2023年, 第58卷, 第6期　刊出日期：2023-06-15

  

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综合论述
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  钢铁尘泥脱锌工艺的研究进展与展望

  张玉柱, 寇鑫林, 田铁磊, 龙跃, 靳鑫玉, 杨佳毅

  钢铁. 2023, 58(6): 1-11.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20230058

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  随着环境污染加剧和锌资源短缺,钢铁行业对尘泥的处理日益重视,为了高效利用资源并降低环境污染,研究者们开发了多种从钢铁尘泥中回收锌金属的工艺。探索了钢铁尘泥的来源和化学成分,阐述了物理法、湿法、火法、微波法、氯化法、等离子法的工艺流程及特点,并从还原效率、能耗等多方面分析了它们的优点和不足之处,结果表明,物理法操作简单,适合于火法与湿法脱锌工艺的预处理;湿法工艺选择性浸出能力强,但溶剂对设备腐蚀严重、后续除杂也比较困难;火法工艺应用广泛,能耗和污染问题是其主要限制因素。作为新兴工艺的微波法、氯化法、等离子法,虽然相较于传统工艺脱锌性能优越,但在实际应用中,同样存在一些问题需要进一步完善。最后,为了响应“碳达峰、碳中和”的政策,根据氢冶金工艺优良的环保性能,与成熟稳定的转底炉工艺相结合,提出了碳氢耦合还原脱锌工艺,此工艺能有效减少钢铁行业二氧化碳的排放,降低能源损耗,提高转底炉工艺金属化率。希望上述工作能为钢铁尘泥脱锌工艺的发展提供有价值的参考。
原料与炼铁
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  H-C-O体系质量及化学平衡衡算图的开发

  沈峰满

  钢铁. 2023, 58(6): 12-17.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20220749

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  制备满足直接还原铁工艺要求的富氢还原气体是确保直接还原铁工艺能否取得成功的关键环节之一,因此解决还原气体制备参数的选择问题至关重要。基于物质衡算及化学热力学平衡原理,创新性地构建了“H-C-O体系质量及化学平衡衡算图”(H-C-O衡算图),开发了由H-C-O衡算图确定制备富氢还原气体工艺参数的图解法。介绍了包括n_H2O/n_CH4标尺和n_CO2/n_CH4标尺制作过程等在内的H-C-O衡算图制作原理、使用方法和包括确定各种气体在H-C-O衡算图中的位置、制备给定n_H2/n_CO还原气体组成时1 mol CH₄气体应配加的H₂O和CO₂ 物质的量、制备任意给定组成气体的气源配比情况下配加气体的物质的量以及制备富氢还原气体工艺时的析碳区域等功能。以采用天然气(NG)与焦炉煤气(COG)的混合气体(30%NG+70%COG,体积分数)为制备富氢还原气体的气源,运用H-C-O衡算图确定需添加的CO与CO₂混合气体的物质的量为例,详细介绍了H-C-O衡算图的使用方法。同时,简要地介绍了采用天然气或焦炉煤气重整制备富氢还原气体工艺过程中“临界析碳曲线”和“析碳”区域,讨论了制备富氢还原气体工艺时的重整温度、体系总压、还原气体n_H2/n_CO比值对临界析碳曲线和析碳区域的影响,为天然气重整或焦炉煤气重整制备富氢还原气体工艺参数的选择提供了新的理论指导依据。
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  不同反应性焦炭在炉料还原-软熔过程中的作用行为

  兰臣臣, 邵建男, 张淑会, 刘然, 毕忠新, 郄亚娜

  钢铁. 2023, 58(6): 18-25.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20220775

