2021年, 第56卷, 第12期　刊出日期：2021-12-15

  

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综合论述
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  中国钢铁工业空气污染物排放现状及趋势

  张建良, 尉继勇, 刘征建, 徐润生

  钢铁. 2021, 56(12): 1-9.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20210068

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  目前中国粗钢产量已经占世界总产量的一半以上,中国钢铁工业的发展对世界意义重大。中国钢铁工业主要采用以煤炭为主要燃料的“高炉-转炉”长流程冶炼工艺,因此在钢铁生产过程中排放出大量的空气污染物,主要包括二氧化硫(SO₂)、氮氧化物(NO_x)和颗粒物(PM_2.5)等。从钢铁工业污染物的来源、污染物的排放总量变化情况、不同冶炼工序污染物排放特点、中国钢铁工业污染物排放量地域分布特点以及不同规模的钢铁企业污染物排放特点等多角度综述了近年来中国钢铁工业的空气污染物排放现状。同时简要综述了中国钢铁工业为治理空气污染物而进行的超低排放改造进展情况,据此提出了中国钢铁工业空气污染物治理存在的问题,并分析了未来中国钢铁工业空气污染物排放及减排趋势。
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  微合金高强钢纳米相间析出行为研究进展

  杨洪波, 王豪, 赵旭, 亓伟伟, 刘洪银, 孙建卫

  钢铁. 2021, 56(12): 10-21.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20210124

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  提高强度的同时不降低韧性,是人们在高强钢研发过程中追求的目标。相较于其他强化方式,细化晶粒可以使材料的强度和韧性同时提高,但目前为止钢铁材料晶粒尺寸最小可控制到3～5 μm,所能带来的强化效果有限。新型铁素体基高强钢通过相间析出使铁素体基体上分布着有规则排列的纳米尺寸碳化物,大大提高强韧性能、可成型性和焊接性,广泛应用于工程机械、石油管线、汽车零部件以及高层建筑领域。近几年随着钢铁行业的发展,对于相间析出的了解也越来也深入,各种微合金钢的纳米相间析出特征已有大量报道,主要集中在析出物微观结构特征与强度贡献的研究上。然而,相间析出机制以及模型还存在许多争议,通过工艺控制实现稳定的相间析出还比较困难,纳米相间析出高强钢的性能稳定性还较差。随着科技的发展,相关先进分析仪器也在更新换代,为新型铁素体基高强钢纳米尺度碳化物相间析出行为的深入研究提供了条件。综述了铁素体基高强钢纳米尺度碳化物相间析出的国内外研究动态,阐明了台阶理论与溶质消耗理论的局限性;对铁素体基高强钢的成分设计进行了分析,揭示了合金化方式对相间析出行为的影响规律;介绍了目前国际上研究纳米尺度碳化物相间析出行为的先进仪器及技术,最后对新型铁素体基高强钢的发展进行了展望,指出复合微合金化表现出的优势将会是以后微合金钢发展的必然趋势。
原料与炼铁
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  炼铁过程富氧及混煤对燃料燃烧性能的影响

  梁旺, 李燕江, 张建良, 郭兴敏, 王朋, 王广伟

  钢铁. 2021, 56(12): 22-27.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20210187

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  高炉喷吹用燃料的燃烧性能对于高炉冶炼过程来说是非常重要的,使用燃烧性能较好的高炉喷吹燃料更有利于提高煤比、降低焦比,从而降低高炉冶炼成本。为响应节能减排政策,对一些钢铁企业采取了煤粉的限制采购和使用等措施,使得兰炭成为高炉喷吹用燃料的有效替代品。通过工业分析、元素分析和热重分析试验比较了烟煤、无烟煤和兰炭3种高炉喷吹燃料的差异,并研究了不同混合方案以及不同富氧率条件下兰炭燃烧性能的变化。研究结果表明,燃料的综合燃烧特性与其初始燃烧温度、最终燃烧温度和燃烧反应时间均有一定的相关性。3种燃料中,烟煤的综合燃烧特性最好,无烟煤次之,兰炭的综合燃烧特性最弱。为了提高兰炭的燃烧特性,对兰炭和烟煤进行混合燃烧试验,发现随着混合燃料中烟煤含量的增加,混合燃料的综合燃烧特性参数呈现出逐渐增加的趋势,并且在兰炭和烟煤的混合燃烧试验中发现存在协同效应。在研究富氧率对兰炭燃烧性能影响时发现,随着富氧率的增加,兰炭的燃烧性也呈现出逐渐增加的趋势,但是增加的幅度较小。当富氧率由0增加至20%时,兰炭的综合燃烧特性参数从4.53×10^-14增加至6.05×10^-14 min^-2·℃^-3。综上所述,烟煤的添加以及富氧率的提高均对兰炭的燃烧性能有明显的改善效果。
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  熔剂颗粒在烧结过程中的特征演变及影响

