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中国冶金
2022年 32卷 7期
刊出日期 2022-07-15
冶金科技英才
冶金科学技术奖
有色冶金
技术综述
专题研究
生产技术
节能环保
技术综述
1
谢奇迈, 马庆爽, 张海莲, 李会军, 高秋志
新型含铝奥氏体耐热钢中合金元素作用机制研究现状
为了提高火力发电站的发电效率,有效降低环境污染,需要提高发电机组的工作温度和工作压力。这就对结构用钢提出了更高的要求,令其不仅要在含水蒸气的环境下具有良好的抗腐蚀能力,还要满足高温环境对力学性能的要求。新型含铝奥氏体耐热钢(AFA钢)能在高温下形成连续、致密的Al
2
O
3
层,具有比Cr
2
O
3
层更好的保护作用;同时,AFA钢基体中会析出MC、Laves和L1
2
-Ni
3
Al等多种沉淀相,可有效提高抗蠕变性能,因此AFA钢有望用于火力发电站机组。分析了合金元素添加对AFA钢组织演变、析出相的影响规律,阐述了合金元素在抗蠕变和抗氧化方面的作用机制,并对未来AFA钢合金元素的调整方向作出展望。
2022 Vol. 32 (7): 1-11 [
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专题研究
12
兰臣臣, 张淑会, 刘然, 吕庆, 李福民
N
2
-CO-CO
2
-H
2
O气氛下K
(g)
对焦炭高温气化反应动力学的影响
为了掌握高温区碱金属对焦炭气化过程的影响,在N
2
-CO-CO
2
-H
2
O和N
2
-CO-CO
2
-H
2
O-K
(g)
气氛下,利用热失重法分别研究了焦炭在1 413~1 773 K的气化反应特征。结果显示,K
(g)
对焦炭的气化反应具有较强的正催化作用,可以显著提高有效内扩散系数(
D
e
)和界面反应速率常数(
k
+
),降低内扩散活化能与界面反应活化能,且K
(g)
对内扩散的影响程度高于对界面反应的影响。随着反应率的增加,内扩散阻力(
η
i
)和界面反应阻力(
η
C
)均逐渐增加,K
(g)
可以促进
η
i
和
η
C
降低。在N
2
-CO-CO
2
-H
2
O气氛、1 413 K时,气化反应的限制性环节逐渐由界面反应转为内扩散;而在1 473、1 573、1 673和1 773 K时其限制性环节始终为界面反应。在N
2
-CO-CO
2
-H
2
O-K
(g)
气氛下,气化反应的限制性环节始终为界面反应。
2022 Vol. 32 (7): 12-19 [
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20
祁腾飞, 黄军, 孙俊杰, 张永杰
竖冷炉内烧结矿分布的DEM模拟
为研究竖冷炉料层透气性以改善冷却气体分布,建立梅钢竖冷炉单料仓扁平模型,采用离散单元法模拟研究了竖冷炉布料和排料过程,获得了稳态下竖冷炉内烧结矿分布和孔隙率分布的微观信息。结果表明,布料时由于落料点位置的变化,烧结矿会产生偏析分布。在烧结矿流动稳定的状态下,炉腔存在准静止区、活塞流区和汇聚流区3种流动区域;就烧结矿分布而言,炉腔中心区含有更多的10~25 mm和25~40 mm颗粒,炉腔中间区则分布有更多的40~80 mm和80~150 mm颗粒,炉腔边壁区中上部25~40 mm和40~80 mm颗粒的质量分数更高,而下部80~150 mm的颗粒质量分数更高。上述烧结矿分布使炉腔边壁区和中间区发生大颗粒偏析,炉腔中心区发生小颗粒偏析;孔隙率呈炉腔边壁区和中心区较大、中间区较小的“U”形分布。料层透气性在边壁区最好,导致冷却气体易从边壁区逸出。为改善冷却气体在炉内的分布,可尝试从缩小入炉烧结矿粒度范围以及开发新型布料装置展开进一步研究。
2022 Vol. 32 (7): 20-26 [
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27
高飞, 杨文远, 彭小艳, 李林, 王明林, 张彦祥
底吹气体参数对透气砖侵蚀速度的影响