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  随着钢铁企业“双碳”目标的提出,明确焦炭在炼铁过程中的作用行为至关重要。同时高炉富氢冶炼技术的推广给高炉内原燃料的反应行为带来了较大的变化,因此,研究在无氢和有氢气氛下不同反应性焦炭在高炉炉料还原-软熔过程中的作用行为对高炉冶炼具有重要意义。模拟高炉实际炉料结构,研究了不同反应性焦炭对矿石还原度和焦炭的气化率及孔隙结构变化的影响,探索焦炭反应性对炉料软熔性能及软熔带透气性的影响,解析不同反应性焦炭与渣铁界面作用行为的变化机理。研究结果表明,焦炭的反应性提高使各温度下矿石还原度和焦炭气化率均提高,各温度下焦炭的表层孔隙率增加,在无氢气氛下孔隙率的增加幅度低于有氢气氛,焦炭内部孔隙结构整体变化幅度较小。焦炭反应性提高后,炉料的软化温度区间减小且向低温区移动,在无氢气氛下熔化温度区间降低,在有氢气氛下熔化温度区间略有增加,焦炭表层碳基体劣化严重且强度降低,料层最大压差增加,透气性劣化,无氢时的影响程度强于有氢时的影响程度。增加焦炭反应性后,在无氢气氛下渣铁分离较好,且炉渣可以与焦炭灰分有效融合,使熔化带向低温区移动;在有氢气氛下,焦炭表层灰分含量较高,且不能及时与炉渣融合更新焦炭表面的活性点位,使熔渣中的浮氏体还原和金属铁渗碳的阻力增加,不利于软熔带透气性能的改善。
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  基于煤岩法研究捣固工艺对焦炭性质干预程度

  尚硕华, 邹冲, 李建云, 折媛, 刘诗薇, 施瑞盟

  钢铁. 2023, 58(6): 26-35.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20220767

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  捣固炼焦工艺可以减少焦化过程中优质炼焦煤的配加比例,在保证焦炭质量的同时可以降低焦炭生产成本,但大量生产实践发现捣固焦替代顶装焦应用于中大型高炉时存在诸多问题。为了探究捣固焦在大型高炉上合理的使用方式,采用煤岩法分析了多来源的捣固焦与顶装焦光学组织分布、各向同性总和(ΣISO,isotropic sum)及光学组织指数(OTI,optical texture index),探究了各光学组织指数在两者之间的差异性,认为现有焦炭光学评价指标对捣固焦热态性质预测准确性不足。使用多元线性拟合法构建了焦炭光学组织与热态性质的关系函数,通过光学组织与顶装焦热态性质的关系函数,预测多种捣固焦在相同配煤条件下使用顶装工艺所得到的焦炭的热态性质,用于描述捣固工艺对焦炭热态性质的影响。结果表明,捣固焦与顶装焦各光学组织含量差异明显。捣固焦不同光学组织含量分布范围较大,各向同性组织较多,各向异性组织总量较少且细粒镶嵌组织占比较高,所以捣固焦各向同性总和占比普遍高于顶装焦,不同捣固焦之间的光学组织指数差异性较大且整体低于顶装焦。针对现有焦炭光学评价指标对捣固焦热态性质预测准确性不足的问题,对焦炭光学组织分布与热态性质进行多元线性拟合。其中反应后强度(CSR,coke strength after reaction)的拟合结果与焦炭光学组织反应性呈现良好的线性正相关,根据反应后强度预测值和实际值的差值,提出了捣固工艺干涉指数(TI,tamping index),以用于预测捣固焦生产过程的捣固强度,同时对捣固焦配煤的优劣提供参考。结合捣固焦在中大型高炉上的实际使用效果,给出了为中大型高炉选择捣固焦时捣固工艺干涉指数的建议。
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  带式焙烧机球团原料预处理工艺优化

  刘山平, 马磊, 宋云锋, 过刚, 雷杰, 龙红明

  钢铁. 2023, 58(6): 36-44.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20220759

