2019年, 第54卷, 第12期　刊出日期：2019-12-15

  

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综合论述
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  钢铁精准化电磁加热技术研究现状和发展趋势

  韩毅, 肖瑶, 于恩林, 王利民, 赵玉倩, 李红斌

  钢铁. 2019, 54(12): 1-9.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20190223

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  钢铁行业作为能源消耗巨大的国民经济支柱型产业,绿色发展逐渐成为其可持续发展的内在需求。感应加热(induction heating,简称IH)技术正处在跨领域、多学科交叉的快速发展阶段,其本质是使加热过程更加精确可控。分析了电磁加热精准化在电磁冶金、感应焊接、表面热处理等钢铁加工领域的发展现状,探讨了感应加热技术的发展趋势。IH电源智能化和变频自适应为未来IH精准化快速发展提供了可靠的基础设备。IH精准化技术在钢铁加工领域积极推动了精品钢铁生产。提高IH技术对加热目标靶向性以及预控能力,并精确获得合理梯度温度分布是钢铁热加工行业需要面对和进一步解决的技术问题。
原料与炼铁
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  焦粉与兰炭对高炉混煤燃烧特性的影响

  彭政富, 张建良, 毕传光, 宁晓钧, 谭培龙, 王广伟

  钢铁. 2019, 54(12): 10-18.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20190076

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  为了探究焦粉、兰炭替代无烟煤进行喷吹对混煤燃烧的影响,使用新型高炉喷煤燃烧模拟试验装置与热重分析设备,研究了焦粉、兰炭以及混煤粒度对混煤燃烧的影响。利用扫描电镜(SEM)与能谱仪(EDS)观察了未燃煤粉的外观形貌。研究结果表明,粒度降低对燃烧有促进作用,焦粉用于喷吹的粒度应低于0.074 mm;兰炭替代无烟煤没有明显影响,而焦粉作用明显;当焦粉添加量超过15%时,混煤燃烧性能急剧下降。兰炭与焦粉对混煤燃烧性的影响不同,主要原因是兰炭与焦粉具有不同的化学性能与结构。从混煤燃烧性能的角度考虑,少量焦粉替代无烟煤用于高炉喷吹是可以被接受的。
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  软熔过程中烧结矿和块矿的交互作用

  刘新亮, HONEYANDS Tom, O′DEA Damien, MITRA Subhasish, CHEN Jeff, 邱光君

  钢铁. 2019, 54(12): 19-26.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20190094

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  为更好地明晰块矿的软熔行为并优化其在高炉内的使用,以烧结矿和澳大利亚纽曼混合块矿为研究对象,分别就两者在软熔过程中的物理和化学交互作用进行了试验研究。通过使用中子CT扫描软熔试验试样, 发现1 450 ℃时烧结矿与纽曼混合块矿的混合炉料孔隙度要高于两者单一炉料,即两者间存在着物理交互作用;通过采用扫描电镜和电子探针分析发现,1 200～1 300 ℃温度范围内烧结矿中钙和镁扩散到了块矿中,两者发生了明显的化学交互作用。在物理和化学交互共同作用下,配加约20%纽曼混合块矿的混合炉料软熔行为得到了明显改善,且其性能相似或略好于同碱度的单一烧结矿炉料,这表明块矿和烧结矿混合后能在高炉内形成温度区间更窄、位置更低、透气性更好的软熔带。
炼钢
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  热力学分析MnS夹杂物析出与控制

  张学伟, 杨才福, 柴锋, 罗小兵, 张立峰, 董元篪

  钢铁. 2019, 54(12): 27-34.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20190064