为了研究底吹气体喷吹参数(压力、流量、喷孔直径等)对透气砖侵蚀速度的影响,对比了食盐、硼砂、碳酸钠和不同比例的食盐与碳酸钠的混合物在水中的溶解速度,选定天然盐砖来模拟透气砖材质进行侵蚀水模拟试验。以水模拟钢水,在1∶10的有机玻璃模型中喷吹压缩空气,改变喷吹参数(压力、流量和喷吹时间),测量喷吹前后透气砖喷孔尺寸的变化,计算喷孔的侵蚀情况(径向侵蚀速度、轴向侵蚀速度和侵蚀角),构建气体的喷吹参数与透气砖侵蚀速度之间的关系。根据喷孔尺寸、气体的喷吹参数和无量纲数(修正的弗劳德数、雷诺数和表观马赫数等),对喷吹气体进入熔池中的流动状况进行分析,如气流中气泡的当量体积和当量直径、喷吹过程中所形成的气柱高度、气泡流和喷射流的转变等。研究结果表明,透气砖喷孔的轴向侵蚀和径向侵蚀速度均随底吹供气流量提高而增大,侵蚀角受喷孔直径、气体流量的影响很小,采用直径较小的喷孔,可以提高底吹气体对熔池的搅拌效果。研究结果对复吹技术的提高具有参考意义。
2022 Vol. 32 (7): 27-34 [
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35
刘淼, 刘中秋, 吴颖东, 雷琪安, 李宝宽
吹氩连铸结晶器液面波动行为的时频分析
时频分析是一种研究波动信号特征、揭示波动现象内在机理的有效方法。将时频分析方法应用于吹氩连铸结晶器内的液面波动特性研究,采用水模型试验获取液面波动数据进行时频分析,研究吹氩量、拉速、水口浸入深度和结晶器宽度等工艺参数对液面波动行为的影响,探究液面波动的内在机理。结果表明,振幅较高的频率集中在0~2.5 Hz,其中振幅最大的主频率位于0.1 Hz附近,此外1.5 Hz和2.5 Hz处也存在较高的峰值;通过时域分析发现,增大吹氩量和拉速、或减小水口浸入深度和结晶器宽度将加剧液面波动;通过频域分析发现,拉速、水口浸入深度、结晶器宽度与液面波动主频率有较强的关联性,说明三者均与液面波动的主要振动源高度相关。
2022 Vol. 32 (7): 35-43 [
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44
裴西硕, 贾丹彬, 田晨, 袁磊, 于景坤
脉冲电流对钢液凝固过程中夹杂物迁移行为的影响
在钢液凝固过程中施加脉冲电流,通过观察和分析凝固试样中夹杂物的形貌、数量、尺寸和分布状态等,以研究施加脉冲电流对钢中夹杂物迁移行为的影响。结果表明,在脉冲电流的影响下,钢液凝固初期形成的晶核会发生脱落而形成结晶雨;在晶核下落过程中,钢中夹杂物也会随之向下部迁移。随着脉冲电流强度的逐渐增加,钢锭上、中部夹杂物逐渐减少,晶粒尺寸变小。在本试验条件下,当电流强度为56.6 A/cm
2
时,钢锭上、中部夹杂物的总面积和总数量分别比未施加脉冲电流时的降低46.9% 和35.6%。对于夹杂物含量要求较高的钢种而言,在钢锭凝固过程中施加脉冲电流,控制结晶雨的形成和迁移过程不失为一种有效去除钢中夹杂物、提高钢锭质量的技术手段。
2022 Vol. 32 (7): 44-50 [
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51
张杰
Fe-Mn-Al-O熔体中Mn、Al间活度相互作用系数的测定
鉴于有关高Mn、Al含量钢液中Mn、Al间活度相互作用系数的研究匮乏,以及缺乏合理热态试验方法的现状,首先采用不同方法开展相关热力学试验,得到了适用于高Mn、Al含量钢液的热力学研究方法。采用电阻炉开展试验,将CaO-Al
2
O
3
渣覆盖在Fe-Mn-Al熔体表面,防止Al的氧化和Mn的挥发,保证热力学数据的准确性。其中,金属与渣的质量比为2.4。之后,将样品置于Al
2
O
3
坩埚中、外套石墨坩埚开展试验,试验采用Ar-H
2
混合气,流量比为9∶1,样品在1 600 ℃条件下平衡2 h。结果表明,随着Mn含量的增加,Al含量降低;采用Wagner模型进行分析,最终得到Mn、Al间的一阶活度相互作用系数
e
Mn
Al
为0.028 8、二阶活度相互作用系数
r
Mn
Al
为-0.000 25。
2022 Vol. 32 (7): 51-56 [
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57
黄乔, 任英, 张立峰
碲处理含硫钢加热过程中MnS-MnTe夹杂物的演变
