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中国冶金
2021年 31卷 12期
刊出日期 2021-12-15
专家论坛
冶金科技英才
冶金科学技术奖
有色冶金
专题研究
生产技术
专家论坛
1
李新创, 李晋岩, 霍咚梅, 冯帆, 王超
关于中国钢铁行业产品碳足迹评价标准化工作的思考
产品碳足迹(PCF)是产品生命周期中温室气体排放的量化值,通过开展产品碳足迹评价,可有效指导并帮助企业真正了解生产、生活对气候变化的影响,并由此采取可行的措施以减少供应链中的碳排放,甚至影响消费者行为和企业生产决策。随着全球应对气候变化工作重视程度的不断提升,产品碳足迹已成为全球贸易供应链的必要追溯和重要考量因素之一。中国是全球第一大钢铁生产国和消费国,同时也是最大的机电产品出口国,钢材间接出口体量大。面对国际贸易碳关税、碳标签等相关制度要求,钢铁行业应做好与国际接轨的准备,加快发展钢铁行业产品碳足迹评价工作。本文简要概述了中国“碳达峰”与“碳中和”政策要求,中国钢铁行业低碳发展必要性,指出中国钢铁行业开展产品碳足迹评价的重大意义,并在研究分析国内外产品碳足迹评价标准以及碳标签发展现状基础上,给出了中国钢铁行业产品碳足迹评价工作的思考和建议。
2021 Vol. 31 (12): 1-7 [
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专题研究
8
李彬, 张宗旺, 吴胜利, 陆亚男, 胡一帆, 张众
不同铁矿粉替代澳洲低铝矿粉对烧结黏结相高温行为的影响
澳洲某低铝矿粉具有低Al
2
O
3
、粗粒度、强同化性等优点,是国内钢铁企业进口矿石的主要来源之一,而该低铝矿粉已濒临枯竭,故寻求其他铁矿粉进行替代现已成为迫切需求。采用微型烧结等方法,考察不同铁矿粉替代该低铝矿粉后黏结相高温行为的变化。研究表明,当配加南美矿粉OA后,黏结相同化性减弱,液相流动性增强,铁酸钙含量降低;当配加北非铁矿OB粉后,黏结相同化性和液相流动性均增强,但硅酸钙含量有所增加;当配加2种澳洲铁矿粉OC和OD后,黏结相的同化性减弱,高铝脆性矿物含量增加。基于此,通过澳洲铁矿粉OC搭配北非铁矿粉OB共同替代该低铝矿粉的方式,增强黏结相同化性和流动性,提高铁酸钙含量,抑制了劣质矿物的生成。
2021 Vol. 31 (12): 8-14 [
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15
孙洋, 窦明辉, 王家骏, 郭瑞, 孙章, 梁英华
焦炭与烧结矿在耦合反应过程中的溶损特性
为了研究高炉冶炼中焦炭的溶损行为,选用2种不同反应性的焦炭考察焦炭与烧结矿在不同温度下的耦合反应,研究不同温度下焦炭溶损与烧结矿还原的关系。研究结果表明,焦炭溶损和烧结矿还原的耦合反应随着反应温度的升高逐渐加剧,且焦炭反应性提高有利于烧结矿的还原。焦炭溶损率与烧结矿还原度呈正线性相关性,焦炭反应性(
CRI
)与拟合曲线的斜率
k
呈反比,而与截距
b
呈正比,截距可以表征焦炭对烧结矿的初始还原能力。耦合反应后焦炭的光学各向异性指数
OTI
增大、平均孔径和气孔率大幅增大,反应性较大的焦炭易于在焦炭表面溶损,反应后的孔径较大;而反应性较小的焦炭在反应过程中CO
2
气体易于扩散至焦炭内部均匀溶蚀各级气孔。
2021 Vol. 31 (12): 15-19 [
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20
王宁, 高锦国, 杨曙磊, 杨树峰, 刘猛, 苏孺
真空感应熔炼中夹杂物运动行为数值模拟
为了促进真空感应熔炼GH4169合金过程中夹杂物的去除,建立了电磁-流动-粒子跟踪耦合数学模型,研究了真空感应熔炼过程中熔液流动与夹杂物运动的规律,对比了不同冶炼工艺参数下熔池中流场和夹杂物运动特点,提出了一种促进真空感应熔炼过程中夹杂物去除的工艺优化方法。结果表明,真空感应熔炼过程中,熔池流场中存在2个漩涡,加快漩涡的运动速度可以促进熔池内夹杂物的去除,熔液流动速度随着熔炼的进行先升高后下降,最终趋于稳定。随着电压增加,熔液平均流动速度增加,熔池内夹杂物总去除率升高。随着电流频率升高,熔液平均流动速度降低,熔池内夹杂物总去除率降低。因此可通过增大电压、减小电流频率的方法,增大熔液流动速度,促进真空感应熔炼GH4169合金过程中夹杂物的去除,工艺参数由400 V、3 400 Hz优化为420 V、3 200 Hz后,夹杂物总去除率由91.98%增大到94.87%,提高了2.89%。
2021 Vol. 31 (12): 20-26 [
