2019年, 第54卷, 第11期　刊出日期：2019-11-15

  

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综合论述
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  我国高炉炼铁技术装备发展成就与展望

  张福明

  钢铁. 2019, 54(11): 1-8.

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  近40年来，我国钢铁工业取得了巨大进步，钢铁产量连续多年居世界第一。我国高炉炼铁技术装备在大型化、现代化、高效化、长寿化等方面发展成就显著。2000年以来，一批5000m3以上特大型高炉、500m2以上大型烧结机、7.63m超大容积焦炉和年产400万t/a以上大型球团生产线相继建成投产，一系列自主研发、集成创新的炼铁关键技术在生产实践中取得重大应用成效。在技术装备大型化的同时，高炉富氧喷煤、无料钟炉顶、煤气干法除尘、顶燃式热风炉及高风温、高效低耗烧结技术、大型清洁炼焦技术等先进技术及其装备研发与应用成效显著，有力推动了炼铁技术装备进步。到本世纪中叶，我国钢铁工业格局和流程结构将发生重大变革，减量化、绿色化、智能化、高效化将是未来一个时期炼铁技术装备的主要发展趋势。
原料与炼铁
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  热烧结矿竖式冷却过程传热特性研究

  黄柱成,杨越， 钟荣海， 梁之凯， 胡兵

  钢铁. 2019, 54(11): 9-15.

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  与传统环冷相比，烧结竖冷拥有漏风率低、换热效率高的优势。为此利用竖冷试验装置，在某烧结厂取热风与热烧结矿研究了竖式冷却过程气固对流换热特性。研究表明，烧结矿竖式冷却过程中影响传热特性的主要因素为冷却风的流量及温度。烧结矿和冷却风对流换热系数随着烧结矿温度的升高而增大，且随着冷却风流量的增大以及冷却风温度的降低，对流换热系数也随之增大。基于白金汉定理，结合试验数据拟合得出了描述烧结矿与冷却风传热特性的准数关联式，其模拟性较好且平均相对误差为7.25%。
  
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  融合大数据技术和工艺经验的高炉参数优化

  刘颂，刘福龙，刘二浩，吕庆，石泉，刘小杰

  钢铁. 2019, 54(11): 16-26.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449749x.20190008

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  为了更精准地评判高炉运行情况，量化高炉指导方针。根据高炉生产过程的特点，应用大数据技术对高炉生产参数与铁水产量和高炉能耗等指标进行数据驱动分析，提出了一种优化高炉生产参数的新方法。首先，对某钢铁厂高炉各工序历史数据进行了采集、清洗、过滤和整合，建立了高炉数据仓库。然后，将多种聚类算法相结合，完成了对高炉炉况变化的详细划分。运用工艺经验与递归特征消除算法相结合，全面筛选得到能够反映炉况波动的强相关变量。应用统计学方法分析得出Class_a炉况对应的核心参数的最优范围，这对指导现场生产、保持高炉长期稳定顺行具有重要意义。
  
炼钢
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  高铝钢中钙处理对非金属夹杂物特征的影响

  王林珠, 李军旗, 杨树峰, 陈朝轶, 金会心

  钢铁. 2019, 54(11): 27-32.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449749x.20190007

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  为了研究高铝钢中钙处理量与夹杂物特征的关系，通过SEMEDS检测了钢中夹杂物形貌和成分，并结合图像处理软件、体视学等方法统计了夹杂物三维尺寸分布、夹杂物间距和夹杂物分布等参数。结果表明，钙处理高铝钢中夹杂物主要有Al2O3CaO(CaS)复合夹杂物和AlN等两类夹杂物。高铝钢中钙质量分数由0.000 4%增加到0.002 4%时，夹杂物的平均尺寸由2.5减小到1.8 μm，夹杂物数量是原来的2倍，夹杂物平均间距由95减小到72 μm。通过FactSage热力学计算讨论了冷却过程中夹杂物成分的演变过程，计算结果与试验结果相符。最后根据夹杂物形核计算讨论了夹杂物特征与形核尺寸的关系以及高铝钢中夹杂物分布的影响因素。
  