通过实验室加热试验和热力学计算研究了碲处理含硫钢加热过程中MnS-MnTe夹杂物的演变,得出含硫钢加热过程中MnS-MnTe类夹杂物变化的规律与机理。随着钢中碲含量和Te/S质量比的升高,MnS-MnTe类夹杂物的平均直径增大,平均长径比降低。加热处理后,钢中MnS和MnTe充分生长和析出,碲处理对MnS夹杂物的改性效果相比起热处理前更为明显。随着钢中Te/S质量比的增大,夹杂物的平均直径更大、数密度更低、面积分数更高。随着钢中Te/S质量比的升高,MnS-MnTe类夹杂物中树枝状的Ⅱ类比例降低,球形的I类和块状的Ⅲ类比例升高。在当前试验条件下,当钢中Te/S质量比达到0.33时,钢中MnS开始析出温度低于钢液开始凝固温度,有利于抑制共晶反应中在晶界处Ⅱ类MnS的生成。当Te/S质量比大于1.35后,钢中出现较多球形的纯MnTe夹杂物。
2022 Vol. 32 (7): 57-66 [
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67
樊铭洋, 周存龙, 段晶晶, 龚建雄, 马国财
基于MD探究FeO/Fe中晶内微孔洞对FeO破裂的影响
氧化皮中的微孔洞直接影响着氧化皮的破裂性能。利用分子动力学(MD)模拟软件Lammps对含有微孔洞的FeO/Fe多晶模型进行拉伸模拟,研究了不同微孔洞数量情况下微孔洞尺寸对多晶FeO/Fe模型拉伸断裂的影响。研究发现,微孔洞数量相同时,FeO模型的抗拉强度随孔洞尺寸的增大呈现“下降→上升→下降”的趋势,表明了在一定范围内的孔洞尺寸会提高材料的抗拉强度,然而,此时的孔洞尺寸会降低材料的断裂韧性。中心对称参数
CSP
显示,原子紊乱程度由高到低的区域依次为孔洞处、晶界处、FeO/Fe界面处及FeO晶粒内部。研究结果为氧化皮的破裂机理提供了新的研究思路。
2022 Vol. 32 (7): 67-73 [
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74
麻建中, 黄一君, 黄友桥, 汪博, 张宁, 孟利
Nimonic 80A合金螺栓的组织织构及高温应力松弛行为
利用SEM与EBSD技术研究Nimonic 80A高温合金螺栓的组织织构特点,并对不同温度下的高温应力松弛行为及组织织构演变进行分析。结果表明,合金中γ相组织未形成显著织构,晶粒取向择尤情况与晶粒尺寸无对应性。合金中第二相主要为γ′相与Cr的碳化物,γ′相在基体中弥散分布,而Cr的碳化物分别在晶界析出和沿螺栓轴向“链状”分布,其分布特征与γ晶粒组织及取向无显著关联性。应力松弛前后,晶粒组织、碳化物分布及织构均无明显变化,但γ′相发生了一定的粗化。载荷一定时,温度对应力松弛行为存在显著影响,即较高温度下样品的应力松弛率较高。较高温度下位错滑移更易开动,与样品中更多晶粒表现出较高晶粒取向散布(GOS)值相对应,但各晶粒GOS值的高低未表现出晶粒取向与晶粒尺寸依赖性。
2022 Vol. 32 (7): 74-79 [
摘要
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)
生产技术
80
付旭刚, 马轲, 巨建涛, 邢相栋
含锰磁铁矿球团氧化固结机理分析
为促进含锰磁铁矿在球团上的应用,通过造球试验,并借助X射线衍射和扫描电子显微镜等检测手段,系统地分析了Mn
3
O
4
对球团矿氧化固结机理的影响。结果表明,随着Mn
3
O
4
质量分数从0%增加至7%,球团抗压强度从2 458 N/个降到1 810 N/个,孔隙率从22.7%增大至26.2%。随着Mn
3
O
4
的增加,在赤铁矿晶界和硅酸盐相中形成新的MnFe
2
O
4
固熔体,固熔体扩大了基体中的裂纹,破坏了赤铁矿的连续结晶;硅酸盐含量增加也极大地抑制了赤铁矿晶粒的生长,使含锰球团的基体由致密变为多孔,球团矿强度降低。故对生产企业来说,Mn
3
O
4
对球团的固结强化有负面影响,其适宜的质量分数应在3%以内。
2022 Vol. 32 (7): 80-86 [
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87
朱鸿鑫, 杨新龙, 王汝栋, 余伟, 崔衡
高强度工程机械用钢铸坯夹杂物分析