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27
金立斌, 郑淑国, 朱苗勇
Fe-5Mn-2Al-0.15C中锰钢连铸凝固偏析及粒子析出行为
为研究Fe-Mn-Al-C系中锰钢连铸凝固偏析及粒子析出特性,采用光学显微镜观察Fe-5Mn-2Al-0.15C中锰钢的显微组织,并通过Thermo-Calc热力学软件研究了其凝固模式、溶质元素偏析及粒子析出行为。结果表明,该中锰钢铸锭的显微组织主要为板条状马氏体,且含有少量铁素体;其凝固模式为L→L+δ→L+δ+γ→δ+γ→γ;Al元素的平衡分配系数大于1,发生负偏析,偏聚到δ-铁素体枝晶内部;而Mn、Nb、V、S等溶质元素发生正偏析,均偏聚到枝晶间。AlN主要在枝晶内析出,其析出温度为1 448 ℃;MnS、Nb和V的富集物主要在枝晶间析出,且MnS和Nb的富集物均在1 400 ℃以上开始析出,而V的富集物的析出温度为760 ℃。
2021 Vol. 31 (12): 27-31 [
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32
朱雷敏, 李莉娟, 罗坤坤, 李涛, 翟启杰
PMO对GCr15轴承钢连铸坯中MnS夹杂物的影响
为了研究PMO对GCr15轴承钢连铸坯中MnS夹杂物的影响,首先采用自动扫描电镜(Aspex Explorer)分析脉冲磁致振荡(Pulse Magneto-Oscillation,PMO)技术对钢中MnS类夹杂物组成和形貌的影响,然后利用电子探针测量固液界面前沿的元素含量,并在此基础上,计算了PMO处理后MnS析出温度变化。结果表明,PMO处理促进了内弧1/4、中心和外弧1/4处的大于8 μm的MnS夹杂物数量百分比的降低;PMO处理后固液界面前沿S元素质量分数在试样凝固50%和70%处分别降低60%和36%,而Mn元素含量变化不大;同时,PMO处理可降低MnS夹杂物的析出温度。
2021 Vol. 31 (12): 32-38 [
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39
赵子豪, 魏晶晶, 蔡来强, 王旭东, 姚曼
连铸坯实测反问题热弹黏塑性建模与分析
为了研究连铸板坯的传热和力学特征,通过建立考虑蠕变的铸坯热弹黏塑性全尺寸有限元数值模型,以实测温度和传热反问题获得的热流为依据,计算和探讨了结晶器内铸坯的传热、应力和应变行为。结果表明,弯月面下100 ~ 200 mm铸坯表面承受拉应力,宽面距角部40 ~ 90 mm的偏角部区域温度较高,坯壳厚度也较薄,距角部约400 mm处温度相对较低,收缩量及应力应变较大。窄面近角部区域的应力和应变总体上低于宽面,距角部越近,窄面铸坯表面的应变越高。偏角部区域坯壳厚度、应力、应变的非均匀性及存在的过大差异,是探讨近角部裂纹成因需要考虑的重要因素。
2021 Vol. 31 (12): 39-46 [
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47
王涛, 胡锋, 张志成, 潘先明, 陈康彦, 吴开明
不同冲击载荷下10Mn钢和NM500的磨损性能及机理
为了给不同类型耐磨钢的实际使用环境提供可靠试验依据,研究不同微观组织的磨损性能和机理,分别在低载荷2 J和高载荷5 J下测试NM500马氏体钢和10Mn奥氏体钢的冲击磨损性能。NM500马氏体耐磨钢以板条状马氏体为主,板条内部存在高密度位错亚结构,同时存在少量残余奥氏体和一些棒状碳化物(TiC);奥氏体10Mn耐磨钢以奥氏体为主,还有少量马氏体和碳化物(NbC、VC)。结果表明,在低冲击载荷(2 J)下,NM500耐磨性高于10Mn钢(160 min的磨损量分别为109和181 mg),归因于NM500比10Mn钢具有更高的硬度,磨料对表面的破坏更小;在高冲击载荷(5 J)下,磨损初期,NM500耐磨性高于10Mn钢(120 min的磨损量分别为140和145 mg),但长时间磨损,NM500耐磨性低于10Mn钢(160 min的磨损量分别为222和173 mg),归因于10Mn钢发生了充分加工硬化,具有更优异的耐磨性。10Mn钢磨损后亚表面微观形貌中存在大量的高密度位错、形变孪晶、应变马氏体,优异的加工硬化能力使10Mn在5 J冲击载荷下更耐磨。
2021 Vol. 31 (12): 47-54 [
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55
张海伟
9CrMoWV耐热钢的高温持久蠕变性能及组织行为研究分析
