2019年, 第54卷, 第7期　刊出日期：2019-07-15

  

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综合论述
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  “三传一反”与“三环一网”——论现代高炉的再生

  许志宏,王志,公旭中,景晓东,罗世民,艾菁

  钢铁. 2019, 54(7): 1-7.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449749x.20180498

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  “三传一反”是过程工业和过程工程的学科基础，为过程工程研究和设计的现代化提供了重要的理论保障。近年来，由于中国过程工业发展特点，导致资源和环境问题突出。为了更好地解决能源和环境问题，提出了“三传一反”与“三环一网”互补、协同的思路，希望从根本上解决过程工业出现的资源、能源和环境问题。所谓三环是指新工艺新技术符合环境(一环)要求；物质和能量实现行业内、设备内的循环(二环)；资源和能量实现全社会、跨行业、跨地区的循环(三环)利用和匹配。一网是构建煤基清洁气体能源网络，实现清洁能源自给自足，确保中国能源安全。中国能源以煤为主，直接用煤出现了能源浪费、大气污染、水污染等问题。然而煤作为不得不用的能源，只有清洁高效转化才是根本。高炉是钢铁工业的重要装备，由于近年来粗钢产能过剩、废钢循环、基建投资还本困难等问题，部分高炉面临拆除的风险，势必导致固定资产的浪费，因此如何寻找大中型高炉出路是摆在钢铁工业面前的现实问题。除了炼铁之外，高炉的能源转换和固废转化功能，还没有发挥出来。为此，提出高炉改成造气炉，利用中国资源量丰富的非焦煤型煤在高炉内气化，再利用气体净化技术，余热回收技术，实现煤的清洁转化，最终形成清洁气体能源网路。希望借助“三传一反”与“三环一网”互补理念，帮助过程工业，特别是能源工业和重工业发展。使中国钢铁工业从产量第一，向设备功能提升、装备升级、产品结构拓展等方向发展，实现产业升级、突破行业壁垒，实现过剩钢铁向煤基清洁能源的转变，助力过程工业的“弯道超车”。
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  不同炉料结构高炉实现低碳排放的解析

  金永龙，何志军，王川

  钢铁. 2019, 54(7): 8-16.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449749x.20180425

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  为了进一步实现高炉低碳排放目标，对以烧结矿或球团矿为主导的炉料结构进行比较分析。首先列举了国内外不同炉料结构高炉的操作参数和生产指标，并利用炉料冶金性能试验、物料平衡和热平衡计算、Rist操作线等分析方法对典型的以烧结矿为主的宝钢炉料结构和低燃料消耗进行深入解析，同时对以球团矿占主导的瑞典SSAB炉料结构的低燃料消耗指标进行比较。从高炉实际数据分析可以得出，低燃料消耗和炉料结构的关系是十分密切的，高入炉矿品位、低渣量、高的煤气利用率是实现低燃耗的关键。在宝钢的实际操作中，通过优化炉料结构、降低燃耗可以减少8%~10%的碳排放，而瑞典高炉燃耗更低，可实现更低的碳排放。研究结果可对国内外高炉低碳排放的生产操作提供借鉴。
原料与炼铁
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  铁矿烧结过程微细颗粒物排放行为

  穆固天，春铁军，朱梦飞，王臻，龙红明

  钢铁. 2019, 54(7): 17-24.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449749x.20180461

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  采用ELPI+设备(荷电低压撞击器)对铁矿烧结过程微细颗粒物进行在线检测与采样，利用场发射扫描电子显微镜(FESEMEDS)对采集的颗粒物形貌特征进行分析，研究铁矿烧结过程中微细颗粒物的排放行为。研究结果表明，PM10大量释放集中在烧结升温段，且颗粒物质量浓度与数目浓度在粒径分布上有较大差异，其中质量浓度峰值区间为5.37～10.00 μm，数目浓度峰值区间为0.10～0.16 μm；形貌特征上，微细颗粒物呈规则的球形、方块形和片状；不同粒径物质组成差异明显，其中颗粒物中的K、Na主要以KCl和NaCl的形式存在，含量随颗粒物粒级的增大而略有降低。
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  CaO对高钙烟煤熔融特性的影响

  梁旺，王广伟，张建良，宁晓钧，李燕江，姜春鹤

  钢铁. 2019, 54(7): 25-29.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449749x.20180421

