2019年, 第54卷, 第4期　刊出日期：2019-04-15

  

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综合论述
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  钢铁工业的空气消耗与废气排放

  蔡九菊

  钢铁. 2019, 54(4): 1-11.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20180347

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  基于工业系统与环境之间的物质交换，建立空气是冶金资源的概念，阐述了钢铁工业空气消耗量、废气产生量、污染物排放量三者间的联系及其对区域大气环境质量的影响。调研核查了若干家钢铁企业，统计其烧结、炼焦、炼铁、炼钢和轧钢等各生产工序，以及高炉-转炉流程、全废钢-电炉流程的空气消耗量和废气排放量。以吨钢为计算基准，给出了中国钢铁工业的资源消耗结构和废物排放结构以及空气消耗和废物排放数据，其中吨钢空气消耗量（以质量计）占吨钢资源消耗总量的85%以上，强调了减少空气消耗和废气产生量对降低污染物排放总量、改善区域大气环境质量的重要性。列举了富氧乃至纯氧燃烧、废气循环再利用、烧结矿竖式冷却换热技术的节能减排案例，指明应用这些关键技术、优化钢铁生产流程和发展全废钢电炉短流程等是大幅度减少空气消耗和废气产生量，进而减少颗粒物、SO₂、NO_x排放量的有效途径。
原料与炼铁
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  w（MgO）和w（Al2O3）对混合炉料软熔性能的影响

  李廷乐，孙长余，汪 琦

  钢铁. 2019, 54(4): 12-18.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20180275

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  改善高w（Al2O3）矿石冶炼的常用方法是增加烧结矿w（MgO），则高碱度烧结矿中w（MgO）和w（Al2O3）均升高且w（MgO）/w（Al2O3）改变。为降低冶炼成本，需合理调控高炉综合炉料的w（MgO）和w（Al2O3）。以现场烧结矿和天然块矿为试验原料，考察了烧结矿中w（MgO）和w（Al2O3）均增加的条件下混合炉料软熔性能的变化规律，结合相图和X射线衍射分析w（MgO）和w（Al2O3）的影响机制。结果表明，随着烧结矿中w（MgO）和w（Al2O3）增加，混合炉料软化特征温度降低；渣相熔化温度和黏度下降引起混合炉料的熔化特征温度降低，添加MgO能改善高Al2O3炉料的软熔性能，达到适宜的 w（MgO）/w（Al2O3）即可。
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  溜槽形状及倾角对料流运动的影响

  孙俊杰， 狄瞻霞， 李家新， 卢开成

  钢铁. 2019, 54(4): 19-23.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20180270

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  在高炉生产中，装料制度直接决定了炉料在炉内分布状况，精确掌握高炉内装料情况是调节高炉煤气分布，确保高炉达到理想热平衡状态的必要条件。为了准确了解溜槽形状及倾角对料流运动的影响，引入离散单元模型分别对物料经过方溜槽和圆溜槽后的运动情况进行了数值模拟，并根据80%的界定对料流宽度和厚度的选取进行了定义，计算得到了溜槽在不同倾角时料流的宽度和厚度变化，分析变化规律后得到，对长度为2 800 mm的溜槽来说，溜槽倾角不宜小于30°；在相同溜槽倾角条件下，料流经过圆溜槽后的厚度要大于方溜槽；在径向方向上，圆溜槽的物料落点位置稍大于方溜槽。
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  溶损反应前后焦炭反射率及光学组织的比较

  钱 晖， 张启锋， 王炎文， 吴信慈， 杨光智， 杨俊和

  钢铁. 2019, 54(4): 24-30.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20180311

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  为了解焦炭中各显微光学组织在溶损反应中的反应行为，对不同条件下溶损反应前后焦炭的反射率及显微光学组织组成进行了分析。试验表明，焦炭的反射率指标及光学组织组成与焦炭的反应性CRI、反应后强度CSR之间存在比较好的相关性。焦炭的平均最大反射率[Rmax]和光学各向异性指数Φ越高，各向同性光学组织越少，其CRI越低，CSR越高。经过1 100 ℃溶损反应后，焦炭的[Rmax]提高，各向同性光学组织含量减少，各向异性光学组织含量增加，说明各向同性的反应性高于各向异性。溶损反应温度提高到1 300 ℃以后，焦炭中各向同性的溶损反应量分别为1 100 ℃时的1.07～3.00倍，而各向异性的溶损反应量分别为1 100 ℃的1.22～8.58倍，且热性能越好的焦炭各向异性反应量增加得越多。
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  镁质熔剂性球团矿相的多重分形谱