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  为了深入研究与控制重轨钢中大尺寸MnS夹杂物,针对目前热力学计算MnS析出行为问题,提出在应用时需要根据实际条件做相应的选择进行计算。在比较了目前几个常用的热力学数据后,基于U75V钢中MnS夹杂物形成过程,建立了适合计算MnS夹杂物析出的分段计算方法。研究表明,采用FactSage 6.4商业软件计算MnS析出温度为1 631 K,与平衡热力学参数计算的结果1 694 K相差63 K。该方法可准确预测MnS的析出行为,降低了热力学分析MnS析出的难度。在1 473、1 573 和1 673 K 3个温度下固溶硫质量分数分别为0.000 67%、0.001 67%和0.010 8%。在铸坯轧制之前的开坯和保温温度为1 563 K时,需要将钢中硫质量分数降低到0.001 67%以下,才能有效控制大尺寸的MnS夹杂物。
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  碲处理对20CrMnTi齿轮钢中MnS夹杂物改性效果

  白旭旭, 杨树峰, 刘威, 李京社, 梁雪

  钢铁. 2019, 54(12): 35-41.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20190075

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  为了研究碲处理对钢中MnS夹杂物形貌的影响,利用SEM-EDS扫描电镜,研究了20CrMnTi钢中添加高纯碲粉后MnS夹杂物的改性效果。试验结果表明,碲处理使钢中夹杂物的平均长宽比由3.17降至1.83,球化效果较为明显;当碲硫比控制在0.33时,不同硫含量的钢中夹杂物形貌有明显差异,硫质量分数为0.21%的钢中,形成了MnS镶嵌在碲化物中的大型夹杂,而在硫质量分数为0.11%的钢中,形成了碲化物包裹MnS的复合夹杂;当碲硫比为3.21时,发现钢中出现了单独存在的高碲相,MnS外层的碲化物层也较厚,改性率仅为8.75%,这表明高碲硫比并不能提高硫化物改性的数量。
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  脱磷炉半钢冶金效果评价指数ISPC的应用

  董文亮, 罗磊, 邓小旋, 季晨曦, 李海波, 田志红

  钢铁. 2019, 54(12): 42-47.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20190042

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  为了建立评价脱磷炉半钢冶金效果的指数,在常规转炉冶金效果分析时,ISCO(Index for Selective Carbon Oxidation)指数、BOC(Balance of Oxygen and Carbon feeding rate)指数和炉渣TFe、脱磷率等冶金效果有较好的对应关系,转炉终点碳氧积可以综合考虑转炉终点碳质量分数及氧质量分数,这3个指数均可以用来衡量复合吹炼转炉冶金特性。然而在脱磷炉半钢冶炼效果并没有衡量的指数,建立选择性脱磷脱碳指数ISPC(Index for Selective dePhosphorization and deCarburization),并将该应用于脱磷炉工业生产的数据分析中,可以用来综合反映半钢冶金效果。ISPC指数越高表明脱磷保碳效果越好,半钢碳质量分数随着ISPC指数的增加而增加,半钢磷质量分数随着ISPC指数的增加而降低。半钢温度和底吹强度是影响ISPC指数的主要因素。ISPC指数随半钢温度的降低而增加,低温使得磷的氧位低于碳元素,脱磷保碳程度更好。ISPC指数随着底吹强度的增加而增加,并能较好地反映出炉底状态和动力学条件。
压力加工
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  连退机组炉辊辊型曲线综合优化设定技术开发

  白振华, 许鹏, 王晓雷, 何召龙, 王云祥

  钢铁. 2019, 54(12): 48-54.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20190047

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  针对以往连退机组在辊型曲线的优化设计过程仅考虑通板稳定而不考虑到板形控制、仅采用分工艺段单独优化而不考虑全炉段协同设定的问题,在大量的现场试验与理论研究的基础上,既考虑到连退机组的通板稳定性又考虑到板形控制,同时还兼顾到炉内上下游工艺段之间的有机联系,构造出了相应的炉辊辊型优化目标函数,提出了一套适合于连退机组的全炉段炉辊辊型曲线综合优化设定技术,并将其应用到某1 550连退机组的生产实践,取得了良好的使用效果,有效地提高了机组的通板稳定性与出口板形质量,为现场创造了较大的经济效益,具有进一步推广应用的价值。
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  镀锡板翘曲控制策略研究与应用