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  带式焙烧机是单机大型化球团生产工艺之一,高压辊磨、强力混匀等原料预处理工艺的合理搭配是拓展原料适应性、减少膨润土消耗、改善球团质量的有效手段。针对某钢铁企业带式焙烧机原料预处理流程中辊磨压力过剩和原料处理系数较低等问题,开展了高压辊磨、强力混合联接的工业试验,揭示了辊压强度、上料量等工艺参数对球团的成球性及强度的影响规律,为球团生产的提质降耗提供理论指导。结果表明,辊磨机的上料量与辊压大小对原料粒度和比表面积均有影响,随着上料量减少或辊压提高,原料粒度变细,比表面积增加。在上料量为500 t/h、辊压为90 MPa时,混合料中粒度小于44 μm所占比例由辊磨前的72.20%上升至83.94%,粒度小于74 μm比例由辊磨前的89.96%上升至95.82%;经过强力混合后,原料中0.044 mm和0.074 mm粒级的比例基本不变,但是粒度分布更加均衡;膨润土和水结合后毛细水和分子水均有较大幅度的提升,所提供的分子力使大颗粒表面黏附较多细微颗粒物,比表面积由辊磨前的922.88 cm²/g增加至1 411.15 cm²/g,成球性能得到改善。预处理原料应用于生产时,生球落下强度为5.0～7.0 次/(0.5 m),同时,膨润土消耗降低2～3 kg/t,铁品位提高0.05%～0.16%,显著改善了带式焙烧机球团原料质量与生产效率。
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  南非PMC精粉与两种典型褐铁矿的配矿优化

  侯健, 白晨光, 扈玫珑, 刘晓明, 黄小波, 郭兰芬

  钢铁. 2023, 58(6): 45-52.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20220757

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  PMC精粉的铁品位及TiO₂质量分数较高,分别为62.5%和2.6%。PMC精粉较巴西卡粉和其他铁精粉资源有明显的价格优势,在铁矿石市场上有较好的流通性,广泛应用于国内多家钢铁企业的烧结生产中。邯钢烧结混匀矿中PMC精粉所占比例为4%～6%,为了更加充分合理地利用PMC精粉,根据邯钢的配矿特点,研究了PMC精粉与褐铁矿的二元、三元配矿优化问题。首先研究了PMC精粉、FMG混合粉、杨迪粉等3种铁矿粉的物理化学性质、烧结基础特性以及经过黏结相强度试验后试样的矿相组织特征;然后基于单品种矿粉的烧结基础特性,以液相流动性和黏结相强度为考察指标,开展了PMC精粉与褐铁矿的配矿优化试验。试验结果表明,PMC精粉具有TFe、CaO、MgO含量高以及SiO₂、Al₂O₃含量低等优点,但PMC精粉也存在高TiO₂、高磷且同化温度高、液相流动性差等问题,PMC精粉与褐铁矿在化学成分、粒度组成以及烧结基础特性等方面均有很好的互补性。二元混匀矿的液相流动性随PMC精粉配比的提升而减弱;二元混匀矿的黏结相强度随PMC精粉配比的提高基本呈现为先升高后降低的趋势,当PMC精粉与杨迪粉质量比为1∶3,PMC精粉与FMG混合粉质量比为1∶2时有最高的黏结相强度,分别为1 785 N和1 605 N。基于二元最优配比的三元混匀矿也具有较高的黏结相强度(1 270 N),混匀矿中褐铁矿与PMC精粉质量比由2.5∶1提升至4∶1中增配杨迪粉较FMG混合粉对混匀矿黏结相强度的降低影响较小,分别降低为1 170 N和740 N。矿相结果表明,混匀矿的流动性指数为3.0～3.5时,矿物组织中大气孔含量以及气孔尺寸均会明显减小,从而有效改善了试样的黏结相强度。
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  酒钢铁前系统氯元素迁移行为

  蒋心泰, 鲁逢霖, 施煌禹, 王翠, 张建良

  钢铁. 2023, 58(6): 53-60.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20220800

