2020年, 第55卷, 第12期　刊出日期：2020-12-15

  

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综合论述
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  钢渣中磷分离及回收的研究现状和发展趋势

  杜传明, 于耀辉, 袁磊, 于景坤

  钢铁. 2020, 55(12): 1-9.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20200147

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  中国的钢渣产量巨大,但是钢渣的综合利用率较低,造成了严重的资源浪费和环境负担。钢渣中磷的分离与回收是实现钢渣高效资源化利用的关键所在,对开发新的磷资源和建立“无废渣”炼钢流程具有重要意义。首先分析了钢渣中磷的分布状态,总结了目前提出的从钢渣中分离和回收磷的主要方法及其技术特点,并着重介绍了利用选择性浸出从钢渣中直接提取磷酸盐产品的新技术及其研究进展,分析了选择性浸出的原理和实现钢渣循环利用的冶金工艺流程,讨论了其优缺点,最后对未来钢渣资源化利用的发展提出了建议和展望。
原料与炼铁
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  焦炉煤气与O₂裂解时竖炉产量的热力学计算

  周宇露, 姜鑫, 王小艾, 郑海燕, 罗果萍, 沈峰满

  钢铁. 2020, 55(12): 10-17.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20200186

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  竖炉还原工艺中焦炉煤气(COG)的消耗量可影响金属铁产量,为了明确O₂裂解时焦炉煤气消耗量与竖炉产量的关系,对理想条件下焦炉煤气在竖炉还原工艺中的消耗量和金属铁产量进行了热力学计算。计算结果表明,竖炉生产过程中,作为热源的焦炉煤气消耗量大于作为还原剂的消耗量。补充竖炉内热需求量的方法有两种,补偿方式不同,金属铁产量的变化趋势也不同:直接补充重整焦炉煤气时,金属铁的产量随生成温度的升高而降低,120万t焦炉产生的焦炉煤气在金属铁生成温度为850和900 ℃时,相应的竖炉生产能力分别为50.72万和49.90万t/a;先采用煤气自重整技术再补充额外焦炉煤气时,随金属铁生成温度的升高,金属铁的产量先增大后减小,120万t焦炉产生的焦炉煤气在金属铁生成温度为845和900 ℃时,相应的竖炉生产能力分别为56.69万(最大值)和55.68万t/a。研究内容及结果可为实际的竖炉工艺选择合理的操作参数提供理论指导和依据。
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  CaCO₃分解对熔剂性球团强度的影响

  刘文强, 韩闯闯, 李杰, 杨爱民, 李飞, 李大亮

  钢铁. 2020, 55(12): 18-23.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20200256

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  铁精粉在预热、焙烧过程中会伴随着热量的变化,这一行为会影响球团矿的抗压强度。为探究熔剂中CaCO₃分解对熔剂性球团强度的影响机理。通过TG-DSC分析技术,研究铁精粉、不同铁精粉混合、铁精粉与熔剂混合交互作用下的热量变化规律,以及热量变化对球团矿抗压强度的影响,建立热量变化与焙烧温度的匹配关系。通过调节焙烧温度、焙烧时间使熔剂性球团达到普通酸性球强度。结果表明,铁精粉之间的交互作用并不明显;在700~850 ℃铁精粉与石灰石粉发生交互作用,磁铁精粉的氧化反应对石灰石的分解有一定的促进作用,TG曲线的试验值较理论值出现前移;石灰石分解行为对磁铁矿球团氧化固结的抑制作用明显,可以通过延长焙烧时间使熔剂性球团达到普通酸性球强度;在提高焙烧温度后,熔剂性球团强度明显增强,相较于普通酸性球团增加约50 N/个(球)。
炼钢
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  基于FA-ELM的转炉终点磷含量预测模型

  高放, 包燕平, 王敏, 刘宇, 黄永生, 孙光涛

  钢铁. 2020, 55(12): 24-30.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20200246

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  转炉终点磷含量的预测对实现转炉自动出钢、缩短冶炼周期具有重要意义,为了实现转炉终点磷含量的窄窗口控制,为操作工艺提供指导,需要建立更高精度的终点磷含量预测模型。通过对冶炼工艺以及脱磷热力学的分析,选取12项影响脱磷过程的可观测指标,构建了终点磷含量预测指标体系,然后借助因子分析法(FA)对数据进行降维处理,得到6个派生变量,将其作为模型输入,终点磷含量作为模型输出,建立基于超限学习机(ELM)的终点磷含量预测模型。并将ELM模型预测结果与BP神经网络的进行对比,研究发现,ELM模型拟合度更高,回归系数R²=0.778 7,平均误差MAPE=0.106 0,并且预测误差在±0.003 0%内的炉次所占比例为86.67%。因此,相比于BP神经网络模型,ELM模型具有较高的精度和较好的泛化能力。
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  差流量吹氩模式对150 t钢包混匀与顶渣行为的影响