  唐伟, 杜凤山, 文杰, 林海海

  钢铁. 2019, 54(12): 55-61.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20190069

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  针对镀锡板生产中存在的翘曲控制问题,考虑到镀锡基板与镀锡板翘曲高度和方向在上下游工序的遗传和演变,研究了一次冷轧镀锡基板和二次冷轧镀锡基板在平整和二次冷轧时翘曲的控制策略,分析了卷取过程对不同钢种、规格镀锡板翘曲高度的影响,研究了镀锡线拉矫机的翘曲控制特性。在此基础上,提出了镀锡板在平整/二次冷轧、拉矫以及卷取过程的翘曲控制策略,并在某镀锡板生产厂得到应用,镀锡板产品翘曲高度控制精度得到大幅提升。
钢铁材料
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  压下率对316L/EH40复合板界面微观形貌的影响

  金贺荣, 韩民峰, 段昌新

  钢铁. 2019, 54(12): 62-69.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20190050

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  为确定制备316L/EH40不锈钢复合板所需压下率,采用MSC.Marc有限元软件模拟研究了316L/EH40不锈钢复合板在不同压下率下的轧制过程,通过对变形区结合界面处应力场与应变场的综合分析,确定不锈钢复合板实现有效黏合的最小压下率为55%。基于有限元仿真结果,采用Gleeble-3800热模拟试验机制备了不同变形率下的复合样件,并对复合样件结合界面处的微观组织形貌进行了观测。通过分析得出结论,样件压下率达到30%后,结合界面处孔隙基本闭合,但仍有部分夹杂物和微孔存在;当压下率超过50%后,结合界面处微孔完全消失,夹杂物数量减少并且尺寸减小;低合金钢侧组织由铁素体和珠光体组成,靠近结合面处存在脱碳层,随着压下率的提高,脱碳层厚度逐渐降低;不锈钢侧由奥氏体组织组成,奥氏体晶粒尺寸随着压下率的提高得到不同程度的细化;显微硬度值随着压下率提高逐渐增大。
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  二次冷轧压下率对镀锡板组织性能的影响

  莫志英, 方圆, 刘伟, 吴志国, 王雅晴, 孙超凡

  钢铁. 2019, 54(12): 70-74.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20190102

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  为了开发高硬度二次冷轧镀锡板,采用硬度计、拉伸试验机、光学显微镜和X射线衍射仪研究了二次冷轧压下率对氮强化镀锡板组织性能的影响规律。结果表明,随着二次冷轧压下率提高,试验钢的硬度和强度提高,各向异性增加,伸长率降低,当二次冷轧压下率为44%时可达到DR-9M的技术要求。同时采用高碳和氮强化成分体系配合低温退火不利于有利织构{111}的形成,织构取向密度的峰值出现在{001}<110>~{114}<110>、{223}<110>~{445}<110>和{554}<225>,冲压成形时易在45°方向上产生制耳。
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  0.13C-5Mn中锰钢的裂纹扩展行为

  周峰峦, 王存宇, 雷志国, 曹文全, 董瀚

  钢铁. 2019, 54(12): 75-80.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20190062

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  为了研究基体组织为铁素体和亚稳奥氏体的0.13C-5Mn中锰钢裂纹扩展特性,采用载荷控制对其进行裂纹扩展试验,采用SEM、EBSD等手段表征了裂纹扩展行为。研究结果表明,裂纹扩展机制为滑移和积累损伤双重机制。在裂纹尖端的塑性区内发生亚稳奥氏体转变为马氏体的相变,发生转变的区域远远小于裂纹尖端塑性区尺寸,由于相变吸收了能量以及裂纹闭合效应降低了疲劳裂纹扩展速率。
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  铌微合金化抗震钢筋形变奥氏体连续冷却转变