  韩 阳，杨晓磊,张 欣,杨爱民,张玉柱

  钢铁. 2019, 54(4): 31-36.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20180301

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  球团矿相微观结构决定其冶金物理化学性能，为透视球团矿微观结构与其宏观冶金物理化学性能之间的依赖关系，需要解决的首要关键问题是矿相微观视觉特征的提取与定量表征。以镁质熔剂性球团微观矿相为研究对象，在直观分析矿相视觉特征的基础上，采用多重分形谱分析方法，提取矿相的微观多重分形谱定量表征值f（α），并分别深度挖掘由f（α）衍生出的对称度特征值Δf、谱宽特征值Δα、容量维特征值D（0）随碱度变化的迁移规律和随矿相检测位置变化的迁移规律。研究结果表明，矿相微观视觉特征在HSV颜色空间上呈现的颜色特征未在碱度变化和位置变化上存在显著差异性；矿相微观多重分形谱分析中，Δf、Δα、D（0） 3个特征值在碱度变化和位置变化上有显著的差异性，可以很好地表征碱度迁移规律和位置迁移规律。
炼钢
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  硅镇静钢镁处理后夹杂物的生成及演变行为

  张庆松， 闵 义， 许海生， 许久健， 刘承军

  钢铁. 2019, 54(4): 37-42.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20180277

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  为扩展镁处理在硅锰脱氧钢体系中的应用，采用高温模拟试验与热力学分析相结合的方法，考察了镁添加量及镁添加顺序对夹杂物生成及演变行为的影响。研究结果表明，Mg-Si-Mn-O钢液体系在1 600 ℃时存在MgO-SiO2-MnO（l）、2MgO·SiO2（s）和MgO（s） 3个热力学稳定区域。镁处理可有效改变SiO2-MnO脱氧产物，低镁加入量（0.000 5%）下生成MgO-SiO2-MnO液相夹杂物，高镁加入量（0.001 9%）下生成MgO固相夹杂物。硅和镁的加入顺序不同导致夹杂物的生成路径也不相同，先硅后镁时夹杂物生成路径为SiO2-MnO（l）→MgO-SiO2-MnO（l），而先镁后硅时夹杂物的演变过程为MgO（s）→MgO-SiO2（s）→MgO-SiO2-MnO（l）。
压力加工
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  平整轧制过程中工作辊粗糙度衰减模型

  白振华， 徐纪栓， 董航哲， 申立涛

  钢铁. 2019, 54(4): 43-48.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20180343

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  针对以往平整工序工作辊表面粗糙度衰减模型仅仅考虑轧辊材质与轧制公里数影响，而忽略所平整带钢的特性以及轧制压力等工艺参数作用，造成辊面实际粗糙度预报误差较大以致影响成品带钢表面粗糙度的控制精度问题，充分结合平整轧制过程的设备与工艺特点，通过大量的理论研究与现场试验，在从微观层面分析了平整轧制过程中工作辊表面粗糙度衰减机理的基础上，不但考虑到工作辊表面硬度、表面原始粗糙度的影响，而且考虑到平整轧制过程中的单位轧制压力及单位摩擦应力的作用，建立了一套适合于平整轧制的工作辊表面粗糙度衰减模型，编制出了相应的工作辊表面粗糙度预报软件，并将其应用到某1 420平整机组的生产实践，取得了良好的使用效果，提高了成品带钢表面粗糙度的控制精度，为机组创造了较大的效益，具有进一步推广应用的价值。
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  特厚板厚度方向形变传递规律的仿真分析

  高志玉， 樊献金， 窦春岳， 张 旭， 潘 涛

  钢铁. 2019, 54(4): 49-54,62.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20180352

