到3.55%，高于后者的平均值2.22%。通过采用低碱度、低氧化铁渣系，实现了炼钢辅料消耗低于常规冶炼工艺的目的。
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  转炉底吹元件非均衡供气搅拌的冷态水模拟

  于鹏飞，刘小亮，曾加庆，林腾昌，杨利彬

  . 2018, 53(6): 39-46.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20170464

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  通过水模试验，研究了复吹转炉底吹强度、布置模式、流量分配比对熔池中渣-钢间传质系数的影响。试验表明，渣-钢间传质系数随着流量分配比的增大，存在先升高后降低的规律，且不同底吹强度下拐点位置不一致。混匀时间随流量分配比的增大先降低再升高。在连续布置下，对于0.20 m3/（t·min）的底吹强度，底吹流量分配比为4[∶]1时，渣-钢间传质效果最优，与常规底吹均衡供气方式相比，渣-钢间传质系数能够提高81.4%。在间隔布置下，对于0.15 m3/（t·min）的底吹强度，底吹流量分配比为2[∶]1时传质效果最优，渣-钢间传质系数能够提高42.5%。连续布置比间隔布置提高渣-钢间传质效果更好。
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  低碱度渣冶炼304不锈钢脱硫热力学和工业试验

  韩少伟，郭 靖，陈兴润，郭汉杰，段生朝，

  . 2018, 53(6): 47-52.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20170496

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  为了减少不锈钢超薄板的表面缺陷，确定合适的工艺同时满足304不锈钢脱硫及夹杂物塑性化的要求。基于共存理论建立了冶炼304不锈钢九元渣系的组元活度计算模型和硫分配比[LS]计算模型，并与实际生产数据对比，发现AOD脱硫期及LF末期[LS]计算值与实测值吻合较好。理论结果显示，AOD炉渣碱度在1.4～2.4变化时，[aCaO]与碱度呈线性关系，得出了不同条件下精炼渣最低理论碱度，对实际生产具有一定的指导意义。由于低碱度渣脱硫效果较差，提出在AOD高碱度精炼渣脱硫、LF低碱度精炼渣使夹杂物塑性化的工艺，并进行了工业试验，结果表明，硫质量分数符合要求，钢中夹杂物处于塑性区域，为减少不锈钢超薄板的表面缺陷提供了可行方案。
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  大方坯结晶器内的多物理场模拟优化

  文艳梅，韩延申，刘 青，张炳祥 ，曾凡政，管 敏

  . 2018, 53(6): 53-60.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20170542

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  针对某钢厂生产断面为240 mm×240 mm的42CrMo钢的方坯结晶器，采用有限体积和有限元相结合的数值模拟方法计算结晶器内的多物理场。首先，通过对结晶器内流动和凝固耦合计算优化水口浸入深度和拉速；其次，基于优化后的流场，采用磁场和流场耦合求解的方法得到优化的电流强度和电流频率。磁场模拟结果与现场实测数据较为吻合。研究表明，水口浸入深度为100 mm、拉速为0.7 m/min时可以获得优化的流场；基于该流场施加电磁搅拌后，搅拌器的电流强度从100增大到400 A时，钢液切向速度从0.042提高到0.300 m/s，而电流频率对钢液的流动影响较小。进而得出，优化的工艺操作方案为水口浸入深度为100 mm，铸坯拉速为0.7 m/min，电流为400 A，电流频率为2 Hz。
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  基于力反馈模型的板坯连铸液芯终点位置判定

  金 昕，温 习，史学亮，刘大伟，任廷志，

  . 2018, 53(6): 61-69.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20170584

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  为了更加准确地判断连铸轻压下过程中板坯的液芯凝固终点位置，从而确定合理的压下位置以及压下区间，改善连铸板坯产品质量，通过分析凝固坯壳在轻压下过程中的力学行为特性，建立基于力反馈的板坯轻压下液芯凝固终点位置动态判定模型。利用模型计算得到轻压下扇形段各夹辊支反力以及总支反力随液芯凝固终点位置的变化规律，通过分析液芯凝固终点位置变化时各夹辊支反力以及总支反力的变化规律，提出基于力反馈模型判定液芯凝固终点位置的方法，并通过射钉试验验证了力反馈模型的准确性。
压力加工
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  连铸坯倒角对粗轧宽展的影响及宽度模型改进

  苏 岚，宋 勇，郑永刚，高志刚

  . 2018, 53(6): 70-75.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20170591

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  带倒角的结晶器能够改善连铸板坯角部在矫直段的高温延展性，显著减少角横裂的发生。然而，连铸坯的倒角对粗轧过程宽展量有很大影响。通过建立粗轧过程板坯形变的有限元仿真模型，系统研究了轧制过程中板坯倒角尺寸和形状对轧件宽展量的影响。结果表明，连铸坯倒角边长越大，相同的立辊侧压量下所产生的狗骨回展量越小，同时在水平轧制时所产生的自然宽展也越小，而倒角角度的变化对粗轧宽展的影响不显著。针对现有的宽展公式没有考虑轧件存在倒角的问题，给出了一个含有倒角参数的修正项公式。通过与现场实测数据和原宽度模型计算结果对比，对于带倒角的连铸坯轧制情况，修正后的宽展模型预报精度显著提高。
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  应力状态对低温贝氏体微观组织演变的有限元分析

