2018年, 第53卷, 第9期　刊出日期：2018-09-15

  

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综合论述
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  焦炭热性质评价方法的研究进展

  谢全安，魏侦凯，郭 瑞，程 欢

  . 2018, 53(9): 1-6.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20180065

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  焦炭是高炉炼铁最重要的原燃料，其性质直接关系到高炉冶炼的效率和成本。焦炭的热性质备受炼焦和高炉炼铁领域关注，各国研究者根据对焦炭溶损反应的试验研究结果，相继提出了新的方法来测试和评价焦炭的热性质，获得简捷而实用的焦炭热性质指标对高炉生产至关重要。总结了当前对焦炭溶损反应行为以及焦炭热性质评价方法的研究进展，归纳了各种焦炭热性质评价方法的特点，提出了关于焦炭反应行为和焦炭性质评价方法的一些新思路和研究方向。
原料与炼铁
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  含钛高碱度烧结矿软熔成渣行为

  兰 东，李廷乐，孙长余，汪 琦，

  钢铁. 2018, 53(9): 7-13.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20170619

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  通常认为含钛烧结矿铁品位低、成分和矿相复杂，与普通烧结矿相比更加难以在高炉中冶炼。然而实际生产中，冶炼含钛烧结矿的高炉利用系数并不低，原因是其软熔成渣行为与普通烧结矿具有很大差异性。为弄清差异产生的原因、解析含钛烧结矿在高炉中的熔炼情况，通过测定现场含钛烧结矿的软熔性能，并利用扫描电镜和X射线衍射分析熔滴特征温度下中断试样的微观结构和矿相组成，阐明其在软熔过程中的成渣特点。结果表明，含钛烧结矿软熔温度较低，最大压差为547 kPa，低于典型的普通高碱度烧结矿。软熔过程渣中矿相主要为FeO、黄长石和钙钛矿，共晶温度低是软熔温度较低的主要原因。压差曲线表现出二次陡升特点，这是渣相熔化温度与金属铁熔点相差过大造成的。
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  高炉炉缸侵蚀特征及侵蚀原因探析

  马洪修，张建良，焦克新，常治宇，王一杰，郑朋超

  钢铁. 2018, 53(9): 14-19.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20180033

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  为了探析高炉炉缸侵蚀特征及其共性原因，基于京唐1号高炉和通才3号高炉的现场数据，分别计算了炉缸侧壁炭砖残余厚度和死料柱漂浮高度，明确了炉缸炭砖的侵蚀原因，证实了炉缸炭砖的侵蚀部位。结果表明，当死料柱透气性变差时，炉底温度逐渐降低，铁水环流加重，造成了耐火材料的异常侵蚀；由京唐1号高炉死料柱根部位置和炭砖侵蚀位置的关系，证实了死料柱根部对应炭砖易受到异常侵蚀，即铁口中心线下方1～3 m。由于死料柱物理状态和漂浮状态随生产参数和高炉状态的变化而变化，因此侵蚀部位也随之变化，故应稳定原燃料条件及生产参数，并建立死料柱漂浮高度和炭砖残余厚度的实时监测机制，从而保证高炉安全生产，实现高炉长寿。
炼钢
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  焦粉还原转炉熔渣气化脱磷试验

  李晨晓，王书桓，薛月凯，赵定国，张明博，韩 宇

  . 2018, 53(9): 20-24.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20180105

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  为实现转炉溅渣护炉阶段的气化脱磷工艺，避免炉渣磷富集，便于脱磷熔渣留至后续炉次循环利用，在实验室进行了焦粉还原转炉渣的热态试验，研究结果表明，随着试验温度的升高，焦粉的气化脱磷率逐渐升高，1 900 K下的气化脱磷率可达82.35%；焦粉的气化脱磷率随着炉渣碱度的升高呈现降低趋势；当焦粉加入量足够时，适当增加炉渣中FeO质量分数有利于气化脱磷反应的进行；当焦粉粒度为0.5～2.5 mm时，气化脱磷率变化不大，约为58%，但当焦粉粒度为2.5～3.5 mm时，气化脱磷率降至52%。富磷相微区碳质量分数与磷质量分数成反比，这印证了焦炭确实参与了气化脱磷反应。研究结果为工艺开发提供了一定的理论指导。
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  工业电渣重熔过程电极插入深度数学模型及应用

  苗志奇，成国光，李世健，陈 列，刘治权，李程伟

  . 2018, 53(9): 25-29.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20180048

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  为了预测不同实际电渣重熔过程中合理的电极插入深度，利用Fluent软件中的MHD模型计算得到电渣重熔稳态条件下不同电极插入深度、渣量以及炉渣电导率对应的电阻值，结合实际生产应用的电力制度，建立了工业电渣重熔过程电极插入深度数学模型。通过对比发现，计算值与现场实测值之间的相对误差很小。利用此模型设计了电渣重熔轴承钢所用的渣量及配比，较好地解决了冶炼过程中过度增氧的问题，电渣锭的洁净度明显提高。
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  凝固压下对大方坯中心致密性的影响

