2019年, 第54卷, 第10期　刊出日期：2019-10-15

  

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综合论述
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  不锈钢酸洗污泥资源化利用技术进展及趋势

  李小明，贾李锋，邹冲，崔雅茹

  钢铁. 2019, 54(10): 1-11.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449749x.20190039

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  不锈钢酸洗污泥含Fe、Ni、Cr等有价金属元素及较高的CaO、CaF2等可以利用的化合物，是重要的二次资源，其产生量约为不锈钢产量的2.5%～5.0%，国内年产酸洗污泥65万t以上。酸洗污泥因含有Cr6+及F-被归为有毒固废，常规固化填埋的处理方式占用土地且浪费资源。首先对比分析了典型酸洗污泥的物化性能；其次总结了不锈钢酸洗污泥提取有价金属、制备建材等资源化利用工艺的技术要点，分析了现有工艺存在的问题；最后提出了酸洗污泥作为冶金原辅料在冶炼企业闭路循环的绿色利用思路及技术进展，以期充分利用不锈钢酸洗污泥中的有价金属元素及可作为造渣材料的组分，消除污泥的环境危害。
  
原料与炼铁
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  高炉渣适宜镁铝比分段管控的分析与应用

  姜鑫，沈峰满，韩宏松，龙防，郑海燕，高强健

  钢铁. 2019, 54(10): 12-16.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449749x.20190001

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  为了给现代高炉渣适宜镁铝比(w(MgO)/w(Al2O3))提供理论依据，定性定量地指导高炉操作，针对高炉渣的适宜镁铝比问题展开研究。首先，分析了高炉渣中MgO的必要性，即在现代化大高炉的冶炼条件下，随着高Al2O3外矿用量的增加，炉渣中含有适宜的MgO是必须的。炉渣合理镁铝比可根据Al2O3质量分数不同进行分段管控：当渣中w(Al2O3)小于14%时，MgO可根据生产要求添加；w(Al2O3)为15%～17%时，适宜的镁铝比(w(MgO)/w(Al2O3))应控制在0.40～0.50，但需注意炉温的影响；当渣中w(Al2O3)大于18%时，适宜的镁铝比应控制在0.45～0.55。在理论分析与试验研究的基础上，进行了工业化应用试验。试验期炉渣镁铝比由0.51降低至0.47，高炉焦比由363.39降低至357.82 kg/t，综合燃料比由495.23降低至试验期的494.18 kg/t，取得了良好的技术经济指标，证明了现代高炉渣镁铝比分段管控技术的正确性和可应用性。
  
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  w(MgO)对熔剂性球团矿冶金性能的影响

  潘向阳，龙跃，李神子，马保良，杜培培，张玉柱

  钢铁. 2019, 54(10): 17-22.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449749x.20180507

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  为了研究添加高镁粉时w(MgO)对熔剂性球团矿冶金性能的影响。考察了w(MgO)为1.6%～2.4%时，其对球团矿抗压强度、RI(还原性指数)、RDI(低温还原粉化指数)和RSI(还原膨胀指数)的影响。采用光学显微镜和X射线衍射仪对球团矿微观结构和矿物组成进行了分析。结果表明，随着MgO质量分数的增加，抗压强度呈先升高后降低的趋势，w(MgO)为2.0%时，抗压强度最大，为3 533 N;随着w(MgO)由1.6%增加到2.4%，球团矿RI、RDI和RSI得到改善;w(MgO)为1.8%～2.0%时，球团矿微观形貌和矿物组成较好，赤铁矿成片结晶，球团矿强度良好。在用高镁粉和研山精粉造球时，w(MgO)控制为1.8%～2.0%，以期得到较低的还原膨胀指数和较好的冶金性能。
  
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  无烟煤代替焦粉燃烧行为及对烧结NOx排放的影响

  阙志刚，吴胜利，王金生，艾仙斌

  钢铁. 2019, 54(10): 23-29.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449749x.20180490