  史先菊, 王强, 李光强, 刘代飞, 李军

  钢铁. 2021, 56(12): 28-35.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20210217

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  对烧结现场生产进行全流程取样,分析熔剂颗粒在烧结过程中的演变规律,及其对烧结过程的影响。结果表明,在烧结混合料制粒过程中,小于0.5 mm熔剂颗粒较铁矿粉颗粒更容易黏附至核颗粒表面形成新的颗粒,从而相对均匀地分布至混合料各粒级中。大于0.5 mm粒级熔剂颗粒作为核黏附一定厚度的黏附层形成新的颗粒,黏附层厚度均小于1 mm,因此,新颗粒直径仅在原始颗粒粒径基础上增大不超过2 mm。同时由于熔剂原始颗粒粒级较细,导致制粒后大于5 mm粒级混合料中熔剂含量较少。而在烧结台车布料过程中粒级存在偏析,大颗粒向下分布,最底层大于5 mm粒级颗粒分布最多,从而导致熔剂的偏析,混合料中大于5 mm粒级颗粒增多加大了熔剂的偏析,混合料中3~5 mm粒级颗粒增多减弱了熔剂的偏析。料层粒级偏析使烧结料层,最底层混合料中熔剂总量变少,大颗粒熔剂增多,熔剂颗粒数量减少,导致熔剂分布点变少,熔剂分布不均匀程度增加,局部高碱度环境变少,液相产生的难度增加。同时,由于颗粒的偏析,最底层混合料中大颗粒铁矿粉增加,出现更多的未熔原矿,最终导致烧结料层最底层烧结矿质量变差。
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  链箅机铁矿球团料层催化脱硝的反应行为及影响因素

  甘敏, 朱亮, 范晓慧, 季志云, 孙增青, 郑浩翔

  钢铁. 2021, 56(12): 36-42.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20210219

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  在资源约束、环保压力趋紧的形势下,新时期球团环保的重点是减少NO_x的排放,其高效控制关系着球团行业的生存。以铁矿球团为对象,研究了球团料层温度对不同铁精矿球团脱硝的影响,在此基础上研究了链箅机抽风干燥段(DDD段)催化脱硝的反应行为,并通过脱硝率、氨利用率等来表征烟气成分对DDD段喷氨脱硝的影响。研究结果表明,在相同条件下,赤铁精矿的催化性能优于磁铁精矿和混合铁精矿,同时分析了链箅机各段温度分布的特点,最终选择DDD段作为SCR脱硝的反应区域。DDD段适宜的脱硝条件为,温度为300～350 ℃,氧气体积分数为15%～20%,氨氮比(物质的量比)为0.5;在链箅机抽风干燥段进行SCR脱硝时,烟气中的SO₂体积分数由0提高到0.050%,反应脱硝率由51.0%降低到34.4%;随着烟气中水蒸气含量的提高,反应脱硝率降低,在水蒸气体积分数为9%时,脱硝率仅为44.9%,总体来讲,控制SO₂体积分数小于0.040%,水蒸气体积分数小于6%,可以获得40%左右的脱硝率,在DDD段喷氨催化法脱硝是高效可行的。
炼钢
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  “两次造渣法”冶炼不锈钢超薄带理论和工业应用