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  铁前系统氯元素迁移行为对高炉氯负荷及高炉原燃料冶金性能、煤气管道系统、TRT发电系统、热风炉耐火材料等具有重要影响。高炉大型化、集约化发展趋势日益显著,大容积高炉占比逐年提高,氯元素侵蚀给企业带来较大经济损失。为了理清高炉中氯元素的来源和排出途径,明晰氯元素的侵蚀机理,将铁前系统作为整体,研究氯元素的迁移路径,为降低高炉氯负荷及其对高炉和附属系统的危害提供理论依据十分必要。以酒钢某高炉为研究对象,对选矿、烧结、高炉3个工序所使用及产出的物料进行取样,采用离子色谱法对样品氯含量进行检测。通过氯元素平衡分析计算发现,选矿工序中的黑沟矿带入了大部分的氯元素;在烧结工序中自产精矿带入的氯元素占大部分;而在高炉系统中含铁炉料是酒钢高炉氯元素的最大来源,其次是焦炭和煤粉。高炉系统中的氯元素除了高炉煤气带出外,其余布袋灰带出氯元素的比例也较高。针对酒钢高炉的氯负荷现状,从源头上降低氯元素进入到选矿工序、烧结工序和高炉系统的量,通过喷吹低氯含量的煤粉和配加低氯含量的焦炭来限制高炉中氯元素的入炉负荷,在烧结工序对除尘灰的氯元素进行脱除,并降低氯元素在高炉内的循环富集,可大大减轻氯元素给高炉及其附属设备带来的危害。
炼钢
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  27SiMn钢夹杂物特征及控制工艺优化

  吕明, 刘坤龙, 高郅喆, 宋保民, 张朝晖

  钢铁. 2023, 58(6): 61-71.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20220676

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  27SiMn钢中高熔点夹杂物是引起探伤缺陷的主要原因。为了进一步控制27SiMn钢中夹杂物,对国内某钢铁企业“BOF→LF→CC”工艺流程生产的27SiMn钢进行研究。采用分阶段取样方式分别在LF进站、钙处理前、软吹后、中间包及铸坯中提取试样,探究27SiMn钢中各工序夹杂物的特征。结果表明,LF精炼过程中,夹杂物主要以MgO-Al₂O₃、硅酸盐及Al₂O₃-CaO-MgO夹杂物为主;在软吹及浇注阶段,主要以(CaS)-Al₂O₃-MgO-SiO₂-CaO系为主,同时钢液内存在大量CaS颗粒,表明钙处理后钢液内仍存在高熔点夹杂物。在此基础上,研究了27SiMn钢液内CaS及钙铝酸盐类夹杂物的热力学形成机理。发现钢液中w([Al])为0.022%时,钢液w([Ca])控制在0.001 3%～0.003 5%有利于12CaO·7Al₂O₃生成;同时,为防止在钢液内大量生成CaS,阻碍Al₂O₃夹杂物转变为12CaO·7Al₂O₃,w([S])应控制在0.001 5%～0.003 9%。基于夹杂物特征研究和热力学计算,提出工艺优化方案,调整精炼渣碱度至3.2以上,增加渣系硫容量,同时将渣中w((Al₂O₃))由10%～11%提高至13%以上,促进炉渣流动性;减少铝块脱氧剂的加入,由130 kg/炉降至120 kg/炉;进行轻钙处理操作,硅钙线喂入量由400 m/炉减少至200 m/炉。并进行了工业优化试验,发现软吹后钢液内w([Ca])约为0.002 4%,连铸阶段进一步降至0.001 8%左右,w([S])控制在0.002%左右;在Al₂O₃-SiO₂-CaO-(8%)MgO体系中,夹杂物平均成分由1 600～1 800 ℃高熔点区进入到1 400～1 500 ℃液相区,钙处理效果显著改善,提高了钢材质量。
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  电磁制动对薄板坯结晶器内冶金行为的影响

  李学凯, 张燕超, 张彩军, 肖鹏程, 朱立光

  钢铁. 2023, 58(6): 72-81.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20220716