  喻智晨，米振莉，郭 锦，龚 娜，安若维

  . 2018, 53(6): 76-84.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20180050

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  采用数值模拟研究了微观组织具有明显方向性的低温贝氏体在多种受力条件下的组织演变、相变行为以及应力应变再分布过程。通过扫描电镜（SEM）及其电子背向散射衍射探头（EBSD）获得低温贝氏体钢的微观组织特征，构建基于真实微观组织的代表性体积元（RVE）模型，引入Serri-Cherkaoui马氏体相变判定准则，采用ABAQUS用户材料子程序VUMAT进行二次开发，建立了基于真实微观组织的低温贝氏体微观组织应力应变模型。分析结果表明，低温贝氏体中的残余奥氏体在变形过程中可以有效调节微区应力分布，这种调节作用和残余奥氏体的形态以及分布有关。在变形过程中由于微区应力状态分布较为复杂，发生马氏体转变的位置通常是不均匀的。在整个变形过程中，残余奥氏体的受力转变使得贝氏体基体由相对的硬相逐渐转变为相对的软相，基体的应力分布发生了较大的改变。
钢铁材料
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  合金元素对大线能量焊接用钢组织性能的影响

  王 超，娄号南，王丙兴，王昭东，王国栋

  . 2018, 53(6): 85-91.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20170564

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  为阐明钢中常用合金元素对大线能量焊接热影响区粗晶区（CGHAZ）的影响规律，设计了不同合金质量分数的试验钢，并进行氧化物冶金工艺处理，考察了各试验钢模拟焊接CGHAZ冲击韧性和组织特征。结果表明，低碳高锰有利于韧性的改善，但存在合适的碳质量分数范围，极低碳时需抑制晶界铁素体生成；添加质量分数为0.01%的铌时可保持较高的CGHAZ韧性，但过量的铌促进贝氏体生成而导致韧性恶化；添加质量分数为0.05%的钒时能提高基体强度并保持优良CGHAZ韧性，更高质量分数时因碳化物大量析出导致韧性下降；在一定范围内提高镍和铜质量分数可综合改善钢板强度和CGHAZ韧性；铬和钼的添加可抑制晶界转变产物，促进微细针状铁素体组织生成，但在试验钢成分下较多的M/A使得CGHAZ韧性未得到有效改善。
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  锆夹杂物对钢中铜元素非均质形核作用的理论分析

  刘 然，李长荣，师 帅，王 鹏

  . 2018, 53(6): 92-97.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20170519

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  为了研究钢中铜元素非均质形核析出从而减轻钢中铜元素晶界偏聚的问题，选取钢中锆夹杂物作为形核质点，对试验钢中ZrO2、ZrC、ZrN析出学条件进行了热力学计算，通过点阵错配度理论和经验电子理论对钢中铜元素与锆夹杂物之间的非均质形核能力的大小进行了理论计算。结果表明，铜与ZrO2、ZrC、ZrN的点阵错配度分别为1.17%、9.53%、11.71%，经验电子理论特征参量分别为1.906、1.124 5、1.070。形核相和形核质点之间错配度越小，特征参量越大，非均质形核能力越强，经验电子理论计算结果与点阵错配度计算结果一致，ZrO2为最有效非均质形核质点，ZrC和ZrN为中等有效非均质形核质点，两种方法计算结果说明钢中锆的夹杂物可以作为铜元素的形核质点。
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  Fe-6.5%Si钢高温变形过程本构方程

  梅瑞斌， ，包 立，杜永霞，张 欣，李长生，刘相华

  . 2018, 53(6): 98-102.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20170525

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  利用Gleeble 3500热模拟试验机开展了Fe-6.5%Si钢在变形温度为800、900、1 000、1 100 ℃及应变速率为0.01、0.1、1、10 s－1条件下的单道次压缩试验。初始阶段由于加工硬化作用流动应力迅速增加，达到峰值后动态软化机制和硬化作用基本相当使流动应力曲线维持在一个较为稳定的状态。基于Zener-Holloman参数和线性拟合方法，利用Arrhenius方程建立了Fe-6.5%Si钢高温塑性变形本构方程，Fe-6.5%Si钢热塑性变形的激活能约为342.2 kJ/mol。构建的Fe-6.5%Si钢本构方程对不同条件的流动应力预测结果和实测值吻合良好，平均相对误差约为5.31%，对非样本数据的预测结果相对误差最大约为10.87%，构建的本构方程对于Fe-6.5%Si钢热轧工艺参数优化和热塑性变形过程数值分析具有较高可靠性和适应性。
技术交流
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  连续退火炉W型辐射管破损调研及优化措施

  刘顺明，李洋龙，侯大伟，王道金，郑晓飞

  . 2018, 53(6): 103-107.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20170603

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  辐射管损坏会直接影响连续退火炉加热能力和破坏炉内保护气氛，针对某厂冷轧连退线W型辐射管批量开裂情况进行分析，利用数值模拟的方法研究了辐射管及其附件结构对辐射管应力场的影响，发现辐射管安装结构不合理是辐射管开裂损坏的直接原因，进一步提出改进辐射管安装结构的优化方案，改进后在850 ℃下的辐射管最大等效应力约为104 MPa，并且不存在过大的局部应力集中点，通过改进可大大降低辐射管开裂概率，辐射管使用寿命从之前的2年延长至5年。