2018年, 第53卷, 第7期　刊出日期：2018-07-15

  

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综合论述
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  基于大数据技术的烧结全产线质量智能控制系统

  吕 庆，刘 颂，刘小杰，毕中心，李建鹏，

  . 2018, 53(7): 1-9.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20170455

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  通过部署大数据采集平台，运用高效的分布式信息传输技术，完成海量烧结生产数据的采集和汇总，建立烧结全产线数据仓库；通过融合工艺知识和大数据挖掘技术，提取原料性能、配矿理论、过程工艺参数、产质量指标、生产成本等参数间的潜在规律；以数理统计和机器学习算法为核心，深入研究基于大数据技术的烧结全产线质量智能控制系统；通过决策树和最优化等方法，建立完善的决策体系。基于梯度提升树算法初步建立了烧结终点预报模型，模型预测命中率达99%以上，与以往建立的烧结终点预报模型相比，模型预报命中率和稳定性进一步提升。研究成果将促进烧结生产的创新、自动化和智能化发展，稳定控制烧结矿的产质量指标，降低生产成本，具有广泛的应用价值。
原料与炼铁
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  MgO对低铝渣流动性的影响机理及热力学分析

  常治宇，张建良，宁晓钧，许仁泽，焦克新，白兴全

  . 2018, 53(7): 10-15.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20170540

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  为了进一步明确MgO对低铝高炉渣流动性和熔化性的影响机理，以酒钢高炉渣成分为基础，通过黏度试验并结合FactSage热力学软件分别研究了不同MgO质量分数的炉渣黏度、熔化温度、液相区变化以及炉渣冷却过程的物相变化。结果表明，炉渣黏度和熔化性温度随MgO质量分数的增加而降低，MgO质量分数控制在8%左右，可满足酒钢炉渣流动性的要求；随着MgO质量分数的增加，熔化区间增大，炉渣液相区远离CaO区域，向SiO2和Al2O3区域扩大；冷却过程中，MgO质量分数的增加，有利于黄长石的形成，从而抑制硅灰石和假硅灰的形成。1 350 ℃时炉渣流动性受炉渣结构聚合度和渣中固相质量分数的双重影响，1 400 ℃以上炉渣流动性主要与其结构有关。低铝渣熔化性温度主要由炉渣结构聚合度和渣中镁黄长石质量分数共同决定。
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  烧结矿中复合铁酸钙形成影响因素

  孟凡俭，孙长余，李廷乐，汪 琦，

  . 2018, 53(7): 16-23.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20170520

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  以现场烧结矿成分为基础，在实验室条件下，应用干粉压块、焙烧方法，并结合X射线衍射、光学显微镜和扫描电子显微镜来分析烧结温度、二元碱度及Al2O3质量分数对铁酸钙组成和结构的影响。结果表明，烧结矿中铁酸钙组成多为多元系复合形式。烧结温度升高，复合铁酸钙结构由板片状逐渐向针状发展，在1 260 ℃时，针状复合铁酸钙及总铁酸钙质量分数最高，分别达到24.15%、44.21%，烧结矿矿相结构呈明显熔蚀状。二元碱度主要决定了针状复合铁酸钙的生成量，其质量分数随着碱度的升高而增大，高碱度下硅酸盐相增多。Al2O3主要影响板状复合铁酸钙的生成量，适当提高Al2O3的配比有利于形成针状复合铁酸钙。[w(Al2O3)]为3%和4%条件下，复合铁酸钙呈现板片状，强度降低。最佳烧结温度为1 260 ℃，二元碱度为2.0，[w(Al2O3)]为2%。
炼钢
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  超低碳钢中Al-Ti夹杂物的形成机理和控制技术

  苑 鹏，章 军，刘道正，李海波，朱克然，陈 斌，

  . 2018, 53(7): 24-30.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20170558