为了表征9CrMoWV耐热钢在实际应用中的力学行为,对9CrMoWV钢在不同温度和应力条件下进行持久试验,并对持久试样进行OM、SEM、TEM观察,分析不同温度、应力和持久试验时间对9CrMoWV钢显微组织和宏观、微观断口的影响,同时统计Laves相的尺寸变化及其他第二相分布情况。结果表明,随着试验时间和温度的增加,断口韧窝尺寸增大,板条状马氏体回复程度增大,Laves相的尺寸变化明显,分布于晶界的M
23
C
6
与Laves相均发生不同程度聚集粗化,这是高温低应力区试样断裂的原因之一。
2021 Vol. 31 (12): 55-60 [
摘要
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61
张亚彬, 任建斌, 王锦永, 左晶晶, 武瑞斌, 丰涵
S31254超级奥氏体不锈钢析出相演变及微观表征
利用热力学计算了S31254超级奥氏体不锈钢在500~1 200 ℃温度范围内的平衡态析出相,并结合热模拟试验、扫描电镜、透射电镜等方法,对不同析出物的析出行为进行了表征和分析。结果表明,S31254不锈钢奥氏体基体中可存在的第二相包括σ、χ、Laves等金属间相,Cr
2
N、π型氮化物相以及M
23
C
6
型碳化物相,高Mo、高N、高Cr含量是该钢析出相种类复杂的主要原因;试验钢具有高的第二相析出倾向,σ相开始析出温度约为1 150 ℃,而在900~800 ℃区间可发现χ相和σ相的转变,χ相更易作为一种稳定相存在;析出相的析出位置和形貌呈现不同特点,晶界析出主要为σ相、χ相和Laves相,而晶内主要有呈针状和块状分布的χ相和呈棒状析出的Cr
2
N相。
2021 Vol. 31 (12): 61-66 [
摘要
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生产技术
67
李火银, 王振亚, 汤松臻
独立焦化干熄炉效率分析与改良措施
立足于独立焦化厂的干熄焦余热发电系统,为提高余热回收质量,采用热平衡分析法与火用平衡分析法对干熄炉系统的余热回收效率进行了计算与分析。干熄炉系统实际工况下的热效率与火用效率分别为79.59%和84.81%,低于设计工况的81.75%和89.06%。实际工况下干熄炉内部换热火用损失为9.88%,高于设计工况下的5.46%。分析表明焦炭烧损率是影响干熄炉系统火用效率的主要因素,干熄炉内部换热火用损失降低了干熄炉余热回收效率。优化循环气体的成分、含量和流速是提高干熄炉系统能量回收效率的主要措施。
2021 Vol. 31 (12): 67-72 [
摘要
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73
李进华, 张建良, 宋波, 王广伟
NLMK高炉喷吹煤粉优化搭配
得益于丰富的天然气资源,俄罗斯众多钢铁厂使用天然气进行高炉喷吹。为实现资源的合理配置以及效益最大化,提高高炉喷煤量、减少天然气使用成了新利佩茨克钢铁公司发展新方向。对俄罗斯所提供的两种高挥发分煤(1号、2号)和2种挥发分含量较低的煤(3号、4号)以及经配煤处理后的混煤进行工业分析和着火点、爆炸性、灰熔点等喷吹特性研究。研究发现1号和2号煤具有强爆炸性和较低的着火点,而3号和4号煤着火点较高,燃烧率较低。4种煤粉均不适于高炉单独喷吹。经混煤处理后的煤粉无爆炸性,燃烧率高于贫瘦煤,着火点介于对应2种单煤之间,灰分的质量分数均低于8%,低于国内高炉喷吹用煤对灰分要求。但俄罗斯煤的可磨性普遍较差。在所设定的混煤方案中,2号烟煤与4号贫瘦煤的混煤着火点适中、燃烧率较高、可磨性较好,较适合高炉喷吹,其中2号烟煤占40%时最适合高炉喷吹。
2021 Vol. 31 (12): 73-78 [
摘要
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79
吴豪, 蔡兆镇, 牛振宇, 朱苗勇, 刘建树
薄板坯连铸结晶器铜板热/力行为
基于国内某钢厂CSP漏斗结晶器铜板结构,建立了考虑铜板水槽冷却水流动的薄板坯结晶器铜板三维热/力耦合计算模型,研究分析了典型连铸工艺下结晶器铜板水槽内冷却水的传热特点和铜板温度场与热应力场分布规律,并探讨了冷却水流速及铜板厚度对铜板热/力行为的影响。结果表明,铜板宽面热面与窄面热面最高温度均位于弯月面下约15 mm处,分别达436.5、379.2 ℃。宽面和窄面铜板的最大热应力均位于弯月面下方约25 mm处,分别达876.7、867.8 MPa。宽面铜板的热应力总体比窄面高且分布更为不均匀,螺栓处热面的热应力整体低于其两侧水槽处热面的热应力。增加冷却水流速、减小铜板厚度可减小铜板热面温度与热应力。将螺栓处冷却水缝延长到距结晶器下口30 mm处,可显著改善宽面铜板中下部横向温度分布的均匀性,使其热面横向最大温差减少约19.6 ℃。