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  通过在高钙烟煤的煤灰中添加不同含量的CaO，用于研究高钙烟煤的熔融特性变化情况和不同CaO含量下煤灰的熔融特性温度的变化情况。并且通过FactSage热力学软件对不同成分的合成灰进行模拟计算，用于对试验结果的佐证。研究结果表明，随着CaO添加量（质量分数）的增加，煤灰的熔融特性温度的整体趋势是先降低而后逐渐增加的。通过不同温度下灰中的矿物组成可以看出，添加一定量的CaO后，会使得高钙煤灰形成一种低温共熔体，从而使得灰熔点达到最低值。随着CaO添加量的继续增大，煤灰中钙硅石以及单晶氧化钙等高熔点矿物出现，煤灰熔点开始逐渐增加。并且从FactSage软件计算出的液相线温度结果和相图结果可以看出，其变化的趋势和熔融特性温度变化的趋势一致。
炼钢
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  冶炼前期转炉渣熔体结构的转变行为

  张蕊，闵义，王宇，刘承军

  钢铁. 2019, 54(7): 30-34.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449749x.20180432

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  为了更好地理解熔渣结构对转炉渣设计及物理性质控制的重要性，模拟了转炉冶炼前期熔渣的化学成分，采用Raman光谱测定了CaOSiO2FexO系试验渣的熔体结构，解析了熔渣中结构单元的存在形式及其演变行为。结果表明，转炉冶炼前期，随着冶炼的进行，熔渣碱度逐渐升高，渣中增加的自由O2-破坏了复杂的硅酸盐结构，发生由Q3→Q2→Q1→Q0的解聚过程，导致熔渣聚合度随冶炼时间的延长呈下降的趋势；同时随着冶炼的进行，渣中Fe3+/∑Fe减小，使得［FeO4］5-四面体相对面积分数逐渐增加，［FeO6］9-八面体相对面积分数逐渐减少。
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  转炉顶吹气体射流的冲击特性

  吕明，庞焯刚，李小明，王建立

  钢铁. 2019, 54(7): 35-41.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449749x.20180408

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  利用Fluent软件研究了转炉炼钢不同枪位条件下的顶吹气体射流特性，并与理论计算结果对比分析。发现单孔氧枪数值模拟的冲击深度小于理论计算值、冲击面积大于理论计算值，且随着枪位的提高，冲击深度差值变小，冲击面积差值变大。在此基础上，研究了100 t转炉采用4孔超音速氧枪的射流冲击特性，发现当枪位为1.0 m时，冲击深度为0.21 m，冲击面积仅为1.328 m2，与计算值相差较大；当枪位提高至1.5 m时，冲击深度模拟结果为0.12 m，计算值为0.83 m，冲击面积模拟结果和计算值相差增大。
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  CSP工艺含铝无取向电工钢中夹杂物的演变和控制

  肖尊湖，隋亚飞，刘彭，徐刚军，李慈颖

  钢铁. 2019, 54(7): 42-48.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449749x.20180405

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  为了更好地控制CSP工艺下电工钢中的夹杂物，研究了涟钢CSP工艺含铝电工钢夹杂物在精炼连铸热轧过程中的演变机理。RH合金化后钢中夹杂物有Al2O3，Al2O3SiO2和Al2O3CaOCaS 主要3种，RH出站和中包钢液中的夹杂物主要是Al2O3CaOCaS和少量单独的Al2O3和CaS夹杂。减少钢液中夹杂物的主要措施是降低RH出站前的顶渣氧化性。热轧卷材样中夹杂物与钢液中夹杂物不同，主要是AlN和MnS，夹杂物总量与氮、硫质量分数呈正相关，氮元素的影响最显著。
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  IF钢连铸坯凝固钩数学模拟与试验

  肖鹏程，赵茂国，朱立光，何生平

  钢铁. 2019, 54(7): 49-55.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449749x.20180392

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  根据IF钢连铸坯凝固钩的形成机理，通过建立二维纵向切片传热模型，模拟了凝固钩的演变行为；结合金相试验结果分析了连铸工艺参数对凝固钩深度的影响。结果表明，在初始凝固过程中，凝固钩中经历了形成、熔化及生长等阶段，在数学模拟条件下，当结晶器内由浸入式水口流出的钢液温度为1 555 ℃、拉速为1.3 m/min时，在距离弯月面55.12 mm处，即凝固钩生长达到稳定状态，其深度为2.368 mm。当拉坯速度、结晶器内钢水温度、振动频率增加时，凝固钩深度均减小。凝固钩数学模拟结果符合实际生产。
压力加工
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  冷轧带材板形辊传动方案设计

  于华鑫，王东城，刘宏民，张帅，杨利坡

  钢铁. 2019, 54(7): 56-60.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449749x.20180457

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  板形在线测控是提高冷轧带材板形质量的关键措施。不同轧机的板形检测辊结构和尺寸差别较大，传动方案有被动与主动两种。不合理的传动方案可能导致带材与检测辊之间发生打滑，划伤带材。为解决上述问题，首先阐述了主、被动方案的整体选择依据。然后提出了打滑安全系数的概念，分析了引起打滑的主要因素，并将打滑安全系数作为新增板形仪传动方案的选择依据。针对被动方案，提出了提高打滑安全系数的具体措施，针对主动方案，建立了具体的电机选型理论。最后通过两套工业应用的板形检测辊，分别对主、被动方案进行了验证。
钢铁材料
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  钇对EH36船板钢夹杂物特性和拉伸性能的影响