  郭靖, 陈兴润, 韩少伟, 闫岩, 郭汉杰

  钢铁. 2021, 56(12): 43-51.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20210193

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  精密压延不锈钢冷轧超薄板带(<0.3 mm)要求具有良好的洁净度和夹杂物塑性化以获得良好的表面质量和力学性能,但钢水的洁净化和夹杂物塑性化在冶炼上是相互矛盾的,这增加了精密压延不锈钢板带的冶炼难度。为解决不锈钢超薄带夹杂物塑性化和钢水洁净化的矛盾问题,通过热力学理论分析和实验室渣-金平衡试验研究了精密压延不锈钢冶炼的关键问题并得出相应应对策略,炉渣碱度降低,对脱氧和脱硫不利,钢水洁净度变差,高碱度渣的使用是获得较高洁净度钢水的必要条件;随着炉炉渣碱度降低,夹杂物由CaO-SiO₂-Al₂O₃系演变为良好塑性的SiO₂-Al₂O₃-MnO系,低碱度炉渣是夹杂物塑性化必需条件; 钢中Al_s含量降低,夹杂物中Al₂O₃含量明显减小,塑性变好; 通过在渣中配加适量的MgO,可以有效抑止低碱度渣对炉衬的侵蚀。并在此基础上开发出新的“两次造渣法”冶炼工艺,在AOD脱硫期造高碱度渣脱硫和脱氧,在LF精炼造低碱度渣塑性化钢中夹杂物,实现不锈钢优异的钢水洁净度和夹杂物塑性化。工业试验结果表明, w(T[O])小于0.002 5%, w([S])小于0.001 0%,夹杂物成分为以SiO₂-Al₂O₃-MnO系为主的硅锰铝榴石类夹杂物,Al₂O₃平均质量分数小于20%,具有良好的塑性,满足生产不锈钢超薄板带的要求。
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  中高硫钢中硫化锰夹杂物控制技术

  谢啸宇, 顾超, 王敏, 包燕平, 罗雄志, 彭光健

  钢铁. 2021, 56(12): 52-61.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20210212

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  近年来,随着制造业的不断升级发展,对节能环保的要求越来越高,对于一些用于复杂零部件制造的钢种,为了降低在制造加工过程中的能耗,通常向钢中加入易切削元素(硫、碲、铅)来改善其切削加工性能。添加一定的硫是目前最常用的改善手段。硫在钢中主要以MnS形式存在,其形貌及分布控制水平对钢材力学性能有重要影响。对于中高硫钢,硫化锰属于塑性夹杂,在析出过程中易发生聚集长大,并且容易在轧制过程中沿拉轧方向变形,成为大尺寸长条状,这类大尺寸MnS会严重破坏材料的横向性能。为保证中高硫钢的钢材性能,需要对钢中MnS夹杂的形貌及分布进行控制,目标是避免大尺寸MnS的产生,尽可能得到细小、均匀分布的纺锤状MnS夹杂。MnS夹杂控制是一个系统的问题,必须联系整个工艺流程进行。总结了部分合金元素、工艺参数对MnS夹杂析出的影响规律,并综述了近年来在整个生产流程中的MnS夹杂控制实践,包括精炼过程的改性处理、复合析出控制,凝固过程控制和控轧控冷控制,并指出,对于如非调质易切削钢等中高硫钢中的MnS形貌及分布控制,如何将实验室研究成果落实于工业生产是广大研究者未来共同努力的方向。
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  中高碳铝镇静钢形成MnS塑性夹杂的工艺开发与实践

  沈昶, 陆强, 郭俊波, 杨峥

  钢铁. 2021, 56(12): 62-67.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20210210