2021 Vol. 31 (12): 79-88 [
摘要
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59
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89
韩赟, 阳锋, 邱木生, 邹英, 韩龙帅, 张士杰
1 000 MPa级高强汽车钢热轧原料卷性能均匀性的分析
为研究和改善某牌号1 000 MPa级高强汽车钢热轧原料卷的性能均匀性,前后进行了4次工业试验。结果表明,卷取温度为620 ℃时,钢卷不同位置组织差异巨大,且性能波动显著。在带尾10 m处,边部组织由细小的铁素体和马氏体组成,而中部由粗大的铁素体和珠光体组成;在带尾100 m处,边部由细小的铁素体、回火马氏体和少量新鲜马氏体组成,而中部仍然由粗大的铁素体和珠光体组成。巨大的组织差异导致通卷抗拉强度的波动值高达552 MPa。入缓冷坑对钢卷的组织和性能均匀性无明显影响,但对提高卷取温度有明显改善。卷取温度提高至680 ℃后,不同位置处的边部和中部组织差异减轻,通卷抗拉强度的波动值降低至146 MPa。高卷取温度和边部遮挡工艺同时采用后,钢卷的性能均匀性得到进一步提高,通卷抗拉强度的波动值进一步降低至108 MPa。
2021 Vol. 31 (12): 89-95 [
摘要
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96
刘少先, 葛志勇, 姜贵松, 梁燕燕
冷轧镀锌板冲压分层开裂原因分析
针对近几年汽车厂反映的冷轧镀锌板冲压后分层开裂的问题,为了研究该缺陷产生原因,选取4块典型的冲压分层开裂试样,使用扫描电镜和能谱仪对缺陷的微观特征进行了分析。结果表明,引起冷轧镀锌板冲压分层开裂的主要原因为保护渣卷入、皮下夹杂物、异物压入、擦划伤4种情况。4种缺陷的产生原因各不相同,但造成开裂的机理基本类似,对每一类缺陷的形成原因和开裂机理进行了分析与讨论,并提出了改善措施,为缺陷的原因排查、工序分离和质量改进提供了方向。
2021 Vol. 31 (12): 96-101 [
摘要
] (
109
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170
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有色冶金
102
滕奎, 梁治国, 石松鑫, 杨鸿旸, 陈诗豪
温度与应力比对6061铝合金疲劳裂纹扩展行为的影响
为了研究温度与应力比对航空铝合金疲劳裂纹扩展行为的影响,利用电液伺服疲劳试验机对6061铝合金材料开展了不同温度(室温、-70、150 ℃)、应力比(0.1、0.5)条件下的疲劳裂纹扩展速率试验,获得不同条件下的疲劳裂纹扩展速率曲线,揭示温度与应力比对疲劳裂纹扩展的影响规律。结果表明,在相同应力比下,室温与高温150 ℃下的疲劳裂纹扩展速率曲线(d
a
/d
N
-Δ
K
)基本一致,低温-70 ℃下的疲劳门槛值与疲劳裂纹扩展速率明显提高,这表明低温环境下6061铝合金材料具有较高的抗疲劳裂纹扩展性能;在相同温度下,随着应力比的增大,疲劳门槛值降低,疲劳裂纹扩展速率升高。讨论了温度与应力比对疲劳裂纹扩展行为影响的可能原因。
2021 Vol. 31 (12): 102-106 [
摘要
] (
80
) [
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131
)
冶金科技英才
107
潘涛
2021 Vol. 31 (12): 107-107 [
摘要
] (
34
) [
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冶金科学技术奖
108
钢铁多流耦合分布式能源技术研究与应用
2021 Vol. 31 (12): 108-108 [
摘要
] (
22
) [
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163KB] (
150
)
109
长距离铁精矿输送管道在线环保除垢关键技术与装备研究
2021 Vol. 31 (12): 109-109 [
摘要
] (
44
) [
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113
)