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  基于Gleeble热压缩试验、有限元方法对一种HSLA钢特厚板轧制过程中厚度方向变形向心部传递的规律进行了仿真研究。首次从有限元角度定量揭示出特厚板生产中高温、低速、大压下量的轧制规范机理。仿真所用材料本构模型由Gleeble试验数据结合Arrhenius方程所构建，研究了轧制速度、压下量、轧制温度以及板坯厚度对特厚板厚度方向应变分布的影响规律。结果表明，轧制速度小于1 m/s时（平均应变速率小于 0.33 s－1），有利于变形向钢板心部传递，削弱截面效应；压下量越大，钢板等效应变越大，且厚度方向最大等效应变出现的位置向心部偏移；轧制温度对等效应变的分布影响不显著，但是高温轧制有利于减小轧机负荷；板坯越厚，变形分布不均匀性越显著。当板坯厚度为500 mm时，截面的最大、最小等效应变差达到0.2。生产中，在设备允许的情况下，建议特厚板的轧制采用高温、低速、大压下量规范。
钢铁材料
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  采用ASPEX和旋弯疲劳法表征GCr15轴承钢夹杂物

  史智越， 徐海峰， 许 达， 俞 峰， 王 昌， 曹文全

  钢铁. 2019, 54(4): 55-62.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20180321

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  为了探索ASPEX检测法与旋弯疲劳试验法的最佳适用条件，全面了解轴承钢中夹杂物的信息，对真空脱气冶金工艺制备的GCr15轴承钢分别应用上述两种方法对试验钢中夹杂物进行了类型、形状、尺寸、分布方面的表征。结果表明，在夹杂物类型检测方面，两种检测方法结果基本一致。该轴承钢中富含钙、铝、硫等元素的球型复合夹杂物，同时也存在少部分边缘锋利的TiN型夹杂物；利用ASPEX进行多面多次扫描，发现检测出的最大球型B类氧化铝夹杂物大小分布结果基本与旋弯疲劳法符合。根据试验结果以及两种检测方法的原理得出，ASPEX法对钢中夹杂物的尺寸、形状、类型、分布等信息的整体分析更为有效，而应用疲劳法对大尺寸刚性夹杂物的检测更为有利。
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  热轧TRIP980钢微观组织及强化机制分析

  侯晓英， 毕永杰， 郝 亮

  钢铁. 2019, 54(4): 63-67,83.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20180329

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  为了生产出具有良好表面质量和综合力学性能的TRIP980钢，从经济化、轻量化的角度出发，尝试采用低硅加磷以及钒微合金化的成分设计，以及降低轧制温度，辅以分段冷却的工艺（层流冷却＋空冷＋超快冷却）。试验结果表明，TRIP980试验钢显微组织由（44.0%～49.3%）铁素体、（37.0%～42.8%）粒状贝氏体和（13.2%～14.0%）残余奥氏体组成（体积分数），其中81.5%以上的晶粒尺寸小于4.0 μm，同时基体中存在高密度位错以及弥散地分布着直径为2～5 nm的纳米级V（C，N）析出粒子。在相变强化、细晶强化、析出强化、位错强化的交互作用下，试验钢Rm≥1 096 MPa，A80≥23.2%，n≥0.24，扩孔率不小于90%，获得了优异的综合性能。
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  TMCP工艺对低碳Ni-Nb钢组织转变和力学性能的影响

  周 成，赵 坦，朱隆浩，金耀辉， 李家安

  钢铁. 2019, 54(4): 68-72.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20180318

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  为了研究TMCP工艺对低碳Ni-Nb钢显微组织转变类型和晶粒尺寸的影响规律，研究了不同TMCP工艺下的显微组织特征及其对力学性能的作用机理。结果表明，在未变形轧制情况下，当冷却速度小于5 ℃/s时，显微组织为铁素体和珠光体，铁素体晶粒尺寸随着冷却速度的增大而减小；在变形轧制情况下，随着冷却速度的增加，组织中的铁素体晶粒尺寸明显减小；当冷却速度增大到5 ℃/s时，微观组织中出现了大量粒状贝氏体。试制钢板试验表明，当冷却速度为4 ℃/s时，试验钢的组织为准多边形铁素体，可以有效提高钢的低温韧性；当冷却速度达到6 ℃/s时，试验钢微观组织中出现大量粒状贝氏体，明显降低钢的低温韧性。
能源与环保
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  钢铁制造流程能源转换机制与能源利用效率分析