  赵梦静，王峰，习小军，杨树峰，李京社

  钢铁. 2019, 54(7): 61-67.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449749x.20180382

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  稀土钇添加到钢中，能够有效变性夹杂物，并能引起拉伸性能的变化。为了研究钇的质量分数对夹杂物变性以及拉伸性能的影响，以EH36船板钢为研究对象，采用扫描电子显微镜、能谱等分析手段，对原始钢以及加入不同量稀土的试样进行夹杂物以及拉伸性能的测试分析。结果表明，稀土元素钇能有效变性夹杂物，将长条状的硫化锰夹杂物或者复合的硫化锰夹杂物变性为以YAlO为核心的、外圈为稀土氧硫化物的球状夹杂物。对其力学性能检测发现，随着稀土加入量的提高，其抗拉强度和屈服强度显著提高，其中钇质量分数为0.055%的试样具有较好的夹杂物变性形貌和较好的抗拉强度和屈服强度。
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  热处理对超级13Cr不锈钢组织及拉伸性能的影响

  任泽，陈旭，董培，连景宝

  钢铁. 2019, 54(7): 68-76.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449749x.20180386

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  为了研究热处理工艺对超级13Cr不锈钢组织及拉伸性能的影响，采用了光学显微镜、X射线衍射仪、透射电子显微镜、显微硬度测试及应变速率拉伸等试验方法。结果表明，经过水淬和油淬处理的超级13Cr不锈钢组织及拉伸性能相差不大。但相比于水淬，采用油淬的试样经回火处理后塑性得到更大提升。淬火试样经回火处理后，组织变为回火索氏体。随着回火温度升高，材料的塑性先增加后减小，硬度与强度变化则相反。620 ℃回火试样含有逆变奥氏体，强度塑性组合较好。二次回火能够增加超级13Cr不锈钢中逆变奥氏体含量，但塑性变化不明显，强度下降较大。
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  冷却路径对V-Ti微合金钢组织性能的影响

  刘旭辉，李光辉，刘振宇

  钢铁. 2019, 54(7): 77-82.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449749x.20180394

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  为了获得较大的沉淀强化增量，采用热模拟试验研究了UFC终冷温度和二阶段冷却速度对一种VTi微合金钢组织和硬度的影响规律。结果表明，协同控制UFC终冷温度和二阶段冷却速度可显著优化VTi微合金钢的组织性能。UFC终冷温度为750、700和650 ℃时，获得全铁素体组织的临界二阶段冷却速度分别为1.0、1.0和0.2 ℃/s。UFC终冷温度由750降低至650 ℃时，在二阶段冷却速度为0.2~1.0 ℃/s条件下，可将铁素体晶粒由10.5细化至8.4 μm，二阶段冷却速度为5.0 ℃/s时，可将铁素体晶粒由10.5细化至5.1 μm。在750和700 ℃较高UFC终冷温度条件下，适当提高二阶段冷却速度，在650 ℃较低冷却速度条件下，适当降低二阶段冷却速度，均可有效提高试验钢的维氏硬度，试验钢的最大维氏硬度可达到295HV。
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  卷取温度对超低碳T-3 CA第二相析出的影响

  孙超凡，方圆，王雅晴，刘伟，潘宏伟

  钢铁. 2019, 54(7): 83-87.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449749x.20180397

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  为研究卷取温度对超低碳T-3 CA中第二相粒子析出行为的影响，采用金相、TEM等检测手段，分析了580、630、680 ℃ 3个典型卷取温度下超低碳T3 CA中第二相粒子的析出特性，结果发现卷取温度越高，热轧形成的TiC粒子尺寸越粗大，分布越稀疏。结合相关动力学计算分析了卷取温度对TiC粒子沉淀析出时临界晶核尺寸、相对形核率、相对沉淀析出时间的影响。结果表明，随着卷取温度由580提高到680 ℃，TiC粒子沉淀析出时临界晶核尺寸增大约1.0 nm，相对形核率降低约1.0个数量级，相对沉淀析出孕育时间增大约0.8个数量级。
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  304不锈钢精密钢带表面“炉灰”缺陷分析

  刘光勇，尹帮伍，田伟光，徐佳林，陆海飞

  钢铁. 2019, 54(7): 88-92.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449749x.20180404