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  为进一步提高多模5孔块电磁制动系统在高效连铸过程中的应用效果,以某钢厂FTSC薄板坯结晶器以及新型多模块连续电磁制动(MM-EMB)系统为原型,将结晶器内流场特征以及钢渣界面波动程度作为评判标准,采用数值模拟手段对不同电磁条件下的结晶器流场进行多物理场的耦合计算,重点揭示了在6 m/min的高拉速条件下,对电磁制动系统施加不同电流强度时,多模块连续电磁制动系统中不同线圈组合对薄板坯连铸结晶器内流场特征的影响规律。研究结果表明,结合5孔水口的结构特点,电磁制动(MM-EMB)系统依据其作用范围可将5组线圈分为2组控制单元,其中上部控制单元包含2组线圈,主要作用域为钢液流场上回流区域,当2组线圈施加电流由400 A增加到1 000 A时,可以有效降低钢液流股冲击钢渣界面的速度,减小钢渣界面波动;下部控制单元包含3组线圈,主要对结晶器内下回流起稳流作用,当3组线圈电流增大至800 A时,涡心位置和窄面冲击点明显下降,下回流强度和范围得到了有效控制。当将2组控制单元共同作用于结晶器钢液流场,下部控制单元线圈电流为800 A时,上部控制单元2组线圈施加电流取800 A可以达到最佳制动效果。将数值模拟结果应用于工业试验,通过现场数据跟踪,铸坯夹渣率与裂纹率进一步降低,数值模拟手段的应用为多模块连续电磁制动系统进一步优化结晶器流场提供了理论依据与技术支持。
压力加工
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  整辊式板形仪波形演变机理

  张桐源, 于华鑫, 廖霜, 杨昇, 刘宏民

  钢铁. 2023, 58(6): 82-92.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20220791

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  在整辊式板形仪试验调试和工业应用中发现,大包角和大张力的情况下,板形辊内部传感器会输出明显区别于常规单峰波形信号的双峰波形信号。板形辊变包角安装时,存在着单峰波形向双峰波形过渡的情况,甚至在不同检测通道中,存在单、双峰波形共存的现象。由于双峰波形从形式上明显不同于单峰波形,如果按照常规单峰信号处理方式处理这种波形信号会产生明显板形检测误差。为了研究波形演变的原因和规律,设计了四辊变张力、变包角计算模型,并将其应用于有限元仿真计算。结果显示,大张力和大包角是板形仪输出信号中产生双峰波形的主要影响因素。在特定张力的条件下,单峰波形会随着包角的增大而逐渐演变为双峰波形;在特定包角条件下,单峰波形又会随着张力的增大而逐渐演变为双峰波形。为了进一步研究波形演变机理,在20°、30°和40°包角下,分别固定施加在板形辊单通道上的张力进行仿真计算,提取了传感器安装孔顶和两侧面的位移变化,得到了波形关键位置对应带材与辊体相对位置的传感器顶面位移变化。分析发现,传感器安装孔轮廓在大张力、大包角下会产生不规则的微变形,使得传感器受力状态和位移趋势发生改变,从而产生单、双峰波形信号演变的现象。通过搭建试验平台进行了等张力变包角试验和等包角变张力试验,还原了仿真波形曲线演变规律,验证了其结果的正确性。最后,分析了仿真波形曲线与实际波形曲线差异的产生原因,并针对如何避免双峰波形对整辊式板形仪检测带来的影响给出了具体建议。
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  热镀铝锌机组沉没辊系关键工艺参数优化

  张文军, 张冀, 邱木生, 王孝建, 钱胜, 白振华

  钢铁. 2023, 58(6): 93-101.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20220792

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  为进一步解决热镀铝锌带钢表面出现的划伤、块状锌渣黏附、沉没辊系辊面锌渣堆积以及轴套轴瓦磨损严重等问题,根据热镀铝锌机组热镀原理,结合热镀工艺段设备与结构特点,分析了热镀铝锌带钢表面划伤与锌渣黏附形成机理,确定了热镀铝锌机组热镀工艺段沉没辊系在运行过程中产生的卡死、打滑与振动是导致带钢表面缺陷形成的主要因素。在上述基础上,首先通过对刮刀机械结构作用原理进行分析,建立了刮刀机构I、II的刮刀力模型,并结合刮刀力产生的摩擦阻力矩建立了刮刀力与刮刀角度目标函数与约束条件,完成了刮刀力与刮刀角度的优化。其次,根据刮刀力优化结果,通过沉没辊系受力因素分析,建立了沉没辊系轴端外载荷、带钢摩擦驱动力以及沉没辊系运行过程中的黏滞阻力模型,并结合沉没辊系驱动力矩模型,建立了张力、带钢运行速度以及带钢包角的目标函数与约束条件,完成了沉没辊系运行工艺参数的优化。在上述理论研究的基础上,选择典型规格带钢将优化模型应用于国内某热镀铝锌机组,有效抑制了沉没辊系卡死、打滑和振动的产生,降低了由带钢表面划伤与锌渣黏附导致的改判率。
钢铁材料
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  等温时效对S32707不锈钢析出行为和耐蚀性的影响