  周继程， 郦秀萍， 上官方钦，丁 毅， 张春霞

  钢铁. 2019, 54(4): 73-82.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20180357

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  从钢铁制造流程的属性和动态运行过程的物理本质出发，阐述了钢铁制造流程中铁素物质流和碳素能量流的行为规律和钢铁制造流程的能源转换机制，得出能源转换过程必然伴随能量的耗散，因此应尽量减少能源转换次数，并指出在钢铁制造流程中，铁素物质流与碳素能量流相伴而行，而碳素能量流与铁素物质流则时合时分。还构建了一个年产290万t的棒线材流程企业，计算了该流程的余热余能资源量及回收利用情况，并剖析了该流程的能源利用效率。最后指出高效回收利用余热余能和构建合理的物质流网络和能量流网络及两者协同优化的能源管控中心是提高钢铁企业能源利用效率的重要手段。
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  日照钢铁固废尘泥处理实践

  杨春善， 任明欣

  钢铁. 2019, 54(4): 83-91.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20180375

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  介绍了国内外处理固废尘泥的几种工艺，重点介绍了火法处理法中的回转窑工艺、转底炉工艺；并对公司近几年烧结机头灰、转炉灰、高炉灰等含锌尘泥的处理工艺流程及技术特点做了重点描述；介绍了公司2010—2018年随着固废尘泥成分变化，特别是2017年转炉大量添加废钢，转炉灰锌质量分数大幅上升后，为实现公司含锌粉尘有价元素效益最大化和零外排，转底炉在处理含锌尘泥方面做了有益的实践和尝试，也给出了一些处理钢厂固废尘泥的建议，给国内同行处理固废尘泥提供了一定的借鉴。
装备技术
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  铜冷却壁氢脆破坏现象的试验

  李峰光，祁成林， 叶四友，史秋月，郭 睿， 刘建永

  钢铁. 2019, 54(4): 92-97.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20180333

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  铜材氢脆现象是造成高炉铜冷却壁损坏的可能原因之一，但目前并未得到试验证实。模拟高炉工作环境对铜冷却壁材质进行了渗氢保温处理，在实验室条件下重现了高炉铜冷却壁氢脆现象，并采用金相显微观察、扫描电镜观察、氢氧质量分数检测及显微硬度测试等方法对铜冷却壁基体材质的微观形貌、元素质量分数及宏观使用性能等进行了表征。试验结果表明，在铜冷却壁异常工作条件下，将有可能产生铜材氢脆破坏作用；氢脆现象发生后，铜冷却壁内部将产生大量沿晶界分布的孔洞缺陷乃至晶界裂纹，且铜冷却壁宏观使用性能将出现显著下降；在炼铁生产中应严格控制铜冷却壁使用制度，防止氢脆现象发生以延长其寿命，保证高炉安全、稳定生产。
技术交流
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  CaO-SiO2-MgO-Al2O3-Cr2O3渣系黏度结构分析及Iida模型应用

  李秋寒， 贾雅楠， 张超杰， 陈 斌， 郭子峰， 郭 佳

  钢铁. 2019, 54(4): 99-105.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20180335

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  为了实现冶炼铬铁合金过程中含铬渣系黏度的精准控制，从微观结构方面研究了碱度及Cr2O3质量分数变化对铬铁冶炼渣系黏度的影响并优化了Iida黏度预测模型。通过转筒法测量CaO-SiO2-MgO-Al2O3-Cr2O3渣系黏度，结合拉曼光谱从熔渣微观结构方面阐述了Cr2O3质量分数及碱度变化对CaO-SiO2-MgO-Al2O3-Cr2O3渣系黏度的影响。结果表明，熔渣黏度与其表征聚合度的BO参数值均随Cr2O3质量分数的增加而升高，随二元碱度值的增大而降低，熔渣黏度与渣系聚合度变化趋势相一致。根据测量得到的含Cr2O3熔渣黏度数据，进一步优化了Iida黏度预测模型。经过优化后的模型计算黏度值与实际测值吻合较好，利用Iida黏度模型可在较大的温度与成分范围内进行含铬渣黏度的预测。