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  铁水脱磷顶吹氧+喷粉搅拌冶炼工艺的应用

  赵斌，吴巍，吴伟，汪成义，崔怀周

  钢铁. 2019, 54(11): 33-39.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449749x.20190037

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  为了获得最佳的供氧和粉剂消耗与温度的关系。国内某钢厂采用专用炉顶吹氧+喷粉搅拌脱磷工艺为AOD炉提供优质的低磷铁水冶炼不锈钢，实现了新型一步法冶炼不锈钢工艺。生产实践表明，随着喷吹钝化石灰粉和铁皮球用量的增加，脱磷率逐渐升高，当石灰喷吹量为10～12 kg/t、铁皮球消耗量为25.0～37.5 kg/t、供氧量为300～400 m3时，脱磷率在85%以上；脱磷率随着钙氧比的增大而减小，当w(CaO)/w(Fe2O3)为0.8时达到最大值，钙氧比为0.8～1.4时脱磷率大部分在85%以上，钙氧比超过1.4时效果降低。
  
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  304不锈钢不同精炼渣碱度下夹杂物的演变

  陈兴润, 韩少伟，郭靖，潘吉祥

  钢铁. 2019, 54(11): 40-48.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449749x.20190020

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  为了提高304不锈钢的产品质量，结合生产实际，利用热力学计算和扫描电镜能谱分析方法, 研究了硅脱氧条件下，LF精炼渣碱度对304不锈钢在LF精炼、连铸过程夹杂物变化规律的影响。试验结果表明,随着冶炼过程进行，全氧质量分数和夹杂物数量依次减小。304不锈钢采用1.75高碱度炉渣，可以得到较低的全氧质量分数和夹杂物数量，但是夹杂物中Al2O3质量分数高，夹杂物熔点高。采用1.53低碱度炉渣，钢液中全氧质量分数较采用高碱度炉渣高，但是夹杂物中CaO、Al2O3质量分数相对较低，SiO2和MnO质量分数较高，夹杂物熔点低。针对304不锈钢产品可以采用不同的生产工艺路线来满足产品的不同需求。
  
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  堆冷方式下板坯氢扩散效果

  王卫华, 李战军, 初仁生, 陈霞

  钢铁. 2019, 54(11): 49-55.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449749x.20190014

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  为了考察某中厚板厂板坯堆冷工艺过程中氢元素的去除效果，最终达到防止白点、提高探伤合格率的目的，依据菲克第二定律非稳态传质方程，以8块断面为250 mm×1 600 mm板坯为研究对象，利用有限元软件ABAQUS建立了中厚板铸坯堆冷过程二维氢扩散模型。计算结果表明,利用相变时的除氢峰效应，对连铸坯进行堆冷是一个很有力的除氢措施。在堆冷条件合理的情况下，下线连铸坯在堆冷24～48 h后除氢率高达84.6%。如果以平均w(H)等于0.000 1%为防止产生“白点”的判断标准，则堆冷24 h后可认为铸坯w(H)已处于安全范围；如果以最大w(H)等于0.000 1% 为防止产生“白点”的判断标准，则堆垛36 h后认为铸坯w(H)已完全处于安全范围。
  
压力加工
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  非调质钢38MnVS轧制裂纹机制分析

  赵梦豪，刘年富，艾克南，张东，付建勋

  钢铁. 2019, 54(11): 56-62.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449749x.20190038

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  针对非调质钢38MnVS轧制过程中出现的裂纹，采用金相显微镜、扫描电子显微镜、小样电解技术对裂纹区域进行二维、三维分析。结果表明，裂纹两侧存在明显脱碳层，在裂纹周边及延伸区域存在大量沿线分布的硅锰酸盐夹杂物。由于大量长条和不规则状硅锰酸盐夹杂物的存在，在连铸过程铸坯表面产生了微细的纵向裂纹。在铸坯热送过程，微细裂纹进一步扩展，形成贯穿裂纹，从而导致整个轧材报废。根据裂纹产生的机制，优化连铸过程保护渣，取消对铸坯的热装热送，能有效控制裂纹产生，使成材率明显提升。
  