  赵军普，刘 浏，饶金元

  . 2018, 53(9): 30-36.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20180026

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  为了改善大方坯的中心致密性，研究了连铸凝固压下对铸坯中心缩孔的影响。采用热-弹-塑性模型计算了凝固压下时大方坯中心缩孔的变形规律。结果表明，在铸坯完全凝固后压下可有效提高中心致密性，其效果比相同变形量下的均热轧制提高了22.5%。随着压下量的增大，缩孔尺寸明显减小，但由于凝固压下变形量有限，大尺寸缩孔难以完全消除。为进一步消除缩孔，建议凝固末端轻压下速率提高到0.02 mm/s，或增大凝固后压下量。SA-213 T12大方坯采用凝固压下技术后大部分中心缩孔已被焊合，残留缩孔的最大尺寸由8减小到2 mm，同时缩孔数量降低了50%。
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  铈对新型超级双相不锈钢2707HD夹杂物变性的影响

  高建兵，常朋飞，张彬彬，姜周华，李花兵

  . 2018, 53(9): 37-44.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20180100

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  为了提高钢的洁净度，实现夹杂物无害化控制，研究了稀土铈对新型超级双相不锈钢2707HD中夹杂物变性行为的影响。通过热力学计算，初步判定了加入铈后钢液中可能生成夹杂物的类型。利用金相显微镜（OM）、扫描电镜（SEM）、能谱仪（EDS）和Image-Pro6.0软件对钢中夹杂物的尺寸、形貌和类型进行表征和分析。结果表明，当铈的质量分数为0.03%时，钢中尺寸小于1和1～2 μm夹杂物的比例均增加，而大于2 μm夹杂物的比例下降；当铈的质量分数为0.06%时，小于2 μm夹杂物的比例下降，并且有大于5 μm的夹杂物生成。铈使不规则的Al2O3夹杂物变性为规则的Ce2O3和Ce2O2S稀土夹杂物，并伴有Ce2O3-Ce2O2S和CeAlO3-Ce2O2S复合夹杂物的生成，有效减少了钢中不规则夹杂物的数量。
压力加工
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  棒材二辊矫直机变曲率辊型优化

  马立东，黄庆学，陈 硕，麻浩曦

  . 2018, 53(9): 45-52.
  https://doi.org/10.132A2018-008928/j.boyuan.issn0449-749x.20180089

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  基于目前棒材矫直生产现场出现的高直线度精度与优质棒材表面质量要求不能同时满足的问题，提出了一种变曲率辊型设计方法，矫直辊辊型由多段曲率均匀变化的弧线相切连接而成，且曲率从两端到中间按照给定的值均匀增大，从而达到改善表面质量的目的；基于空间几何与弹塑性弯曲弹复力学理论，建立棒材二辊矫直过程的全流程曲率分析模型，应用该理论对现场的辊型与工艺参数进行了验证，矫直精度一致；通过对给定不同曲率范围的辊型矫直过程进行连续弯曲弹复分析，获得了优化变曲率辊型设计的原则，即变曲率范围能够矫直产品大纲中所有规格棒材并且弯曲曲率余量合理，既能实现矫直又能考虑到矫直辊磨损等带来的弯曲曲率减小的实际情况；对该辊型矫直棒材的过程进行了数值方法验证，可得棒材的矫后直线度为0.54 mm/m，满足生产现场1 mm/m的要求。结果表明，该辊型设计方法可以适应棒材矫直的需要。
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  0.09C-0.5Mn-0.22/1.9Si钢的高温氧化动力学

  孙 彬，尤宏广，郝明欣

  . 2018, 53(9): 53-56.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20180083

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  为了测定钢中添加硅元素对钢的氧化动力学行为的影响，采用热重法测定了在空气-水蒸气条件下Fe-0.2Si钢和Fe-2Si钢在900～1 200 ℃的恒温氧化动力学曲线，同时计算了2个钢种的激活能，以达到测定2个试验钢种高温氧化速率的目的。试验结果表明，2个试验钢种在氧化初期，氧化动力学曲线都遵循线性规律。当生成的氧化铁皮厚度达到临界厚度后，线性规律向抛物线规律转变。随着氧化温度的升高，钢中添加的硅元素越多，氧化铁皮的临界厚度越大。
钢铁材料
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  热轧DP600汽车用钢的微观结构特征与力学性能

  朱瑞琪，宋新莉，郑爱琴，陈荣东，贾 涓，范丽霞

  . 2018, 53(9): 57-62.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20180084

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  为了研究热轧DP600汽车用钢的微观结构特征及力学性能，使用扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）等分析了试验钢的组织、夹杂物及位错结构等，借助万能拉伸试验机测试了试验钢的强度与塑性。结果表明，热轧DP600汽车用钢的组织是铁素体＋马氏体，随着应变量的增加，位错密度增加，位错缠结更为严重，在夹杂物与基体界面处、铁素体晶界处萌生微孔，马氏体发生断裂。热轧DP600试验钢的屈服强度为394.9 MPa，抗拉强度为641.6 MPa，塑性应变指数为0.154，屈强比为0.616，力学性能超过同级别的冷轧退火双相钢板指标。
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  XFEM研究304不锈钢单边裂纹的高周疲劳扩展