  李国平, 张树才, 张彬彬, 林宝海, 李恒

  钢铁. 2023, 58(6): 102-109.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20220718

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  为了研究等温时效对特超级双相不锈钢S32707析出和耐腐蚀性能的影响,利用微观组织表征和电化学测试相结合的手段,研究了950 ℃时效不同时间下钢的析出行为、耐点腐蚀和耐晶间腐蚀性能。在950 ℃时效过程中,S32707可以析出σ相、γ₂和Cr₂ N,结果表明,时效5~30 min后,σ相经共析反应(δ→σ+γ₂)优先在δ/δ晶界和δ/γ相界析出,并逐渐向δ晶粒内生长。时效2 h后,δ相完全转变成σ相和γ₂相,时效12 h后,γ晶内析出σ相。时效初期,Cr₂ N在σ/γ₂界面形核,随后在σ/γ和γ/γ界面形成。950 ℃时效导致S32707耐点腐蚀和晶间腐蚀性能下降,随时效时间延长,钢的点腐蚀电位(Epit)、电荷转移电阻(R_p)和双电层电容(Q)均呈3阶段变化规律,0~2 h,Epit和R_p急剧减小,Q急剧增大;2~12 h,Epit和R_p缓慢减小,Q缓慢增大;12~48 h,Epit和R_p略有增大,Q略有减小。钢的晶间腐蚀敏感性随时效时间延长也呈3段式变化规律,0~2 h急剧增大,2~12 h缓慢提高,12~48 h略有降低。σ相和Cr₂ N析出会诱导其周围形成贫Cr区和贫Mo区,钢的耐腐蚀性能取决于Cr、Mo元素贫化和自愈的竞争结果。0~2 h,析出相快速形成诱导产生大量Cr、Mo贫化区,耐腐蚀性能显著下降;2~12 h,Cr、Mo贫化速率大于自愈速率,耐腐蚀性能缓慢下降;12~48 h,Cr、Mo贫化速率小于自愈速率,耐腐蚀性能略有提高。
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  La-Ce处理对75Cr1钢夹杂物和耐蚀性影响的工业试验

  孟泽, 李光强, 赵一将, 郑庆, 曾斌, 刘昱

  钢铁. 2023, 58(6): 110-117.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20220781

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  锯片长期在共振、较大侧压力、拉应力以及与冷却介质接触下服役,要求锯片钢具有一定的弹性强度、疲劳强度、冲击韧性和耐蚀性能。钢中非金属夹杂物会打破钢基体的连续性,易引起钢中裂纹的产生,并对钢的耐点蚀性能有着重要的影响。通过对工业试验所生产的不同稀土含量的75Cr1锯片钢进行夹杂物特征分析、电化学极化试验和腐蚀失重试验,研究了稀土处理对75Cr1钢洁净度和耐蚀性的影响。结果表明,适量的稀土处理可以显著脱除钢中氧、硫元素,变质钢中夹杂物,提高钢基体的耐蚀性。未添加稀土的75Cr1钢中总氧质量分数为0.002 0%,总硫质量分数为0.001 2%;钢中典型夹杂物为Mg-Al-O复合氧化物夹杂和CaS+MnS夹杂,夹杂物平均尺寸为2.1 μm;钢的点蚀电位和自腐蚀电位分别为-410 mV和-1 000 mV。铈质量分数为0.013 6%和镧质量分数为0.007 2%的75Cr1钢中总氧质量分数和总硫质量分数分别为0.001 1%和0.000 8%;钢中典型夹杂物为RE_xS_y+CaS以及少量的Al₂O₃夹杂,钢中夹杂物的平均尺寸为1.7 μm,钢中的夹杂物数量呈现出降低的趋势,夹杂物的分布也更加弥散,夹杂物的形状从不规则形状转变为类球状;钢的点蚀电位和自腐蚀电位得到显著提高,分别为-336 mV和-981 mV,自腐蚀电流和腐蚀速率降低;热力学计算表明,稀土硫化物夹杂的浓度积比硫化锰与硫化钙的浓度积小,因而稀土处理75Cr1钢耐点蚀性能得到改善。75Cr1钢作为小批量生产的钢种,避开了稀土处理后连浇堵水口的隐患,因此稀土处理75Cr1钢具有较强的工业适应性。
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  固态脱碳过程中锰钢微观组织演变及力学性能