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  冷轧带材整辊式板形仪通道耦合与解耦

  于华鑫，王东城，刘宏民，徐扬欢，郭子健

  钢铁. 2019, 54(11): 63-68.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449749x.20190155

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  板形检测是提高板形质量的基础和关键。为保证带材表面不被划伤，整辊式板形仪应运而生。由于结构的特殊性，整辊式板形仪在某一通道受压力时不仅会对本通道信号产生作用，还会对邻近通道信号产生显著干扰，引起检测误差，因此需要对其进行解耦处理。为解决这一问题，首先通过力学分析提出了通道耦合的概念和影响矩阵模型，然后通过标定试验获得影响矩阵的数值，最终通过解耦方程消除通道间的相互干扰。仿真试验和工业应用证明，提出的理论和方法可有效提高板形检测和控制精度。
  
钢铁材料
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  不同轧制及退火处理0.1C5Mn中锰钢的氢脆敏感性

  赵晓丽，张永健，惠卫军，王存宇，董瀚

  钢铁. 2019, 54(11): 69-79.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449749x.20190015

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  尽管中锰钢的强塑性等力学性能得到了较大幅度提升，但要大规模地应用于汽车部件制造，仍需解决材料在制造和服役过程中面临的氢脆等系列难题，在此背景下，利用电化学充氢、氢热分析仪、慢应变速率拉伸试验机及扫描电镜等研究了两种不同状态(热轧和温轧)0.1C5Mn中锰钢在650 ℃保温30 min(两相区退火处理)后的氢脆敏感性。结果表明，热轧和温轧退火样的微观组织分别为板条状及等轴+板条状的铁素体与奥氏体的复相组织。尽管温轧退火样的强度比热轧退火样提高了约150 MPa，伸长率降低了约5%，但两者的强塑积均可达到约33 GPa·%。两种试验材料充氢时吸附的氢绝大部分为对应低温逸出峰的可扩散性氢，温轧退火试验材料的氢脆敏感性低于热轧退火钢。充氢热轧退火样断口起裂处的断裂机制为穿晶断裂+沿原奥氏体晶界的脆性沿晶断裂；温轧退火样的起裂处则为空心韧窝+包括奥氏体(变形后转变为马氏体)晶粒的实心韧窝，后者实际上为沿着奥氏体和铁素体界面起裂的一种脆性沿晶断裂。造成两种试验材料氢脆敏感性不同的原因主要是其微观组织及其所引起的氢致断裂方式的差异。
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  退火温度对冷轧中锰钢组织性能和断裂行为的影响

  杨丽芳，魏焕君，孙力，信瑞山，马成，潘进

  钢铁. 2019, 54(11): 80-87.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449749x.20190073

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  为了系统研究临界区退火和全奥氏体区退火对中锰钢性能的影响，为中锰钢的实际应用提供理论基础，在650~900 ℃范围内系统研究了冷轧中锰钢的显微组织和力学性能，并通过断口形貌观察分析了试验钢的断裂特性。结果表明，试验钢在临界区退火的综合力学性能明显优于全奥氏体区退火。650~750 ℃退火时，抗拉强度在1 000 MPa左右，强塑积超过30 GPa·%，发生韧性断裂，宏观上可以观察到明显的层状裂纹，微观下为大量韧窝；在800~900 ℃退火时，抗拉强度在743~1 154 MPa范围内波动较大，强塑积不足10 GPa·%，断口平整，发生脆性沿晶断裂；退火温度为650 ℃时，组织为片层状和等轴状的奥氏体、铁素体双相及大量渗碳体；随着退火温度的升高，渗碳体逐渐溶解消失，等轴状组织所占体积分数明显增加，奥氏体体积分数也不断增加，在750 ℃时达到52.2%；退火温度为800 ℃时，有马氏体产生，奥氏体体积分数下降；退火温度为900 ℃时，组织基本为马氏体，残留奥氏体体积分数仅为14.6%。
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  锻造工艺对2Cr11Mo1VNbN钢横纵向组织及性能的影响