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  超低碳钢对控制夹杂物要求日益提高，并且Al-Ti复合夹杂物对水口结瘤和产品质量具有重要影响。基于此，对Al-Ti夹杂物的特征、生成及演变过程、形成机理和控制要素进行了详细分析。试验在精炼过程及中间包中进行密集取样，借助Aspex扫描电镜对夹杂物数量、尺寸、形貌和化学组成进行自动分析。结果表明，钛合金化后由于钢液存在高钛浓度区域，该区域发生反应导致Al2O3夹杂物变性为Al-Ti夹杂物，为了抑制反应进行，应控制铝钛间隔时间为4 min；连铸过程二次氧化会影响Al-Ti夹杂物生成，二次氧化明显，炉次中间包Al-Ti夹杂物数量较多，主要原因是钢液内部[w([O])]的升高抑制了Al-Ti夹杂物向Al2O3夹杂物变性反应的进行；钢液局部[w([O])]较高区域，钢中铝、钛、氧直接反应生成Al-Ti夹杂物。
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  钢-渣界面液态夹杂物分离过程数值模拟

  周业连，邓志银，朱苗勇

  . 2018, 53(7): 31-37.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20170531

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  为了揭示精炼钢包内固态夹杂物去除的机理，建立了描述液态夹杂物在钢-渣界面分离的数学模型，提出了计算其在钢-渣界面停留时间的表达式，讨论了影响液态夹杂物在界面处停留时间的因素。结果表明，液态夹杂物尺寸和钢-渣界面张力是影响其在钢-渣界面停留时间的主要因素，而且其在钢-渣界面处的停留时间要远大于固态夹杂物在界面处的分离时间，这是钢包内固态夹杂物更易被去除的主要原因；吹氩钢包内直径小于2 μm的液态夹杂物难以穿过钢-渣界面而停留在钢液中。
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  CaF2对CaO-SiO2-Al2O3渣系保护渣结晶行为的影响

  王 哲，唐 萍，米晓希，胡 泉，陆逸帆，文光华

  . 2018, 53(7): 38-44.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20170536

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  针对CaF2对CaO-SiO2-Al2O3渣系保护渣结晶性能的影响问题，在实验室运用热丝法、X射线衍射法获得了不同CaF2质量分数下的保护渣TTT曲线以及相应温度条件下的结晶物类型。试验结果表明，该渣系保护渣低温下稳定存在的结晶物质不是传统CaO-SiO2渣系的枪晶石，而为钙铝黄长石和氟化钙；随着CaF2质量分数的增加，平均结晶孕育时间减少，鼻尖点孕育时间缩短，鼻尖点处的结晶温度提高，结晶能力增强。而在CaF2质量分数增加到一定程度后，F－将从网络外体破网作用转化为有一定的成网作用，会减弱保护渣的促晶能力，结晶能力增加趋势减缓。同时，与传统CaO-SiO2渣系保护渣相比，具有更强的结晶性能。
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  T形中间包新型控流装置的模拟及试验

  陈远清，仇圣桃

  . 2018, 53(7): 45-49.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20170587

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  针对连铸生产过程中钢包长水口与中间包湍流控制器对中存在偏差的实际情况，基于八流T形连铸中间包，采用三维数值模拟方法研究了对中偏差对流场的影响；同时为减弱对中偏差的影响，设计了新型控流装置，并通过数值模拟和工业试验对其冶金效果进行了验证。研究结果表明，长水口与稳流器对中偏差为50 mm时，中间包流场明显恶化，冲击区液面流速和湍流强度大幅增加，大大增加了卷渣风险，且死区体积增加了4个百分点；而新型控制装置使冲击区最大湍动能降低50%，冲击区液面更加平稳，死区体积基本不变， B类、C类夹杂物的合格率提高约6%。
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  轴承钢大方坯二次枝晶臂间距数值模拟

  王 璐，孙彦辉，焦 帅，赵 勇，王德炯，殷 皓

  . 2018, 53(7): 50-59.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20170551