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  为提高中高碳钢产品的抗疲劳性能,利用中高碳钢的成分特点,研究开发了中高碳铝镇静钢中MnS以Al₂O₃为形核质点的非均质形核工艺,将钢中Al₂O₃脆性夹杂用塑性MnS包裹,解决了疲劳应力钢因脆性非金属夹杂引起的疲劳断裂问题。通过对微细、弥散Al₂O₃夹杂生成条件、MnS非均质形核析出热力学条件的研究,开展了钢中关键元素的成分设计、精炼及连铸集成工艺的设计与开发。工业实践表明,低活度氧条件下进行铝终脱氧可以形成3～5 μm微细弥散的Al₂O₃夹杂,并作为非均质形核的核心在二次枝晶晶间的凝固末端析出弥散、细小的粒状MnS;通过梯度脱氧、真空碳脱氧以及保护浇铸等操作可以有效稳定控制钢中全氧含量,提高钢水洁净度,成品T[O]质量分数平均为0.000 618%,较原工艺的0.000 739%降低了16%;成品的夹杂物中MnS及MnS包裹Al₂O₃夹杂所占比例大于96%,与世界领先产品的夹杂物控制水平相当,考虑到产品使用过程中Al₂O₃夹杂外部的MnS包裹层必须足够厚,塑性夹杂才能起作用,建立了MnS “有效包裹率” 的概念,当硬相夹杂物被MnS包裹且硬相夹杂物的最大半径不大于MnS包裹部位半径的1/2时,认为MnS对硬相夹杂物实现了“有效包裹”;MnS塑性夹杂工艺可明显提高材料的疲劳性能,成品的平均断裂韧性为83.47 MPa·m^1/2,较原工艺的67.31 MPa·m^1/2提高了24%。
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  QD08钢中Ds类夹杂物形成原因及控制

  宋朝琦, 刘威, 杨树峰, 李京社, 陈永峰, 左小坦

  钢铁. 2021, 56(12): 68-74.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20210327

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  QD08钢因其特殊的工作环境,要求具有较高的抗疲劳特性,而Ds类夹杂物是削弱QD08钢抗疲劳性能的主要原因。为了探究Ds类夹杂物的形成原因及调控方法,解决Ds类夹杂物超标问题,对该钢种炼钢-精炼-连铸全流程进行取样分析。分析结果表明,影响QD08钢疲劳性能的Ds类夹杂物主要成分为CaS-Al₂O₃-MgO-CaO,其尺寸在15~30 μm范围内波动,主要在LF精炼钙处理操作后开始出现。QD08钢中Ds类夹杂物是以钙镁铝酸盐为核心骨架,外围包裹CaS而形成的。结合夹杂物的成分分布,确定了钢中钙含量高不利于QD08钢中Ds类夹杂物的控制,被改性后的夹杂物熔点低,与钢液润湿性强而难以穿过钢渣界面进入到渣中,且夹杂物在钢液中易聚合长大,造成夹杂物尺寸的增加,为Ds类夹杂物的形成提供了条件。提出在精炼环节采用高氧化钙溶解度精炼渣和微钙处理工艺优化方案,并进行了工业验证试验。通过微钙处理保证了必要的夹杂物改性,可防止水口结瘤,配合减小中间包液面的波动,控制合适的拉坯速度,可避免钢包下渣和卷渣现象的发生。控制更多的夹杂物成分分布在非液相区,抑制了夹杂物的碰撞长大,使得Ds类夹杂物等级降低。试验结果表明,QD08钢中影响其疲劳性能的Ds类夹杂物得到了控制,初检合格率由93.6%提高至98.0%,为企业带来了直接的经济利益。
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  不锈钢铸坯宽度优化控制模型研究及应用

  李维刚, 淳李良, 李阳, 易成新

  钢铁. 2021, 56(12): 75-84.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20210230