  龚志华，王利伟，姚斌，何玉东，赵吉庆，杨钢

  钢铁. 2019, 54(11): 88-93.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449749x.20190070

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  为了解决2Cr11Mo1VNbN钢横纵向性能差异大的问题，采用OM、SEM等手段研究了不同墩拔工艺下超(超)临界叶片用2Cr11Mo1VNbN马氏体耐热钢的组织、室温力学性能及短时持久性能。结果表明，增加墩拔次数，对合金纵向的强度、塑性及冲击性能影响不明显；对合金的横向性能的影响主要体现在冲击性能和断面收缩率，当二次墩粗和二次拔长以后，横向冲击性能和断面收缩率明显提升。这主要是因为在经过多道次的墩拔工艺后，大颗粒的一次NbC析出破碎，同时在多次加热过程中进一步回溶，使NbC长度方向尺寸明显降低，降低了裂纹形成和扩展速率，性能得到提升。
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  17Cr2Ni2Mo齿轮用钢热变形动态再结晶行为

  余新平，潘光永，齐永杰，黄庆华，潘巧玉

  钢铁. 2019, 54(11): 94-100.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449749x.20190153

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  为了探索材料热塑性变形工艺理论，针对热轧态17Cr2Ni2Mo齿轮用钢进行热力模拟试验，研究材料在应变速率=0.01～10 s-1、热变形温度t=1 050～1 150 ℃条件下的动态再结晶行为。结果表明，在较高应变速率下，应力在峰值后，出现动态回复或持续性动态再结晶软化，在较低应变速率下，应力呈现波浪多峰值状，出现多次动态再结晶软化。通过加工硬化率随应变变化曲线(θε)，确定了动态再结晶临界特征应变量εc，结合峰值应变量εp统计得到εc/εp比值为0.629～0.854，并可知当应变速率一定时，εc随着温度升高而减小，当温度一定时，εc随应变速率的增大而增大。同时建立了流变应力本构方程，数据验证平均相对误差为1.705%。最后建立了动态再结晶动力学模型。
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  铌对高碳钢奥氏体向珠光体转变规律的影响

  刘铖霖 曹建春 周煌 高鹏 阴树标 叶亚平

  钢铁. 2019, 54(11): 101-109.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449749x.20190017

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  铌可以显著改善钢的组织，提高钢的性能。同时，铌在钢中还存在偏聚现象，可有效提高钢的淬透性，使共析点右移。因此，利用金相法和等温热处理试验，对高碳钢的微观组织进行分析，发现铌的析出和固溶将细化晶粒，同时铌的加入将推迟高碳钢的珠光体转变，并使其孕育期延长。利用合金价电子结构理论，构建了不含铌和含铌的两种体系的奥氏体合金价电子晶胞，从电子层次研究铌对高碳钢奥氏体的影响规律。理论计算结果表明，两种模型在碳质量分数为0.86%时的最大共价电子对数nA分别为0.972 5、0.962 4。铌的加入会改变体系中键的组成，并与碳原子结合形成新的最强键C—Nb键。而NbC的析出阻碍了碳在奥氏体中的扩散，推迟了珠光体的形成和长大，进而推迟了珠光体相变，导致添加铌元素后的CCT曲线右移。
  
环保与能源
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  煤焦还原分解烧结烟气脱硫石膏的试验

  宋伟明 周建安 李数 杨健

  钢铁. 2019, 54(11): 110-115.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449749x.20190027