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  针对某钢厂GCr15钢连铸坯质量问题，利用实验室试验和ProCAST模拟软件对连铸坯二次枝晶臂间距进行研究，分析过热度、拉速和二冷水量对二次枝晶臂间距的影响，并进一步探究碳偏析与二次枝晶臂间距的关系。结果表明，铸坯二次枝晶臂间距从铸坯表面到中心呈先增大后减小的趋势，与ProCAST模拟结果基本一致。降低过热度和拉速、增大二冷水量均有助于减小二次枝晶臂间距；为了提高连铸坯质量，建议将过热度、拉速和二冷水量分别控制在20 ℃、0.45 m/min、0.32 L/kg左右。铸坯碳偏析最大值位于柱状晶向等轴晶转变区域（CET）。
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  低硫钢种的低硅精炼技术

  陈玉鑫，陈 峰，温 瀚，王朝斌

  . 2018, 53(7): 60-67.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20180016

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  讨论了冶炼低硅低硫钢种[（w([S])≤0.003 0%]和[w([Si])≤0.05%）]的难点，着重从热力学角度分析了在脱硫的同时防止增硅的方法，阐述了防止增硅的具体应对措施。利用Factsage软件计算熔渣组成的活度和熔化特性，利用最大平衡铝质量分数的概念指出最佳的精炼熔渣组分控制为[w((MgO))＝]5%～8%、[w((CaO＋MgO))＝]62%～66%、[w((SiO2))＝]4%～6%、[w((Al2O3))＝]29%～33%。若钢-渣间反应达到平衡，硅质量分数极为容易超标，因此控制钢-渣之间反应不平衡是控制增硅的关键，钢-渣间增硅反应不平衡度应控制在－6.0～－4.0。措施实施后，LF炉精炼结束硅质量分数均值由0.034 5%降低至0.022 2%，统计不合格率由10.3%降至0，过程能力指数[Cpk]值为1.35，达到受控状态，预测长期不合格率仅为0.2%。极大提升了低硫低硅产品生产的稳定性，取得了良好的效益。
压力加工
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  镀铬机组成品带钢冷却过程钢卷内部温度分布

  周莲莲，李小峰，姜明光，邢 雨，刘亚星，白振华，

  . 2018, 53(7): 68-73.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20180009

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  针对镀铬钢卷内部温度分布无法准确预报而导致在厂区存放中钢卷结露锈蚀的现象，在大量理论研究与现场试验的基础上，采用钢卷三维温度模型的分析方法，通过建立导热微分方程，进而建立了一套新的钢卷冷却过程内部温度分布模型，并分析了多种环境条件下对模型的计算精度，在此基础上，编制出了“镀铬机组成品带钢冷却过程钢卷内部温度预报软件”，并将其推广应用到某钢厂镀铬机组的生产实践，解决了现场镀铬钢卷结露锈蚀的缺陷问题，为厂区钢卷存放措施的制定提供了一定的理论依据与数据支撑，具有进一步推广应用的价值。
钢铁材料
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  基于L-J位错密度模型模拟Cr8合金钢动态再结晶行为

  陈学文，王继业，皇 涛，周旭东，宋克兴

  . 2018, 53(7): 74-79.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20170623

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  为了研究Cr8合金钢动态再结晶行为，利用Gleeble-1500D热模拟试验机对Cr8合金钢进行了热压缩试验。基于试验得到的数据，建立了Cr8合金钢修正的Laasraoui-Jonas（L-J）位错密度模型，结合动态再结晶形核长大模型，采用Deform-3D有限元软件中元胞自动机（CA）模块模拟了Cr8合金钢的动态再结晶行为，并和试验得到的动态再结晶组织进行比较。结果表明，当变形温度为900～1 200 ℃时，Cr8合金钢变形抗力与变形量曲线图呈现出典型的动态再结晶特征；Cr8合金钢的热激活能[Q]为340.332 kJ/mol；应变速率一定时，随着温度的升高，Cr8合金钢动态再结晶晶粒尺寸增大，其再结晶晶粒尺寸的模拟结果与试验结果较为吻合，平均相对误差在7%以内，说明所建立修正的L-J位错密度模型能够准确预测Cr8合金钢动态再结晶组织的变化。
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  SCr420H钢奥氏体晶粒长大动力学