  洪陆阔, 艾立群, 孙彩娇, 孟凡峻, 王旭锋, 佟帅

  钢铁. 2023, 58(6): 118-125.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20230010

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  兼具高强度和高塑性的钢铁材料具有广阔的应用前景。为了提高钢铁材料强塑性,提出了一种利用固态脱碳制备具有梯度结构的钢铁材料的工艺策略,并以厚度为1 mm、碳质量分数为2.7%的中锰钢板为研究对象,在H₂O-H₂气氛下开展固态脱碳试验研究,利用碳硫仪测定脱碳后中锰钢平均碳含量,利用光学显微镜观察脱碳后中锰钢显微组织和表面氧化情况,对脱碳后中锰钢进行一次热轧-回火处理,利用万能拉伸试验机测量中锰钢力学性能。结果表明,随着脱碳温度升高,脱碳量逐渐增加;随着脱碳时间延长,中锰钢表面氧化层厚度逐渐增加。升高温度会增加固溶碳迁移速度,并非温度越高氧化层厚度生长越快,脱碳过程氧化层的调控应根据目标碳含量合理调节脱碳温度、气氛条件和脱碳时间。在1 383 K温度下50 min可将中锰钢碳质量分数由2.7%脱至0.5%以下,氧化层厚度可控制在15 μm以下;采用固态脱碳处理后的中锰钢形成了从表面到内部逐渐变化的梯度结构,随脱碳时间延长梯度层逐渐向中心迁移,梯度层的演变是由固态脱碳过程中锰钢内固溶碳向表面迁移导致的,利用固态脱碳制备钢铁材料,有利于产生额外的应变硬化,获得高延展性;固态脱碳后的中锰钢进行简单的热轧-回火处理后,应变硬化能力显著增强,获得了良好的强度与塑性匹配,强塑积最高可达45.1 GPa·%。固态脱碳法不破坏材料的整体性,形成了具有较强应变硬化效果的梯度结构,而这种效果不存在于相同处理条件下的均质材料中。
环保与能源
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  2022—2060年中国废钢资源量分析预测

  崔志峰, 上官方钦, 王方杰, 周继程, 徐安军

  钢铁. 2023, 58(6): 126-133.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20230006

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  中国钢铁工业已到了转型升级的关键时期,废钢回收利用具备较大的降碳潜力,是钢铁行业绿色发展以及实现“双碳”目标的重要抓手,科学合理地预测未来废钢资源量对钢铁行业有序开展双碳工作、优化生产流程结构具有重要指导意义。结合近年来国家陆续颁布的相关政策及未来钢铁行业的发展形势,分3种情景讨论了中国未来粗钢产量、进出口钢材量、各类废钢收得率及钢铁产品的使用寿命,并在此基础上,利用钢铁产品生命周期法对2022—2060年中国废钢资源量进行计算预测。研究结果表明,未来22年内,中国废钢资源量呈现快速增长的趋势,预计到2030年,中国废钢资源量将超过3亿t/年,2035年超过4亿t/年,2045年达到峰值5亿t/年,届时中国废钢资源充足,甚至略有剩余,当前短缺的局面将彻底改变;此后至2060年,中国废钢资源量将逐年缓慢下降,并趋于稳定。据此推断,未来充足的废钢资源将促使中国钢铁行业铁素资源构成发生改变,对国际铁矿石资源的需求量将大幅下降;同时废钢资源也将为全废钢电炉短流程的发展提供资源保障,以“城市钢厂”为代表的新型钢铁企业布局模式将成为未来的主流发展趋势,并为钢铁工业低碳高质量发展提供有力支撑。
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  生物污泥还原钢铁厂含锌粉尘规律