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  为了明确固体燃料燃烧行为对烧结过程NOx排放及其产质量的影响规律，采用微型燃烧装置考察了无烟煤代替不同比例焦粉时其燃烧速率、CO生成等燃烧行为对NOx排放浓度和总量、氮元素转化率的影响规律，并在此基础上进行工业性试验，研究不同替代比例下NOx排放和烧结产质量指标的变化规律。结果表明，随着无烟煤代替焦粉比例的升高，其燃烧速率逐渐减小，且其与NOx排放浓度整体呈线性正相关关系，同时其CO生成量则先增大后减小，且与NOx排放总量和氮元素转化率均呈线性负相关关系。此外，固体燃料的燃烧热值会对烧结产质量指标产生影响，而在兼顾NOx排放指标及烧结产质量指标下，低氮无烟煤代替焦粉的适宜比例为70%。
  
炼钢
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  合金化对铝镇静钢中夹杂物的影响

  邓志银，戈文英，胡博文，陈磊，朱苗勇

  钢铁. 2019, 54(10): 30-37.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449749x.20180503

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  为了研究合金化过程对钢液洁净度的影响规律，分析了一种铬铁合金中的夹杂物类型，并采用这种合金在实验室开展合金化试验。通过对比合金化前后钢中的夹杂物类型，研究了合金化过程中夹杂物的演变行为。研究发现，合金和钢中的夹杂物类型超过9种。其中，合金中的夹杂物主要为Cr2O3SiO2MnO系夹杂物和Cr2O3SiO2MnO包裹SiO2系夹杂物。合金化后，这些由合金带入的夹杂物均在钢液中逐渐消失，并全部转变为氧化铝夹杂物。合金化实际上是一个污染钢液的过程，在工业精炼晚期进行合金调整，钢中会生成大量的氧化铝夹杂物，增加浸入式水口堵塞的可能性。为了尽可能改善钢液质量和避免水口堵塞，合金化应尽量在精炼前期完成。
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  EBT区域底吹流量变化对电弧炉炼钢的影响

  吕明，李航，杨凌志，李小明，邢相栋，杨泽世

  钢铁. 2019, 54(10): 38-44.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449749x.20190018

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  电弧炉底吹是加速熔池流动、减少EBT区域死区、改善炼钢反应的重要手段，底吹流量变化会影响电弧炉熔池流动和冶金效果。利用Fluent软件研究了100 t电弧炉EBT区域附近不同底吹流量的熔池流动特性，发现当EBT区域底吹流量从100增加至150 L/min时，熔池平均流速提高18.03%，死区面积减少22.06%；当进一步增加至200 L/min时，熔池流速和死区面积变化幅度降低。在此基础上，通过100 t电弧炉炼钢试验研究了不同底吹条件下的冶金效果，发现底吹可显著降低电弧炉钢铁料消耗和石灰消耗，缩短冶炼周期，降低炉渣FeO质量分数和钢液碳氧浓度积；随着EBT区域底吹气体流量从100增加至150 L/min，冶金效果进一步得到改善。
  
压力加工
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  轧辊非均质特性对辊型电磁调控的影响分析

  王海军，刘文文，杨庭松，冯岩峰，杜凤山，许志强

  钢铁. 2019, 54(10): 45-51.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449749x.20180505

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  轧辊作为辊型电磁调控技术的核心构件，在加工制造时必须进行热处理，改变轧辊表层组织形态，形成轧辊表面淬硬层，引起轧辊表层和芯部材料性能差异,而这种差异会对辊型电磁调控特性产生影响。为此，利用有限元软件MSC.MARC建立了电磁热力耦合轴对称模型，并依托辊型电磁调控试验平台对模型精度进行校核。在此基础上，依托模型分析了表面淬硬层厚度对辊型电磁过程中辊凸度、辊型曲线、接触面平均正压力及轧辊应力分布的影响。结果表明，表面淬硬层厚度对辊凸度、辊型曲线和接触面正压力的影响较小，但对轧辊应力分布有明显影响，特别是轧辊表面淬硬层中心区域。
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  冷轧带材板形测控系统国家标准解读

  于华鑫，刘宏民，徐扬欢，王东城

  钢铁. 2019, 54(10): 52-57.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449749x.20190058