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  针对烟气脱硫石膏综合利用问题，提出了利用煤焦还原分解石膏制备CaO和SO2的新方法。采用FactSage 6.1计算了煤焦与脱硫石膏的高温反应特性，并利用热重分析仪在理论上分析了煤焦还原分解石膏行为的可行性。通过管式电阻炉试验进一步研究了温度、煤焦添加量、保温时间对石膏分解率和固态产物影响以及气体SO2释放规律。试验结果表明，升高温度、增加煤焦添加量和保温时间均能提高石膏的分解率；煤焦质量分数从5%增加到20%，CaO和SO2的质量分数先升高后下降，而CaS的质量分数一直增大；在煤焦量为11%时，CaO和SO2的质量分数达到最大值，CaO和SO2成分的变化规律主要受CaS和CaSO4相对含量的影响。采用煤焦还原分解石膏的方法，可为石膏综合利用提供理论指导。
  
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  不锈钢酸洗污泥对烧结黏结相与平衡相的影响

  李小明，汪衍军，贾李锋，邢相栋

  钢铁. 2019, 54(11): 116-122.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449749x.20190022

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  不锈钢酸洗污泥安全填埋占用土地且难以消除对环境的危害，将酸洗污泥作为烧结配料使用有望回收其中铁、铬、镍等金属，并充分利用其中的熔剂组分，实现酸洗污泥在冶金企业的闭路资源化利用。铁矿粉配加酸洗污泥烧结黏结相强度试验表明，随着酸洗污泥配加比例的增加，黏结相强度先增加后减小，且随着碱度的增加整体减小，当酸洗污泥配加比例为10%时，试样中赤铁矿、磁铁矿质量分数最大，枪晶石质量分数较小，在碱度为1.5时于1 280 ℃焙烧4 min，试样的黏结相强度最大可达15.12 kN。平衡相烧结试验表明，配加酸洗污泥能改善烧结矿质量，铁矿粉配加10%的酸洗污泥，碱度为1.5，1 300 ℃烧结240 min后，烧结矿的矿相组成和微观结构最好，综合性能最佳。
  
装备技术
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  轧机垂直系统动力学参数辨识

  凌启辉，张维，赵前程，闫晓强，张清东

  钢铁. 2019, 54(11): 123-129.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449749x.20190130

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  针对轧机垂直系统动力学参数可信度不足等问题，提出一种基于实测数据的改进粒子群算法辨识轧机垂直系统动力学参数的方法。首先,将轧机垂直系统刚度和阻尼考虑成达芬振子和范德波尔振子，构建轧机垂直系统非线性动力学模型，并对粒子群算法进行改进；然后，通过数值仿真算例辨识得到系统在感染噪声和不含噪声时的动力学参数，验证了该算法的有效性；最后，以现场某轧机垂直系统为研究对象，基于现场实测数据，应用该算法进行辨识，得到了轧机垂直系统动力学参数估计，通过实测位移、速度和加速度信号分别与辨识后的位移、速度和加速度信号进行对比，证明该方法辨识轧机垂直系统动力学参数结果可靠，具有一定的工程应用价值。
  
技术交流
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  焊接钢管高频感应加热的残余应力和组织演变

  韩毅，肖瑶，闵祥玲，于恩林，李大龙，高颖

  钢铁. 2019, 54(11): 130-139.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449749x.20190151

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  随着中国钢铁、冶金与电磁等交叉学科的快速发展，焊接钢管产量及质量日益提升。高频感应加热是生产焊接钢管的核心工序，获取更加精确的焊管高频加热过程的应力分布和微观组织演化规律，是进一步提升焊管品质的关键要素和学者们关切的问题。综合考虑热传导和微观组织转变对应力的影响，针对高频焊管特有的沙漏形热源形貌，定量分析了焊接热影响区微观组织演变过程和残余应力的分布规律，获得了考虑热应力和组织应力的残余应力分布。发现该应力特点为在焊缝附近轴向残余应力较大，最大等效残余应力出现在距焊缝中心1/2壁厚处的热影响区，在壁厚方向管材内部的中间层的残余应力较大，且应力分布与反映高频焊接热源形貌特征的加热温度峰值和加热温度宽度相关。而在焊缝中心处，未考虑组织变化的等效残余应力值是考虑组织变化的1.3倍。掌握焊管高频焊接应力和组织演变的特点和规律，可为优化高频焊接工艺提供理论依据，对提升高频焊管质量具有重要意义。