  汪杨鑫，赵秀明，毛向阳，卜 凡，汪 湾，安金敏

  . 2018, 53(7): 80-84.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20170585

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  试验研究了SCr420H钢的晶粒长大动力学行为，并根据第二相的固溶积公式和晶粒长大驱动力的定理，通过奥氏体晶粒尺寸进行分析。结果表明，SCr420H钢随着保温温度的升高和保温时间的延长，第二相颗粒逐渐减少，钉扎效果较弱，试验中的晶粒长大较为明显，晶粒逐渐粗化。结合实际晶粒尺寸和第二相的熟化长大原理，SCr420H在保温4 h条件下，随着温度升高，第二相溶解较少，晶粒长大速率趋于由慢到快；在5、6 h保温条件下，随着温度升高，晶粒尺寸稳定增长，最后趋向停止；当保温温度在1 020 ℃以上时，混晶现象较为明显。初始晶粒尺寸为24 μm，晶粒长大符合Beck方程和Hillert晶粒长大规律，奥氏体晶粒长大的平均激活能为564.6 kJ/mol。
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  轧后冷却和固溶处理对IN718合金组织和性能的影响

  王文涛，李 涵，隋凤利，张 可，刘相华

  . 2018, 53(7): 85-88.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20180042

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  IN718合金作为航空、航天、核能、石油领域大量应用的关键材料，其晶粒尺寸与δ相分布会严重影响产品最终性能。在该合金热轧结束后采用轧后空冷＋离线固溶、轧后水冷＋离线固溶、轧后在线固溶3种冷却和固溶处理工艺，观察晶粒大小与δ相的析出情况以及力学性能测试。结果表明，在3种工艺下δ相在晶界上均呈不连续的颗粒状或短棒状分布，但在线固溶处理后材料的晶粒尺寸与δ相析出数量适中，高温持久性能较水冷＋固溶工艺提高了26%，室温和高温下的伸长率较空冷＋固溶工艺分别提高了17%和6%，综合力学性能优异，是最佳的轧后处理方式。
环保与能源
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  基于分析方法对烧结冷却系统余能利用

  赵梦然，杜梅芳，陈时选，张忠孝

  . 2018, 53(7): 89-94.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20180018

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  介绍了烧结系统采用的环冷和竖罐式两种冷却工艺流程，通过计算数学模型对烧结工序各个系统进行了分析，比较了两种冷却模式的余热回收效果，结果表明，竖罐冷却模式能大大提高烧结矿的显热回收率，效率可达到75.39%，比环冷模式效率提高近20%；竖罐模式出口循环热风温度比环冷模式可提高230 ℃左右；两种模式回收的余热进入余热锅炉产生蒸汽，竖罐模式的蒸汽产量约为环冷模式的3倍。
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  钢铁企业煤气-蒸汽-电力系统耦合优化调度

  贺东风，鲁晓旭，冯 凯，徐安军

  . 2018, 53(7): 95-101.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20170512

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  钢铁企业在不同工况下煤气的富余量以及蒸汽和电力需求量不同，为了获得最大的经济效益，需要针对不同工况条件进行煤气-蒸汽-电力系统的实时优化调度。基于线性规划，以系统运行能源成本最小为目标函数，建立钢铁企业煤气-蒸汽-电力系统不同工况下的耦合优化调度模型。模型的调度间隔为5 min，通过LINGO求解出模型的最优解，得到不同工况下煤气、蒸汽、电力的最优实时生产调度方案，用于指导实际生产。利用S钢铁企业实际数据进行实例分析，得出的调度方案可实现煤气-蒸汽-电力系统的最优化分配，降低系统运行的能源成本，验证了模型的有效性。