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  为了推动GB/T 34901—2017与GB/T 34902—2017两项国家标准的实施和推广应用，提高中国冷轧带材板形测控技术的标准化、智能化水平，提高板形质量和国际竞争力，对这两项标准进行了系统地解读。首先阐述了这两项国家标准的制定背景与意义，其次介绍了标准的使用范围与术语定义，最后系统地解读了标准中板形仪和板形闭环控制系统的结构组成、技术要求、试验方法和检验规则等。
钢铁材料
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  温成形中锰钢的组织性能评价

  王存宇，周明博，李晓东，赵海龙，曹文全，董瀚

  钢铁. 2019, 54(10): 58-65.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449749x.20180470

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  热成形零件已在汽车安全件上广泛应用，为了进一步提升零件碰撞安全性、提高表面质量、降低成本，基于中锰钢提出了一种降低加热温度的热成形技术，通过将完全奥氏体化的中锰钢在模具中淬火成马氏体组织获得超高强度力学性能，与22MnB5钢热成形相比，在获得1 500 MPa抗拉强度时，中锰钢温成形的加热温度可降低150 ℃以上，断后伸长率提高30%以上，同时提高零件的表面质量。综述并评价了中锰钢经温成形后的微观组织与力学性能以及冷弯性能、成形性能、电阻点焊等工艺性能，并与22MnB5钢热成形进行了系统地比较，体现出温成形中锰钢节能环保、提高碰撞安全性的技术优势。
  
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  气瓶内部淬火过程的流动换热特性

  高静娜，李强，高颖，李建辉，王葛

  钢铁. 2019, 54(10): 66-71.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449749x.20190003

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  大直径厚壁气瓶内部淬火时的流动换热过程极其复杂，受到多种因素的影响，而研究气瓶内部压强和温度的变化规律对改善流动换热效果、提高产品组织性能具有重要的理论指导意义。以914 mm厚壁气瓶和瓶内流体为研究对象，建立了二维等效流固耦合模型；采用多喷嘴系统对气瓶内外进行喷水淬火，研究了气瓶总长、喷水流速及淬火时间对瓶内压强及内壁温度的影响，通过间歇淬火试验验证了数学模型的正确性。结果发现，气瓶长度对瓶内压强和瓶壁温度的影响显著，喷水流速次之，当喷水流速大于8 m/s后，水量对瓶壁的冷却效果大大降低；气瓶内壁长度方向的温度梯度分别随气瓶总长的增加和淬火时间的延长而减小，但基本不受喷水量的影响。
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  钛微合金化高强钢的组织性能及强化机制

  杨跃标1，2，邓深2，樊雷2，赵征志1，袁勤攀2，罗静2

  钢铁. 2019, 54(10): 72-79.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449749x.20180413

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  为了掌握钛微合金化高强钢的组织性能、第二相粒子特性和析出规律以及强化机制，采用光学显微镜、扫描电镜、透射电镜、拉伸试验机等设备并结合热力学计算，对高强度汽车车厢板进行了系统研究。研究结果表明，试验钢的显微组织类型主要为多边形铁素体+针状铁素体+少量索氏体，平均有效晶粒尺寸约为3.5 μm。钢中存在大量的球形TiC和少量的不规则形状Ti4C2S2及方形TiN析出物，析出顺序为TiN→Ti4C2S2→TiC。第二相析出物以TiC的沉淀强化效果最为显著，TiN和Ti4C2S2的沉淀强化效果十分微弱。试验钢中所有强化方式对试验钢的强度贡献大小顺序为细晶强化＞沉淀强化＞位错强化＞固溶强化＞晶格点阵强化，其中细晶强化和沉淀强化的强化效果最为显著，对屈服强度的贡献超过50%。
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  淬火制度对Q&P钢微观组织和力学性能的影响

  蒋爱娟，祝贞凤，高千林，李辉

  钢铁. 2019, 54(10): 80-84.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449749x.20190071