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  铸坯宽度的精确控制是连铸生产过程中保证铸坯质量的重要手段之一,过宽或过窄都会给轧钢工序带来不利影响。目前,铸坯宽度主要通过人工经验在线调整二冷区参数来进行控制,存在铸坯宽度合格率低、波动大的问题。因此,实现不锈钢铸坯宽度的自动优化控制就极为重要。针对不锈钢铸坯宽度控制过程中影响因素多且具有非线性、多变量耦合等特性,提出一种基于随机森林-差分进化(RF-DE)算法的铸坯宽度优化控制模型。首先,根据专家经验从大量连铸生产工艺参数中选取不锈钢铸坯宽度的关键影响因素,进而采用随机森林算法(random forest,RF)建立不锈钢铸坯宽度预测模型。接着,以连铸二冷工艺参数为决策变量,以宽度模型预测值与铸坯目标宽度的绝对误差为目标函数,构建带工艺约束条件的不锈钢铸坯宽度优化控制模型,进而采用差分进化算法对上述模型进行优化求解,获得可用于连铸生产控制的二冷工艺参数设定值。最后,通过某钢厂实际生产数据对模型进行验证。结果表明,相较于梯度提升树、支持向量回归、多层感知机等模型,随机森林模型泛化能力强且精确度高,更适用于铸坯宽度的预测,其平均绝对误差MAE为0.047 2 mm;且采用宽度优化控制模型后的不锈钢铸坯宽度合格率显著提高,新模型具有较高的宽度控制精度。
压力加工
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  二十辊轧机支撑辊组变形及板形调控分析

  孙建亮, 晏铭泽, 李明远, 郝同同

  钢铁. 2021, 56(12): 85-95.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20210291

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  板带材的产能和质量是一个国家工业水平发展的重要标志,铜板带材的生产能力和地位更加显著。森德威二十辊轧机是冷轧铜板带材轧制生产的关键设备,其最外层A、D支撑辊组的弯曲变形是最重要的板形调整手段之一。支撑辊组鞍座位移变化可以使支撑辊芯轴发生弯曲变形,变形会反映到背衬轴承上并且向下依次传递给中间辊和工作辊,最终影响板厚和板形。传统的假设折线法和超静定梁法将芯轴和背衬轴承考虑为一个整体,而忽略了两者之间的变形对整体支撑辊组变形的影响。因此,基于有限元方法进行仿真拟合各段背衬轴承弯曲变形得到简化后的一次函数表达式,将各段背衬轴承拟合结果汇总进而得到整体的支撑辊组弯曲变形的线性表达式,再结合辊系弹性变形模型和金属塑性变形模型构成的板形预报模型评估支撑辊组变形程度对板形和板厚的影响。研究结果表明,对上辊系中的4个鞍座施加不同的位移组合之后,板厚和板形分布在整个板宽方向上并非局部变化,而是呈现整体的变化趋势,且4个鞍座对板形和板厚的调整效果并不相同;在施加同样的鞍座位移条件下,中部鞍座比边部鞍座对板形和板厚的影响效果更加显著,并且即使在支撑辊组中心两侧施加对称的鞍座位移,其对板厚和板形的影响也是非对称的。
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  冷连轧升降速过程板形控制工艺润滑制度优化

  白振华, 王楠, 崔熙颖, 张亚震

  钢铁. 2021, 56(12): 96-102.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20210242

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  冷连轧机组在带钢升降速过程中,轧制速度会出现频繁的、较大程度的波动,轧制变形区的摩擦因数也会随之发生较大的波动,引起轧制压力来回波动,从而造成升降速阶段的板形相较平稳阶段的板形而言呈现出大幅度变差的问题。工艺制度优化对于摩擦因数引起的板形问题非常有效,因此,首先分析了不同乳化液浓度、初始温度和流量下的带钢在升降速过程中板形的变化过程。针对升降速阶段板形缺陷,采用分段离散法将带钢分别沿横向和纵向分成若干条元,提出升降速过程中板形横向目标函数和纵向目标函数,进而构造出升降速过程中板形动态变化目标函数,实现对轧制过程中板形波动在横向和纵向上的综合控制。由于乳化液浓度和初始温度在轧制过程中无法改变,所以结合板形目标函数,以带钢不发生打滑和热划伤、各机架轧制力不超过限定轧制力为约束条件,提出乳化液浓度和初始温度优化设定函数;乳化液流量优化针对频繁变化的局部浪形缺陷能够起到有效控制,因此乳化液流量一般随轧制速度呈非线性变化,以出口板形波动最小为控制函数,以不发生打滑和热划伤、各机架乳化液总量不超限为约束条件,提出乳化液流量跟随速度优化函数。最后将优化模型应用于国内某钢厂冷连轧机组,根据优化前后轧制力分布、带钢板形云图可知现场应用效果良好。
钢铁材料
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  钢铁材料产线质量能力分级——理论与实践