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  在304不锈钢精密带光亮退火生产环节，钢带表面易出现金属粉的现象，导致产品表面质量存在不稳定性。针对304不锈钢精密钢带表面出现的“炉灰”缺陷，利用扫描电子显微镜观察其形貌，并用能谱仪对缺陷处局部成分进行了点扫描和面扫描检测。结果表明，304精密钢带“炉灰”缺陷微观形貌为白色微颗粒。结合能谱微区分析结果和相关研究分析，推测“炉灰”缺陷主要是由于304不锈钢基体组织中硼元素质量分数过高，钢带在光亮退火过程中硼原子易与保护气氛中分解的活性较高的氮原子结合，生成氮化硼析出而形成的。通过控制不锈钢基体中硼元素质量分数不大于0.001 5%，从而达到有效降低304不锈钢精密钢带“炉灰”缺陷的目的。
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  SPCC冷轧钢胶焊连接工艺研究及数值模拟

  易金权，曾凯，邢保英，吴万平，翟停停

  钢铁. 2019, 54(7): 93-97.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449749x.20180428

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  为了研究胶焊工艺对接头力学性能的影响，并分析胶焊接头的温度场演变规律，针对1.5 mm厚的SPCC冷轧钢薄板，开展胶接点焊和电阻点焊的正交试验，并应用极差和方差分析得到最佳工艺参数，借助材料性能试验机对两种接头进行单向静拉伸试验获得接头的失效载荷，对比分析点焊和胶焊接头的力学性能，建立胶焊接头的仿真模型，分析接头熔核区温度场的演变规律，采用超声波C扫描成像检测熔核直径。结果表明，影响胶焊接头拉剪载荷的主、次因素依次为焊接电流、焊接时间、电极压力；胶焊接头和点焊接头的平均失效载荷分别为11 071.12和10 179.72 N，胶层的引入提高了接头的失效载荷；随着焊接时间的增加，熔融的金属液增多，熔核沿着径向和轴向呈椭圆形扩张，熔核中心的径向温度均高于轴向温度，模拟获得的熔核尺寸与超声C扫描测得熔核直径分别为6.17、5.61 mm。
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  低合金高强钢形变奥氏体相变行为及其模型

  赵宝纯，张涛，李桂艳，林田子，严平沅

  钢铁. 2019, 54(7): 98-102.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449749x.20180406

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  为了研究低合金高强钢的形变奥氏体连续冷却转变行为及组织变化规律，利用Gleeble-3800热力模拟试验机对试验钢进行了多道次轧制工艺模拟试验，并根据试验所得相变温度和各冷却速度下的室温组织相对量，回归出相变模型。结果表明，试验钢在变形后的连续冷却过程中发生铁素体、珠光体、贝氏体和马氏体转变，基于对各转变的温度和组织相对量得到的相变模型分析，证实了模型的可靠性。
环保与能源
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  交变电磁场与磁致振动对铸铁腐蚀的影响

  赵瑞宽，韩勇，张传鑫，朱琳，张乾瑞，武雷超

  钢铁. 2019, 54(7): 103-113.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449749x.20180501

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  为了探究缠绕式电脉冲水处理技术应用过程中，电磁场与磁致振动协同作用对铸铁腐蚀过程的影响。选择铸铁为研究对象，研究了腐蚀过程中溶解氧质量浓度、pH值、铁释放、铸铁挂片表面形态、腐蚀后生成铁系氧化物的结晶形态及组分以及挂片腐蚀速率等参数的特性及变化规律。研究结果表明，交变电磁场与磁致振动协同作用能够有效加速并促进腐蚀反应的阳极反应和阴极反应，使水中溶解氧质量浓度及pH降低，促进铁离子在水中的释放，显著改变腐蚀产物的物相组成及晶体形态。
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  钢铁工业副产煤气资源化利用分析及案例

  上官方钦,干磊，周继程，郭玉华，张春霞，郦秀萍

  钢铁. 2019, 54(7): 114-120.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449749x.20190034

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  在钢铁产品的生产过程中，同时产生大量的副产煤气，即高炉煤气（BFG）、焦炉煤气（COG）和转炉煤气（LDG），在钢铁企业的能源平衡中占有十分重要的地位（约占全部二次能源产生总量的70%）。目前钢铁企业副产煤气大多数是燃料化利用，而副产煤气高附加值利用的另一个方向是开发副产煤气中碳元素和氢元素（H2、CmHn和CO等）价值，实现资源化利用。钢厂推进副产煤气资源化利用的核心是进行能量流（煤气流）的解析及其网络的优化，副产煤气资源化利用的主要途径有制取氢气、甲醇、液化天然气（LNG）、合成天然气（SNG）、压缩天然气（CNG）、合成氨、二甲醚、乙二醇、烯烃等化工产品。四川达钢焦炉煤气和转炉煤气制甲醇的案例研究表明,副产煤气资源化利用不仅能使钢铁企业的副产煤气资源得到高效利用，而且有显著的经济和环境效益。