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  为了研究不同淬火制度对汽车用高强Q&P钢配分过程微观组织演变和力学性能的影响，利用激光共聚焦显微镜(LSCM)、环境扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)表征了不同工艺状态后的微观组织，测试了力学性能，分析了加工硬化速率变化规律。试验结果表明，完全奥氏体化处理后立即进行Q&P处理，可以得到最高的屈服强度和抗拉强度，分别达到了1 185和1 315 MPa，屈强比最高；奥氏体化后慢速冷却至两相区生成一定的铁素体，Q&P处理后得到最高的伸长率为28%和强塑积为29.5 GPa·%。加工硬化速率的变化过程分为3个阶段,即屈服点前急剧降低的阶段Ⅰ，TRIP效应发生过程的缓慢降低阶段Ⅱ，快速下降直至材料断裂的阶段Ⅲ。Q&P热处理淬火配分前的初始微观组织状态，决定了淬火和配分过程的相演变和元素再分配过程。经工艺2处理后的残留奥氏体体积分数最高，达到12.2%，具有最高的伸长率和强塑积。
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  X2CrNiMo18143奥氏体不锈钢磁导率性能

  赵得江，王珂，喻大刚，潘吉祥

  钢铁. 2019, 54(10): 85-90.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449749x.20180464

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  电子产品外壳用奥氏体不锈钢，磁导率控制是一项重要的指标，磁导率过高会对信号传输有一定的屏蔽效应。采用SEM、OM、XRD对X2CrNiMo18143奥氏体不锈钢板坯、固溶态及硬化态产品微观组织进行分析，研究了X2CrNiMo18143奥氏体不锈钢的磁导率性能。研究结果表明,X2CrNiMo18143奥氏体不锈钢磁导率主要有Creq/Nieq比、第二相析出以及奥氏体稳定性决定。X2CrNiMo18143奥氏体不锈钢适当的Creq/Nieq比可使其铸坯铁素体体积分数最低，铸坯中铁素体的体积分数是产品低磁导率的前提，适当的热加工工艺可保证CHI相、Laves相、σ相无法析出，冷硬态产品的磁导率还决定于形变过程中无形变诱发马氏体相变产生。最终产品无论是固溶态还是冷硬态产品其磁导率控制在1.003 ~1.005 H/m。
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  镀锌板光整过程表面粗糙度控制技术

  马兵智，齐春雨，娄德诚，张煜东

  钢铁. 2019, 54(10): 91-95.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449749x.20180496

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  热镀锌带钢是高端汽车板的主要原料，用户对其表面质量控制提出了较高要求。首钢某热镀整机组的镀锌带钢出现了上下表面粗糙度分布不均匀，表现为带钢下表面粗糙度值高于上表面。针对此问题进行了大量的现场试验和理论研究。分析认为，光整过程的非对称因素是造成镀锌带钢表面缺陷的主要原因。以非线性有限元软件ABAQUS为仿真平台，建立二维平整轧制有限元模型，通过非对称仿真计算验证了镀锌带钢表面缺陷的产生原因，并且提出了优化光整轧制力张力配比、辅助辊调整的改进措施，从而圆满地解决了镀锌带钢的表面质量问题，研究结果对生产实践具有借鉴意义。
环保与能源
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  除尘灰基脱磷剂的研发

  孙国斌，向晓东，邓爱军，李灿华，王昭然

  钢铁. 2019, 54(10): 96-102.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449749x.20180491

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  为实现除尘灰的资源化利用和铁水的有效预脱磷，尝试利用转炉二次除尘灰制备铁水脱磷剂具有现实意义。通过两种转炉二次除尘灰以不同比例替换纯脱磷剂中的有效成分进行脱磷试验，从而找到最佳的除尘灰替换比。试验结果表明，在使用除尘灰基脱磷剂后，两种脱磷剂的最高脱磷率分别达到52%和30%，脱磷终渣中P2O5活度系数明显降低，终渣磷容量显著增加，但磷分配比相对下降。另外，除尘灰基脱磷剂还具有较高的脱硅和脱硫效果，且最大脱除率均超过95%，这说明该脱磷剂能够同时实现铁水的预处理“三脱”作业，从而为除尘灰的二次利用提供了一条新的途径。
  