  苏航, 潘涛, 李灏

  钢铁. 2021, 56(12): 103-108.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20210303

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  传统钢铁产品评价体系是“合格”与“不合格”的二值评价,“合格”门槛之上产品的质量差异长期被忽略,是造成近年来低价中标、劣币驱逐良币等质量困局的重要因素。钢铁材料产线质量能力分级评价方法,是变标准门槛评价为分级评价,使得优秀的钢铁企业在追求产品合格率100%以后有新的质量目标,满足用户行业采购原材料的差异化需求。钢铁材料产线质量能力分级采用质量全要素量化评价与产品大数据结合的方法,在专家经验的支持下,通过建立包括价值函数、工序评价和质量遗传模型的分级评价模型,将产品在合格线以上的差异加以量化区分,可真实全面地反映不同企业、不同产线的产品质量能力。其关键技术包括3组模型,价值函数模型将传统的依据标准的二值评价变为连续评价,工序评价模型将传统的产品样品考核扩展到对应的生产工序的能力考核,质量遗传模型引入了传统评价中缺失的对原材料质量和产线组合的考核。该评价方法的模型全部采用客观数据。目前,已经结合用户需求对中厚板等多类钢铁产品开展了质量能力分级评价,并发布了国内首批质量能力分级评价T/CISA团体标准。质量分级评价首先在钢铁材料领域提出并走向应用,对于以原材料、配套生产工艺为要素产出产品的典型生产流程具有很好的适用性,该评价方法可进一步扩展至钢铁材料以外的原材料行业和装备制造行业。
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  纯铁的特征及高纯化发展

  彭伟, 高新强, 范增为, 白佳鑫, 韦习成, 董瀚

  钢铁. 2021, 56(12): 109-118.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20210352

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  铁的发现和铁器的使用促进了人类文明的进步和工业的高速发展。发达国家一直重视高、超纯铁的研发工作,并成功实现商业化生产,而中国针对高、超纯铁的研究不足,迫切需要将高纯铁和超纯铁的研究工作深入,以期引起相关科研人员对该领域的足够重视。围绕铁及纯铁,从中国首块工业纯铁的生产到相关国家制备高纯铁和超纯铁的相关研究讨论了纯铁的相关生产技术,指出了高纯铁和超纯铁仍无法大规模生产的事实;并结合不同应变速率下的室温单轴拉伸试验、电化学及周期浸润腐蚀试验和直流软磁测试系统对纯铁的拉伸、耐大气腐蚀和直流软磁性能进行了研究,结果表明,纯铁纯度提升能提高其屈服和抗拉强度对应变速率的敏感性、能提高其在模拟大气环境中的耐腐蚀能力和直流软磁性能;还从作为原料和材料角度简述了纯铁高纯化后的应用。作为原料,能够提高钢铁材料、非晶材料、半导体材料等的品质和性能;作为材料,纯度提高后能增加软磁性、磁屏蔽性能、射流性能和阻尼性能等。材料、工艺和装备等创新依靠基础研究的点滴进步,而中国对高纯铁和超纯铁研究工作的不深入,严重制约了高性能钢铁材料的发展,阻碍中国高端装备制造业的进步,因此,纯铁的高纯化不仅能够实现铁基新材料领域补短板及衍生新材料作用,还能促进工业强基,具有时代必要性。
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  Fe-19Cr-0.2Ni-5Mn-0.2Si在循环加载下的马氏体相变规律及其影响

  王宏中, 邹宗园, 李银潇, 刘豆豆, 翟东林, 陈雷

  钢铁. 2021, 56(12): 119-125.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20210366