  曹建春, 叶亚平, 阴树标, 张卫强, 陈伟, 张永青

  钢铁. 2019, 54(12): 81-88.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20190087

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  为了研究铌对高强抗震钢筋生产过程中组织转变的影响,通过热模拟试验对比研究了无铌碳素钢筋及铌微合金化钢筋(铌质量分数为0.03%)形变奥氏体在不同冷却速率下的组织和相变规律,获得动态CCT曲线。研究结果表明,添加0.03%铌使试验钢奥氏体连续冷却转变有明显变化。从连续冷却曲线(CCT)可看出,添加铌后,发生先共析铁素体、珠光体相变的冷却速度范围减小,铁素体、珠光体转变温度降低;贝氏体相变的冷却速度区间整体右移。添加铌能细化组织,各冷却速度下含铌钢的硬度均大于无铌钢。利用TEM对不同冷却速度下含铌钢中析出相进行观察,发现Nb(C,N)弥散分布于钢中,随着冷却速度的增加,析出的Nb(C,N)逐渐减少,析出相尺寸呈先减小后增大的规律,2 ℃/s冷却速度冷却得到的析出相尺寸细小且数量较多。
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  热处理对N06230合金无缝管组织及抗拉强度的影响

  高佩, 程晓农, 罗锐

  钢铁. 2019, 54(12): 89-95.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20190162

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  为了探索合金无缝管的热处理工艺,采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、室温拉伸试验等方法,研究了热处理工艺对N06230高温合金冷轧无缝管的组织和抗拉强度的影响。通过OM、SEM表征方法,分析了温度为1 200～1 300 ℃、保温0.5～5.0 h时M₆C型碳化物面积百分比及晶粒尺寸变化规律,并建立了晶粒尺寸长大动力学模型。结果表明,该合金中有很多富钨的M₆C型碳化物,横向呈现颗粒状弥散分布,沿轧制方向呈链状分布,部分M₆C型碳化物呈椭圆状特征,面积百分比约为1.97%。随着热处理温度的升高及保温时间的延长,无缝管的抗拉强度逐渐降低。
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  超高强韧油井管合金设计与高强韧机制

  陈辉, 喻异双, 吴彬彬, 尚成嘉

  钢铁. 2019, 54(12): 96-103.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20190081

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  为了揭示1 000 MPa级低碳加铌钒钛微合金钢的高强韧机制,研究了S1(w(C)=0.09%)与S2(w(C)=0.17%)两种合金成分的油井管钢成分-工艺-组织-性能关系。试验表明,两种成分试验钢经水淬后的组织分别为板条贝氏体加少量马氏体和马氏体加少量贝氏体的复相组织。两种成分钢经过450~600 ℃、30 min的中温回火后,组织中均出现碳化物析出,且S1试验钢回火后的屈服强度基本不变,抗拉强度下降了约70 MPa,S2试验钢回火后的屈服强度与抗拉强度迅速升高170 MPa左右。溶度积公式的计算结果表明,两种钢的水淬组织中铌、钛元素析出彻底且析出物的体积分数都很小,因此回火铁素体基体中的VC析出强化对S1试验钢回火后屈服强度保持不变以及S2试验钢回火后屈服、抗拉强度提高起到重要作用。
环保与能源
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  基于高炉炉料结构优化的源头减排技术及应用

  王新东, 李建新, 胡启晨

  钢铁. 2019, 54(12): 104-110.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20190287