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  转炉烟气中金属氧化物催化煤焦CO2气化反应

  陶迅，周建安，蒋学凯，王宝，韩军

  钢铁. 2019, 54(10): 103-110.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449749x.20180485

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  提出了利用转炉烟气中金属氧化物催化煤焦CO2气化反应的新方法来提高CO2转化效率。利用热重分析对金属氧化物催化煤焦CO2气化进行理论研究，并通过滴管炉研究了不同温度下金属氧化物对煤粉CO2气化反应的影响。计算不同条件下的α、β、LHV值，对催化效率进行评估。结果表明，金属氧化物对煤焦CO2气化具有显著的催化作用，并表现出不同的特征温度。添加催化剂后，可燃性气体含量增加，CO2含量降低。根据α、β、LHV值的计算，复合催化剂催化效率最佳，而且催化效率随温度升高而增加。对于单一催化剂，在1 000~1 200 ℃温度范围内，CaO的催化效率优于FeO，FeO稍优于Fe2O3。滴管炉试验结果初步验证了利用转炉烟气中金属氧化物提高CO2的转化效率以及转炉煤气热值的可行性。
  
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  固体碳直接还原钢铁厂含锌固废的理论与实践

  金永龙，何志军，湛文龙，庞清海

  钢铁. 2019, 54(10): 111-116.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449749x.20180483

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  钢铁厂内的含锌固废数量巨大，同时富含铁、碳等元素，是可循环再利用的二次资源。通过固体碳直接还原ZnO和FeO的热力学分析，发现在非标准状态下，ZnO的还原条件要优于FeO。为此，在实验室条件下设计了含锌固废在不同温度和时间下的还原试验，发现在还原温度为1 423 K、还原时间为15 min以上时，脱锌率可达到90%，而铁的金属化率需要在1 573 K时才能接近90%；在还原温度低于1 423 K时，还原时间对脱锌率的影响较大；在还原温度高于1 473 K时，还原温度对脱锌率影响较小，同时脱锌率可达到95%。这些结果对国内当前处理含锌固废主要工艺(回转窑、转底炉)的操作制度设置具有重要的参考价值，也为如何选择合理的工艺路线，以低投入、低运营成本实现含锌固废的再利用提供了理论依据。
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  钢铁流程固废资源化利用逆向供应链体系探讨

  刘清梅，张福明，李海波，骆振勇

  钢铁. 2019, 54(10): 117-124.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449749x.20180469

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  以“减量化再利用再循环”的 3R 原则为指导，以实现钢铁流程固体废弃物再利用为目标，设计了钢铁流程固体废弃物资源化利用逆向供应链体系。结合各类固体废弃物的成分特性，设定有价元素为新资源，构建了钢铁流程固体废弃物资源化利用逆向供应链组合方案，并配置了流程自循环、外部利用和产物升级的梯级实施路径。为了达到逆向供应链操作过程的动态有序、协同连续和集约高效，建议引入固体废弃物全生命周期绿色化管理体系，并贯穿到固体废弃物资源化利用逆向供应链组合方案的初步规划与具体实施中，这将有利于降低企业固体废弃物环境管理投入成本和取得优良的钢铁全流程绿色化效果。
  
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  钢铁企业智慧能源管控系统开发与实践

  张琦1，刘帅1，徐化岩2，孟志权3，王刚4，许石5

  钢铁. 2019, 54(10): 125-133.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449749x.20180482

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  能源管控系统是国家工信部推出的节能减排先进适用技术之一，也是企业实现能源精细化管理的重要措施。综述了钢铁企业能源管控系统的现状和存在的问题，并对未来发展进行了展望。针对能源管控系统核心功能展开进一步分析，从基础能源管理到能效分析与评价、能源供需预测与优化分配、多能源介质耦合优化调度及辅助决策，以及碳排放分析等核心功能，旨在推进中国钢铁工业能源管控系统的进一步完善，促进智能化、绿色化发展，更好地发挥能源精细化管理作用，为企业节能减排做出更大贡献。