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  相变诱导塑性(TRIP)双相不锈钢具有优良的强度和塑性,且兼顾经济性,因此工业应用潜力很大。而厘清TRIP型双相不锈钢在循环加载下产生的马氏体相变对其循环力学性能的影响规律,是促进其进一步开发及工业化应用的基础。以TRIP型双相不锈钢Fe-19Cr-0.2 Ni-5Mn-0.2Si为研究对象,开展循环性能及相变特征研究。应用INSTRON试验机,分别进行拉伸试验和应变幅为0.6%的对称循环加载试验,测定试验钢的拉伸力学性能及循环软硬化性能。在循环加载过程中,应用铁素体测量仪测量不同循环周次下的马氏体转变量,分析马氏体相变特征。利用透射电镜,观测典型循环周次下的微观结构,分析马氏体相变和位错结构演化规律。进而,研究马氏体相变和位错结构演化对循环软硬化性能的作用机制。结果表明,试验钢在拉伸条件下,表现出明显的TRIP效应;循环初期马氏体转变速率较快,之后转变速率逐渐降低并且逐渐趋于零;循环软硬化特征可分为3个阶段,初始循环硬化、循环软化和二次循环硬化阶段;初始循环硬化由两相中位错的增殖引起的硬化效应起主导作用;随后的循环软化,由铁素体中低能位错结构所引起的软化效应起主导作用;在二次循环硬化阶段,相变马氏体对材料的硬化起主导作用。总的来说,马氏体相变对试验钢循环加载初期的循环软硬化性能影响较小,但对循环后期的性能影响较大。
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  内氧化对热镀锌高强钢镀层/基板界面的影响

  储双杰, 金鑫焱, 毕文珍

  钢铁. 2021, 56(12): 126-133.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20210363

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  由于高强钢中添加的Si、Mn等合金元素会在退火时会发生选择性氧化,从而影响镀液与带钢之间的润湿性,因此热镀锌高强钢生产存在可镀性的难题。为了提高热镀锌高强钢的镀层附着性,以不同镀层附着性的连续热镀锌0.2%C-1.8%Si-1.8%Mn高强钢为研究对象,采用GD-OES、SEM、FIB、TEM等研究了镀层/基板界面抑制层与基板次表层内氧化层的特征,同时采用模拟退火试验研究了退火气氛露点对内氧化层形成的影响,揭示了退火气氛露点、内氧化层厚度、抑制层覆盖率与镀层附着性之间的相关性。结果表明,该热镀锌高强钢镀层附着性优劣由镀层/基板界面位置抑制层决定,当抑制层覆盖率达到80%以上时,可获得良好的镀层附着性。内氧化层厚度对抑制层覆盖率的影响存在临界厚度,约为0.58 μm。当内氧化层厚度由0逐渐增加至0.58 μm时,抑制层覆盖率由约10%增加至约80%;当内氧化层厚度由0.58进一步增加至3.85 μm时,抑制层覆盖率略有增加,介于80%~90%之间。提高退火气氛露点可以促进基板次表层形成内氧化,在退火温度分别为800和870 ℃、保温时间为120 s、退火气氛为N₂-5% H₂(体积分数)的试验条件下,当退火气氛露点由-40 ℃提高到+10 ℃时,内氧化层厚度由基本为0提高至3~5 μm。为了获得合适的内氧化层厚度,建议将0.2%C-1.8%Si-1.8%Mn高强钢的退火气氛露点控制在-20~-10 ℃范围内。
环保与能源
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  分层供热富氢烧结关键技术探索与研究

  叶恒棣, 周浩宇, 王业峰, 李谦, 卢兴福, 刘前

  钢铁. 2021, 56(12): 134-141.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20210349