  胡群, 李小松, 张家泉, 连艳新, 唐海燕

  钢铁. 2020, 55(12): 31-38.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20200252

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  针对钢包传统的双孔等流量底吹氩模式在流量较大时造成的流股相互碰撞、搅拌能耗散大、钢包卷渣和钢水二次氧化倾向大的问题,提出一种双孔差流量搅拌模式,并以150 t工业钢包为原型,采用1∶3物理模型研究了两个吹氩孔分布、吹氩流量和渣层厚度对新底吹模式下钢水混匀时间与顶部渣眼面积的影响。结果表明,与传统等流量吹氩模式相比,双孔差流量搅拌钢包混匀时间和渣眼面积普遍有所减小。其中,两个底吹透气砖在包底0.6R(钢包底部半径)处、夹角为180°时,可获得较短的混匀时间和较小的渣眼,且两个渣眼出现在钢包液面两侧,避免了常见的渣层偏聚不均匀现象。研究结果为工业实践中采用新型双孔差流量搅拌模式改善钢包冶金效果、更好地抑制钢水二次氧化提供了依据。
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  镁处理对40Cr铝镇静钢中夹杂物的影响

  焦魁明

  钢铁. 2020, 55(12): 39-45.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20200230

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  为了探究镁处理对40Cr铝镇静钢中夹杂物的影响,在120 t钢包内进行了镁处理工业试验。采用FactSage热力学软件计算了在试验炉钢水成分条件下夹杂物的稳定区域图,镁处理夹杂物的改质路径为Al₂O₃→Al₂O₃+MgO·Al₂O₃→MgO·Al₂O₃→MgO+ MgO·Al₂O₃→MgO+MgS;结合金相显微镜和ASPEX-explorer自动扫描电镜分析了镁对40Cr铝镇静钢中夹杂物的形态、尺寸及成分的影响。结果表明,镁处理后,铸坯中夹杂物尺寸及数量较未加镁的试样有明显减少,尺寸主要分布在0～3 μm,夹杂物密度和夹杂物的长宽比明显减小;钢中夹杂物等效直径为0～3 μm的比例大于未添加镁的,这说明镁处理对40Cr铝镇静钢中夹杂物有弥散化及形貌控制的效果。镁处理后的40Cr铝镇静钢中夹杂物主要为MnS包裹MgO·Al₂O₃为核心的复合夹杂物,而对比炉钢中夹杂物主要为MnS、Al₂O₃-MnS以及钙铝酸盐类夹杂物。
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  钢中钛含量对连铸结晶器内渣金反应的影响

  王杏娟, 靳贺斌, 朱立光, 王宝华, 张明博, 王博

  钢铁. 2020, 55(12): 46-55.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20200156

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  高钛钢在浇铸过程中发生渣金反应易出现结鱼现象,恶化铸坯质量,严重时引发漏钢。采用扫描电镜对现场浇铸中出现的结鱼物进行分析,结合高温真空压力烧结炉对不同钛含量的高钛钢和保护渣之间的渣金反应进行研究,并利用旋转黏度仪、熔点熔速测试仪、XRD和OPA金属原位分析仪对渣金的综合性能进行深入探讨。结果表明,随着高钛钢中钛含量的增加,渣金界面反应程度增加;高钛钢钛质量分数为0.05%时,未发生渣金反应;高钛钢钛质量分数为0.10%和0.20%时,发生渣金界面反应,钢中钛质量分数分别减少0.02%和0.04%,钢中硅质量分数分别增加0.02%和0.03%,保护渣中SiO₂质量分数分别减少0.36%和0.8%,TiO₂质量分数分别增加2.17%和4.3%。渣金反应发生后熔渣碱度增大。钛以氧化物的形式进入熔渣中未溶解,导致熔渣黏度和熔点增大。
压力加工
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  倒角对变接触支撑辊辊形性能的影响

  刘东冶, 邵健, 何安瑞, 刘鹏宇, 李文俊

  钢铁. 2020, 55(12): 56-60.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20200144