  魏汝飞, 张飞虎, 孟东祥, 龙红明, 李家新

  钢铁. 2023, 58(6): 134-142.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20220746

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  钢铁尘泥是钢铁冶炼过程中产生的主要固体废弃物之一,如果直接堆放或排放,必然会造成环境污染,且尘泥中的有价元素也没有得到有效利用,因此对其进行资源化利用已成为钢铁厂面临的严重问题。火法工艺在钢铁尘泥的处理工艺中应用最广泛,在火法处理工艺的基础上,提出利用生物污泥中的碳代替煤粉/焦粉作为还原剂对钢铁含锌粉尘进行还原处理的新思路。在模拟转底炉的条件下进行了高温还原试验,选取质量比、反应温度和反应时间3个因素为主要影响因素,研究了尘泥含碳团块中铁氧化物和锌氧化物的高温自还原规律。采用XRD、SEM、GC/MS和XRF等手段对反应前后团块矿物组成、微观形貌、元素分布和化学成分等方面进行深入分析。研究结果表明,尘泥含碳团块的金属化率和锌脱除率随着生物污泥所占质量比的增大和反应温度的升高而增大。随着反应时间的延长,尘泥含碳团块的金属化率和锌脱除率先增加,20 min后趋于稳定。当电炉灰和生物污泥的质量比为1∶0.69、反应温度为1 300 ℃、反应时间为20 min时,尘泥含碳团块的金属化率可达98.48%,锌脱除率可达98.95%。这说明利用生物污泥还原钢铁含锌粉尘,可以实现有价元素锌的回收,还原后得到的金属化团块可返回到钢铁生产流程中,实现钢铁尘泥中铁元素的资源化利用。
技术交流
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  热镀锌沉没辊系轴端压力与锌渣的关系

  崔熙颖, 刘格非, 钱胜, 王孝建, 刘亚星, 白振华

  钢铁. 2023, 58(6): 143-150.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20220694

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  某钢厂热镀锌机组沉没辊系存在轴端锌渣聚集的问题,为了改善因锌渣聚集导致机组降速而影响产量的状况,需要找出锌渣聚集的的原因及解决方案,开展了轴端压力对锌渣聚集的影响机理及治理技术研究。首先通过现场生产跟踪,发现沉没辊系轴套与轴瓦的间隙与锌渣聚集量有一定关系。考虑到零部件的磨损,因此分析了轴端压力对锌渣聚集的影响机理,然后表示出轴套与轴瓦间隙量的数学模型,通过条元法分别对稳态运行过程中沉没辊、稳定辊和矫正辊进行受力分析,得到带钢对辊面的支持力、辊子承载量和辊子可正常工作的临界接触角,最终得到轴套与轴瓦间的挤压接触应力模型。在此基础上分析了轴端压力对锌渣聚集效应的影响。结合生产实际,以带钢与辊子包角为优化目标,提出使得轴端不发生锌渣聚集效应的工艺参数优化模型。选取3种典型规格带钢进行辊端压力模拟,计算值与实测值误差小于5%,证明了稳态运行过程中辊端压力计算模型的正确性。通过优化计算得到使轴端不发生锌渣聚集效应的辊端压力所对应的带钢与辊子包角设定值,将其应用到现场生产后,沉没辊系轴套与轴瓦的磨损量降低了60%以上,减小了锌渣流入轴套与轴瓦间隙的程度,从而解决了沉没辊系轴端锌渣聚集的问题,提高了生产效率。同时为其他热镀锌机组沉没辊系因锌渣聚集而导致机组产量降低的问题提供了解决思路。