  付 远，廖岩松，陆德平，刘 觐，陈志宝，魏仕勇，

  . 2018, 53(9): 63-68.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20180099

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  为了研究金属微裂纹材料在较低的循环应力水平下的使用寿命，通过裂纹尖端奇异点的XFEM方法和Paris疲劳裂纹扩展理论研究了304不锈钢薄片样本的单边裂纹疲劳扩展行为，分别通过试验和数值模拟分析了高周疲劳应力循环下的裂纹扩展情况。结果表明，试验样本的总疲劳循环寿命约为1 180 000次。模拟的裂纹扩展速率与实际的试验扩展速率吻合度较好，通过XFEM计算出的裂纹增长数值解与应力强度函数确定的解析解在全区有较好的非线性拟合度，但是由于随着裂纹长度的不断增加，裂纹尖端应力强度因子的运算不稳定性增大，导致在III区中，数值解与解析解的[?K]值出现了非线性拟合度降低的趋势。
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  铬质量分数对超高强度不锈钢组织与性能的影响

  金国忠，裴和中，刘振宝，梁剑雄，王晓辉，

  . 2018, 53(9): 69-73.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20180107

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  研究了铬质量分数对一种新型Cr-Ni-Mo-Co系超高强度不锈钢力学性能与组织的影响。结果表明，铬质量分数的增加使得[Ms]点下降，导致奥氏体体积分数的增加且抑制了Laves相的析出，致使钢的屈服强度降低。铬质量分数为9.5%的试验钢经过1 100 ℃固溶处理，再经过－73 ℃冷处理，在540 ℃时效后其抗拉强度达到2 256 MPa，此时板条马氏体基体上弥散分布着尺寸为5～10 nm的金属间相Laves相，这是强度达到最高值的主要原因。本研究为开发2.2 GPa级别新型不锈钢材料提供了基础试验数据，该材料在航空、航天等领域有广泛的应用前景。
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  9Ni马氏体不锈钢的热变形行为及其能量耗散图

  赵宏禹，刘荣佩，王长军，梁剑雄，胡家齐

  . 2018, 53(9): 74-79.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20180143

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  为了研究9Ni马氏体不锈钢的热变形行为，对[?400 mm]大规格9Ni钢锻件取样，使用Gleeble-1500热模拟机，选取工程应变量为60%，变形温度为950～1 200 ℃，应变速率为0.01～5 s－1，进行热变形试验，绘制了不同变形工艺下的真应力-应变曲线。通过引入Zener-Hollomon参数，构建9Ni钢的本构方程。得出的此本构方程模型，相对误差仅为0.03%～0.42%，具有很好的拟合度。且绘制了不同应变下的9Ni钢能量耗散图，并结合变形后的微观组织确立了9Ni钢大锻件的最佳热加工区间，热加工温度为1 100～1 150 ℃，应变速率为0.1～0.3 s－1。
装备技术
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  罩式退火炉底部对流盘设计优化

  张 勇，张晓岳

  . 2018, 53(9): 80-86.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20180097

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  为了降低对流盘采购费用，达到节能降耗的目的，根据冷轧罩式退火炉用底部对流盘的使用现状、制造成本、轧制后钢卷端面带钢溢出尺寸，将底部对流盘的上下端面在适当位置进行开沟槽处理，并在满足屈服强度的前提下选择合适的制造材料，可使退火堆垛钢卷的溢出伤卷率降低15.18%、焊缝伤卷率下降31.55%，单台对流盘材料成本下降82.22%，对流盘质量减小使吊运能源消耗降低9%，实现了对流盘尺寸规格统一、不同退火炉型通用。达到了降低钢卷伤卷率、减少对流盘制作成本、节约吊运能源、提高热处理机组作业率的目的。
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  环形炉温度场模拟及分析

  夏 添，向志东，贺 铸，胡守天，骆忠汉

  . 2018, 53(9): 87-92.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20180104

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  为了进一步优化取向硅钢高温退火工艺，对取向硅钢环形炉内的传热规律进行了模拟分析。结合环形炉的工作原理和高温退火的工艺特点，对模拟区域和模拟时间进行了适当简化，建立了取向硅钢高温退火的温度模型。分析讨论了烧嘴在不同工况下，钢卷内罩的温度分布特点。结果表明，烧嘴不工作时，烟气温度沿流动方向下降较快。以大功率工作时，可显著提升炉温，同时在炉膛中央产生一个高温区，其温度可高出炉膛平均温度100 ℃以上。炉内辐射和对流传热的效率极高，内罩温差在30 ℃以内，其温度出现较大波动的区域无法直接影响钢卷，因此，可以认为内罩均热情况良好。模拟温度与实测温度之间的平均误差约为15 ℃，7 h后进一步缩小至10 ℃以下。