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  辊间接触应力分布直接影响轧辊疲劳状态与磨损状态,进而影响支撑辊的使用寿命。在支撑辊辊形为VCR+条件下对不同倒角长度与倒角深度的54种工况采用二维变厚度有限元模型进行仿真分析,论证了在不同倒角条件下辊间接触应力峰值大小与位置的变化关系,并提出了倒角性能参考量来评估倒角形式对轧辊疲劳失效的影响。最终根据有限元分析结果结合支撑辊下机磨损状态提出了在VCR+辊形条件下倒角优化方式,为现场支撑辊倒角优化提供了理论与实践依据。
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  冷连轧以辊耗控制为目标的润滑制度优化技术

  程志彦, 崔熙颖, 刘云峰, 白振华

  钢铁. 2020, 55(12): 61-65.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20200092

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  针对冷连轧过程中轧辊出现的辊耗较大的现象,为了在提高板形质量的同时降低辊耗,从润滑工艺入手,首先提出一个能够判断辊耗程度大小的辊耗综合判断指标,然后结合冷连轧机组的设备与工艺特点,建立一套适合于冷连轧过程以辊耗控制为目标的工艺润滑制度综合优化技术,在不影响板形质量的情况下使各机架辊间压力达到最小,同时保证机组不发生打滑和热滑伤现象,减少辊耗,并将其应用到冷连轧机的生产实践,取得了良好的使用效果和很好的综合经济效益,提高了市场竞争力,具有进一步的推广价值。
钢铁材料
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  铬和铝元素对低碳贝氏体钢组织和性能影响

  姚耔杉, 胡海江, 田俊羽, 周明星, 徐光

  钢铁. 2020, 55(12): 66-71.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20200085

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  低碳贝氏体钢通常需要添加一定量合金元素来提升性能,为了研究合金元素铬和铝在低碳贝氏体钢中的作用,以Fe-C-Si-Mn-Mo系贝氏体钢为基础,设计了单独添加铬元素和复合添加Cr+Al元素的3种低碳贝氏体钢,研究了铬和铝的添加对连续冷却处理低碳贝氏体钢显微组织、力学性能及贝氏体相变的影响规律。结果表明,连续冷却条件下,铬可以促进低碳贝氏体钢相变趋向于更低的温度区间进行,细化贝氏体组织,从而提高强度;铝可以促进贝氏体相变动力学,但对低碳贝氏体钢意义不大。同时,添加铝会使低碳贝氏体钢组织粗化,导致强度和伸长率同时下降。综合来看,复合添加铬和铝的优化效果不如单独添加铬,单独添加铬的低碳贝氏体钢强度达到1 623 MPa,伸长率为10.5%,结果可以为低碳贝氏体钢成分设计提供依据。
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  原始组织对690 MPa级海工钢亚温淬火后强韧性的影响

  王通, 张朋, 王九清, 庞辉勇, 龙杰, 赵喜伟

  钢铁. 2020, 55(12): 72-80.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20200134

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  为了稳定亚温淬火工艺与工业化生产,通过力学性能分析及显微组织观察,对比了正火+亚温淬火+回火、在线淬火+亚温淬火+回火、离线淬火+亚温淬火+回火3种热处理工艺对690 MPa级海洋工程用钢板组织性能的影响。结果表明,采用离线淬火+亚温淬火+回火工艺结果最理想,能够大幅度提高钢板的低温冲击性能和伸长率。同时,还能够获得较低的屈强比,断口形貌全部为韧窝,呈明显的韧性断裂,而且随着亚温保温时间的增加,强度逐渐提高,当保温时间达到30 min以后,强度及条片状铁素体基本不发生变化;采用直接淬火态+亚温淬火+回火虽然可以保证高强度低屈强比,但是冲击功表现较为离散,稳定性欠佳,断口形貌为混合型,以韧性断裂为主;采用正火态+亚温淬火+回火工艺效果最差,尤其是不能保证钢板低温韧性,断口形貌全部为解理,呈明显的脆性断裂,其中片条状铁素体形貌是决定优良低温冲击性能的关键因素。
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  高温回火对USS122G超高强度不锈钢显微组织的影响

  白若昕, 刘振宝, 曹建春, 王晓辉

  钢铁. 2020, 55(12): 81-86.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20200140