为了解某厂高强度工程机械用钢Q550MD铸坯夹杂物来源,优化生产工艺,提高铸坯质量,采用大样电解和夹杂物自动扫描分析方法,对铸坯中夹杂物数量、尺寸、形貌及成分进行研究。结果表明,电解试样中大型夹杂物尺寸集中在80~140 μm,形状大多为球形,主要成分为铝酸钙。铸坯中大型夹杂物在形成最终复合夹杂物前均来自于钢包,且可能发生结晶器卷渣。检测的铸坯宽度方向1/4位置发现夹杂物聚集现象,夹杂物数量明显高于边部和1/2位置,这与结晶器流场不合理有关。
2022 Vol. 32 (7): 87-91 [
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92
常海, 雷少武, 仇俊娟, 耿明山
板坯
ø
230 mm支撑辊周期性热负荷模拟分析
板坯支撑辊是板坯连铸机的重要组成部分,支撑辊轴承位的温度及辊面温度直接决定了支撑辊能否正常运行。为了探明转动过程中辊子各部位的温度分布规律,对板坯
ø
230 mm支撑辊周期性转动过程中的辊子传热过程进行了模拟研究。结果表明,板坯
ø
230 mm支撑辊在连铸过程中受板坯辐射、冷却水及空气散热影响,在连铸约1 500 s时温度达到稳态,且在有冷却水影响时辊子投影向空气侧半圆中部温度为250 ℃左右,在无冷却水影响时温度为270 ℃左右;在有冷却水影响时辊子投影向板坯侧半圆最高温度为272.3 ℃,在无冷却水影响时温度为290.0 ℃左右。通过与实测数据对比,证明本文计算模型能很好地预测连铸支撑辊的温度分布,可为其设计提供理论支持。
2022 Vol. 32 (7): 92-97 [
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98
王小勇, 王华鹏, 贾啸林, 邹扬, 朴学峰
低合金特厚钢板轧制复合试验
为满足低合金钢板大单重、特厚规格的市场需求,依托轧制复合工艺开展采用复合连铸板坯生产特厚钢板的试验研究,通过对连铸板坯进行复合组坯及轧制获得特厚钢板。综合试验和分析结果表明,采用轧制复合工艺生产的特厚钢板结合界面复合良好,结合界面区域晶粒发生了充分的再结晶,实现了原子层级的冶金结合;
z
向(厚度方向)拉伸性能满足 Z35 要求,局部断面收缩率因结合界面微区存在的带状分布氧化物而偏低。
2022 Vol. 32 (7): 98-102 [
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103
闫磊, 孙建华, 孙悦, 于洋, 李硕, 王林
IF钢切边质量提升控制技术
针对 IF 钢经过连退或镀锌热处理,在切边过程中由于切边质量不佳,带钢边部容易产生毛刺等缺陷,进而影响带钢边部质量的问题,通过研究切边后带钢切断面各区域比例以及切边工艺参数对切边后切断面各区域比例的影响,对圆盘剪切边工艺参数进行了优化设计;同时通过研究去毛刺辊工作原理以及亮边缺陷产生原因,对去毛刺辊的涂层和底辊辊型进行了优化设计。采取优化措施后,IF 钢的切边质量得到了改善,并彻底消除了亮边缺陷。
2022 Vol. 32 (7): 103-106 [
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节能环保
107
孟华栋, 杨勇, 姚同路
转炉及KR循环利用钢包热态铸余渣工艺试验
为了达到节能降耗的目的,在转炉及KR进行钢包热态铸余渣循环利用的工艺试验。对比分析了转炉及KR循环利用钢包热态铸余渣前后的成渣效果和冶金效果。结果表明,在不需要对现有装备进行改造的情况下,常规炉次每炉加入约30 kg/t的钢包热态铸余渣,可节约消耗钢铁料12 kg/t、石灰4.31 kg/t、烧结矿4.87 kg/t、氧气1.83 m
3
/t,缩短冶炼时间3.24 min/炉,节省冶炼成本39.43 元/t(钢),降低终点a[O]含量,提高终点脱磷率,在提高钢水质量和冶炼效率、降低炼钢成本的同时,减轻了钢包铸余渣排放对环境的污染,经济效益和社会效益良好。为减小钢包铸余渣中硫含量高对转炉冶炼效果的影响,可采用将钢包热态铸余渣返回KR进行铁水预处理的方式加以循环利用,每罐铁水中加入约27 kg/t的钢包热态铸余渣后,石灰等脱硫剂用量减少82.2%,铁水预处理时间缩短1 min,温降减少4 ℃,回磷率降低2个百分点,脱硫率达到69.4%,同样取得了良好效果。