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  为了更进一步降低污染物排放总量,河钢集团在实现污染物超低排放的同时积极开展源头和过程硫硝减排技术研发。针对国内矿粉资源特点和球团、烧结过程污染物生成规律,以减少污染物生成总量为出发点,开发出适于高比例球团冶炼的低排放、低能耗熔剂性球团制备技术,阐明了熔剂性球团焙烧过程吸放热规律,克服了生球爆裂、回转窑结圈等技术难题,成功生产出SiO₂质量分数在4.5%以上,MgO质量分数为1.8%左右,二元碱度(R₂)为1.0左右的镁质熔剂性球团,并且具备长期连续生产的能力。开发了焙烧温度与球团矿质量调控、燃烧温度与硫硝生成控制技术,使得熔剂性球团抗压强度大于2 200 N/个,SO₂生成量比酸性球团降低了20%,比烧结矿产生的SO₂、NO_x分别降低75%、53%。研发了高比例球团高炉冶炼集成技术,高炉球团质量分数由20%增加到80%,燃料比降低11 kg/t,吨铁SO₂、NO_x分别减排50%、26%。提出了炼铁流程全生命周期节能减排定量分析方法和持续改进方向,成功实现污染物在源头和过程上的削减。已成功推广至河钢集团2 000 m³级、3 000 m³级高炉和河钢乐亭沿海基地3 000 m³级高炉在建项目上,为国内钢铁工业减少污染物排放总量开辟了新的方向。
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  转底炉对转炉污泥的处理

  王飞, 毛瑞, 茅沈栋

  钢铁. 2019, 54(12): 111-116.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20190340

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  为了合理利用转炉污泥,减少炼铁流程中有害元素的富集,对转底炉处理转炉污泥进行了研究。结果表明,转炉污泥配入混合料后对生球质量影响较小,但可以提高干球的强度,因此可以减少球团在转运和预热阶段的破裂、粉化情况。混合料的碱度和碳质量分数是影响金属化球团质量的关键因素,而转炉污泥配入混合料后会对它们产生较大影响。将混合料的碱度控制在0.75~0.85,碳质量分数控制在11%~12%,可以保证金属化球团具有所需的强度和金属化率。工业试验过程中,转炉污泥配比从8%逐渐提高至24%,通过控制各原料配比来调节碱度和碳质量分数,金属化球团的质量能够满足生产需要。
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  配加预处理脱硫灰对铁矿烧结基础特性的影响

  罗云飞, 钱立新, 龙红明, 章裕东, 魏汝飞

  钢铁. 2019, 54(12): 117-124.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20190142

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  半干法脱硫灰堆弃处理占用土地且容易造成二次污染,将脱硫灰预处理后替代CaO熔剂配入烧结有望充分利用其中的熔剂组分,实现脱硫灰在钢铁企业的闭路资源化利用。研究了脱硫灰配加焦粉加热分解特性及替代CaO熔剂配加对铁矿粉烧结基础特性的影响。结果表明,配加1%焦粉可以有效提高脱硫灰分解率,减少CaSO₄的生成。随着预处理脱硫灰替代CaO比例的增加,铁矿粉同化温度和黏结相强度呈现先增加后减小的趋势;液相流动性呈现单调增加趋势,当替代比超过40%时,液相流动性形成了流动性很大的“假象”;黏结相微观结构表明,替代比例小于40%时,有利于烧结试样中铁酸钙的生成;综合考虑,最佳的替代比例应小于40%。
技术交流
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  鞍钢朝阳钢铁高炉风口内径向取样分析

  张立国, 张洪宇, 朱建伟, 张伟, 任伟, 胡德顺

  钢铁. 2019, 54(12): 125-131.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20190053

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  为了解炉内渣铁分布以及径向焦炭性能劣化状况,对朝阳钢铁公司1号高炉取样设备组成、现场安装以及风口内部径向取样过程进行了说明。对所取风口焦的成分、粒度组成、热态性能等进行检测,并对所取不同部位风口焦微观结构及石墨化程度进行分析,结果表明,1号高炉风口回旋区长度为1.7 m,风口焦平均粒度为16.12 mm,热态反应后强度为12.30%。对比鞍钢本部其他在产高炉,明显存在着回旋区长度偏短、风口焦粒度较小及热态性能较差等问题,焦炭性能较差是影响高炉稳定顺行的重要原因之一。