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  为了研究高温回火工艺对USS122G超高强度不锈钢显微组织和硬度的影响,采用扫描电镜、透射电镜、物理化学相分析等方法进行分析测试及表征。结果表明,随着回火温度升高,钢中的奥氏体体积分数及第二相数量呈减少趋势,680~700 ℃时第二相的平均尺寸约为65 nm,第二相强化效果减弱,此时硬度为36HRC~37HRC;700 ℃时第二相开始在晶界聚集,而温度高于720 ℃后,细小的第二相数量增加,第二相在晶界上形成了网状分布,硬度有增加趋势。钢的硬度变化主要受到第二相强化影响,综合高温回火对钢中奥氏体体积分数、第二相及硬度的影响,最终确定该钢的最佳高温回火温度为660~680 ℃。
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  热轧逆相变退火中锰钢的疲劳性能

  周峰峦, 王存宇, 曹文全, 董瀚

  钢铁. 2020, 55(12): 87-91.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20200159

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  为了研究循环载荷对含奥氏体钢微观组织和力学性能的影响,对逆相变处理中锰钢进行了疲劳性能研究,采用SEM、EBSD、XRD等表征了微观组织,采用单轴拉伸试验表征了疲劳前后的力学性能。研究结果表明,在应力比R为-1的试验条件下,逆相变中锰钢中值疲劳极限为378 MPa,疲劳极限与抗拉强度之比σ-1/R_m为0.48;中锰钢超细晶粒尺寸特征有利于阻碍二次疲劳裂纹扩展,亚稳奥氏体的转变行为受应力幅影响较大;在中值疲劳极限的应力水平下,亚稳奥氏体和单轴拉伸性能受循环载荷影响不大。
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  不同上冷床温度对螺纹钢组织性能的影响

  蔡伟, 金梁, 毛俊春, 刘昌武, 姚赛峰, 谭忠

  钢铁. 2020, 55(12): 92-98.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20200107

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  为了研究不同上冷床温度对螺纹钢组织演化规律及性能的影响,利用拉伸试验机和扫描电子显微镜对不同上冷床温度的螺纹钢进行了力学性能检测和金相组织分析,并通过相变理论解释了发生相变的原因,探讨了上冷床温度对螺纹钢性能的影响。结果表明,为了发生相变,其体系化学驱动力减少必须克服体系弹性能的增加和形成新相引起表面能的增加。同时形变会使形变储存能ΔG_D增加。从而使相变驱动力增加,进而导致相变温度上升。随着螺纹钢上冷床温度的降低(不应低于临界相变温度),表面和中心均形成铁素体和珠光体,屈服强度由435升高到440 MPa,表面维氏硬度由207上升到257,这是因为随着上冷床温度降低,其表面形成越来越多的回火索氏体,抗拉强度有升有降无明显规律,而其晶粒度由10.5上升到13.5。
环保与能源
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  钢铁制造流程“界面”技术与界面能量损失分析

  周继程, 上官方钦, 丁毅, 郦秀萍, 韩伟刚, 郭玉华

  钢铁. 2020, 55(12): 99-106.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20200091

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  从钢铁制造流程的特点出发,阐述了“界面”技术的必要性及“界面”技术的内涵,并指出炼铁-炼钢“界面”、炼钢-连铸“界面”和连铸-热轧“界面”的物质流运行优化及界面功能匹配集成对降低全流程能耗、物耗、降低成本和促进环保具有重要的作用,以期引起钢铁行业从业者尤其是管理者的重视。还针对年产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热损失情况,并剖析了不同条件下工序之间“界面”过程的能量损失情况。最后指出优化炼铁-炼钢“界面”的铁水运输、炼钢-连铸“界面”的钢包周转和连铸-热轧“界面”的铸坯输送是减少流程热损失的工作重点,同时还应重视热轧结束时热轧材的余热回收利用技术开发。
技术交流
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  考虑铸轧协调的炼钢-连铸-热轧一体化生产计划

  郑忠, 王永周, 卢义, 高小强

  钢铁. 2020, 55(12): 107-113.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20200124

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  炼钢-连铸-热轧生产计划编制是一个多目标、多约束的复杂组合优化问题。从有利于多工序生产组织的角度,提出了一种可分工序独立编制工序计划,并且按铸轧衔接关系进行系统协调的一体化生产计划编制方法。即首先以铸坯作为热轧与炼钢-连铸不同工序生产阶段统一的生产计划对象,并将炼钢、连铸与热轧的生产目标和约束进行归类抽象,使得炼钢炉次计划、连铸浇次计划和热轧单元计划的制定模型具有内在的逻辑相关性;以缩小铸轧时间差作为铸轧界面衔接关系的协调控制目标,来优化连铸与热轧之间的生产衔接,进而获得一体化生产计划。采用某钢厂的生产订单数据和生产计划目标、约束条件,通过模型仿真计算与生产实绩数据的对比检验了该一体化生产计划编制方法的有效性。