2022 Vol. 32 (7): 107-113 [
摘要
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80
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114
柳晓琳, 杜健敏, 黄炎俊, 刘恒, 宋光森, 张垒
声波耦合旋流对转炉一次烟气细颗粒物的去除
针对钢铁厂转炉一次烟气含尘浓度高、颗粒物细的特点,提出一种声波耦合旋流除尘新技术,用于降低转炉一次烟气细颗粒物浓度。采用单因素试验和响应面法研究了声压级、声频率、停留时间及烟气进气方式对颗粒物浓度降低率的影响。单因素试验结果表明,转炉一次烟气颗粒物团聚效率随声压级升高而增大,但存在最佳团聚频率。相比单一声波团聚,声波耦合旋流除尘技术对细颗粒物有很好的团聚效果。响应面法优化试验得出,当声压级为140 dB、声频率为1 400 Hz、停留时间为8 s时,采用旋流进气方式颗粒物浓度降低率最高,达33%。研究结果为提高转炉一次烟气中细颗粒物的去除效率及工艺开发提供参考。
2022 Vol. 32 (7): 114-121 [
摘要
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45
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有色冶金
122
李江涛
艾萨铜熔炼水淬渣磨浮贫化回收率的分析
铜熔炼电炉渣在使用磨浮贫化回收铜的工艺中,由于熔炼方式、原料结构、工艺操作控制及电炉渣冷却方式不同等原因,导致铜的浮选回收率差异较大,因此需要针对实际情况进行研究。以艾萨铜熔炼急冷水淬电炉渣的磨浮贫化工艺为研究对象,通过分析研究工艺流程中原矿和尾矿的主要成分结构、矿物物相、粒度形态等,并结合生产实践,探明此类电炉渣在磨浮贫化实际工艺生产中因自身属性对铜回收率造成的客观直接影响,从而科学直观地指导生产操作,减少工艺误区。
2022 Vol. 32 (7): 122-128 [
摘要
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37
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冶金科技英才
129
付天亮
2022 Vol. 32 (7): 129-129 [
摘要
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84
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130
尹立孟
2022 Vol. 32 (7): 130-130 [
摘要
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54
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127
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冶金科学技术奖
131
高效薄带铸轧稳定化生产关键技术创新及应用
2022 Vol. 32 (7): 131-131 [
摘要
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40
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132
连铸无人浇钢技术开发与应用
2022 Vol. 32 (7): 132-132 [
摘要
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81
) [
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146
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