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  中国提出2030年碳达峰、2060年碳中和的“双碳”战略以缓解温室效应带来的环境问题。钢铁是仅次于火电的国内第二碳排放大户,作为钢铁行业中的核心环节,烧结工序的碳减排已是必然趋势。常规烧结工艺中,料层中固体颗粒燃料难准确满足“自蓄热效应”要求的“上多下少”的分布要求,导致料层内部供热不均、成矿质量差、能效低下,且易出现微观局部还原性气氛,对烧结成矿和烟气中CO增多造成负面影响,制约了烧结节能减碳水平的提升。对此,作者研究了燃料形态、燃料分布对烧结的影响规律,提出了“分层供热富氢烧结”理念,阐述了厚料层烧结条件下料层上、中、下各层不同的气固组合供热方法,即顶层依靠富氧点火耦合固体燃料供热、上中层依靠富氢燃气喷加耦合固体燃料供热,下层依靠水蒸气喷加耦合固体燃料供热,同时探明了对应该方法的分层供热低碳烧结机理,详细阐述了富氧点火耦合固体燃料顶层供热、富氢燃气喷加耦合固体燃料中上层供热、水蒸气喷加耦合固体燃料下层供热等关键技术及其技术效果,并对应用上述技术可能出现的烧结过湿层恶化问题提出了解决办法。通过这些技术的集成应用,可以大幅降低烧结工序能耗,减少烧结工序碳消耗、碳排放及其他污染物排放,并改善烧结矿质量。
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  低阶煤一步法制备活性炭的脱硫脱硝性能

  潘建, 马雯卓, 朱德庆, 田宏宇, 杨聪聪, 王颖钰

  钢铁. 2021, 56(12): 142-152.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20210340

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  活性炭法是能实现多种污染物综合控制的烟气治理技术,可同时处理烧结过程中产生的二氧化硫和氮氧化物等有害物质,但由于活性炭较高的生产和使用成本,限制了其在烧结烟气多污染物净化领域的推广应用。以低阶煤为基炭,氧化球团为活化剂,利用低阶煤热解和气化反应与铁氧化物还原之间的耦合作用,一步完成低阶煤炭化和活化,制备活性炭(SF AC),并与商品活性炭(ZJ AC)在产品工业分析、比表面积、碘吸附值、脱硫脱硝性能和再生活性炭吸附性能等方面进行综合比较。结果表明,SF AC的碘吸附值、比表面积分别为695.13 mg/g、370.42 m²/g,而ZJ AC仅530.54 mg/g、157.50 m²/g,单独脱硫时SF AC、ZJ AC的穿透硫容分别为368.11 mg/g、73.58 mg/g,单独脱硝时SF AC、ZJ AC的穿透硝容分别为250.39 mg/g、14.99 mg/g,前者较后者具有更优的吸附性能;就再生性能而言,SF AC、ZJ AC的脱硫脱硝性能均出现下降,但前者的脱硫脱硝性能更优;与单独脱硫、脱硝相比,两种活性炭同时脱硫脱硝时脱硫性能均提高,脱硝性能却降低,采用NH₃低温催化还原可改善脱硝性能差的问题。
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  高炉煤气精脱硫技术的半工业试验

  戴晓天, 陈乾业, 齐渊洪, 严定鎏

  钢铁. 2021, 56(12): 153-159.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20210385

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  高炉煤气中有机硫(主要是COS)含量高,无机硫含量低,硫的脱除难度大。针对以上特点,在山东某金属公司进行了干法精脱硫工艺的半工业试验。具体的工艺方案为,脱硫设备布置在高炉TRT设备之后,高炉煤气通过旁通管从高炉煤气管网上接入脱硫试验装置。水解和脱硫反应器均为填充床形式,采用“一级水解+脱硫”串联“二级水解+脱硫”的两级串联设计方案。在相应的水解和脱硫反应器中分别填充一种改进型的Al₂O₃基低温水解催化剂和氧化铁基脱硫剂。水解催化剂促使煤气中的有机硫(COS)与水蒸气反应生成H₂S,再由脱硫剂与H₂S反应生成Fe₂S₃,从而实现煤气中硫的脱除。在半工业试验中,进入脱硫设备的煤气流量为400 m³/h,煤气温度为80~100 ℃,COS的体积分数约为70%,H₂S的体积分数约为25%,煤气中硫浓度为145 mg/m³。经过300 h的连续试验,结果表明,该脱硫工艺全过程废水零排放;高炉煤气中有机硫(COS)转化为无机硫(H₂S)的转化率约为99%;煤气中硫分的脱除率大于96%;能够保证煤气燃烧后烟气中SO₂浓度小于10 mg/m³。