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中国冶金
2023年 33卷 1期
刊出日期 2023-01-15
冶金科技英才
冶金科学技术奖
冶金英才特约
产生技术
技术综述
专题研究
节能环保
装备技术
技术综述
1
张福明, 刘清梅
高炉-转炉钢铁制造流程低碳技术发展与认识
在全球“碳达峰”“碳中和”发展形势下,研究高炉-转炉流程低碳技术发展战略、目标和路径,大幅度降低CO
2
排放对钢铁工业实现可持续发展具有重要意义。面向未来,钢铁仍是重要的基础材料、结构材料和功能材料,钢铁工业仍是经济社会发展的重要基础产业。研究分析了日本钢铁工业发展现状及其特征,介绍了高炉-转炉流程减碳关键技术研究及其进展。针对日本钢铁工业减碳技术开发研究,论述了高炉矿焦混装技术、高比率球团矿冶炼技术对于常规高炉降低燃料比的机理和应用效果。讨论了含碳团矿和预还原烧结矿的制备工艺流程,分析了新型炉料制备的关键技术难点,论述了新型炉料在高炉冶炼过程的减碳机理。介绍了SCOPE 21新型炼焦工艺的构成、技术特点和应用效果;针对铁焦制备的工艺过程、冶金机理和使用效果进行了评述。重点论述了新一代高炉炼铁工艺COURSE 50的工艺组成、技术路线和流程特征,阐述了核心技术难点和关键技术构成以及工程应用前景。分析了构建智能化高炉信息物理系统对高炉减碳的支撑作用,指出了高炉智能化与低碳化协同发展的重要性。结合日本高炉-转炉流程减碳技术发展现状及未来方向,提出了制定可行的减碳技术战略、选择经济适用的技术路线、确定关键技术研究的认识与思考。指出了中国钢铁工业实现绿色低碳高质量发展的思路和途径。
2023 Vol. 33 (1): 1-17 [
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18
张腾飞, 康泽双, 李花霞, 闫琨, 曹瑞雪, 段言康
熔铝炉冶炼烟气脱硝技术现状与进展
随着中国铝制品生产及消费量的增长,铝及铝加工行业处于快速发展阶段。熔铝炉是铝加工冶炼过程中重要的高温生产设备,其烟气具有氮氧化物(NO
x
)浓度较高、烟气量小、波动性大等特点,进一步加大了烟气环保治理的难度。熔铝炉烟气脱硝治理正处于起步阶段,相关的污染物排放标准仍在不断更新和完善。综述了低氮燃烧技术以及湿法脱硝、选择性非催化还原脱硝(SNCR)、选择性催化还原脱硝(SCR)等主要脱硝技术的特点和优缺点,介绍了现有的熔铝炉烟气脱硝技术,并对熔铝炉烟气脱硝技术的研究重点及工业化应用前景进行展望。
2023 Vol. 33 (1): 18-23 [
摘要
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24
陈健, 苏敏, 张新波, 姬存民, 张明胜, 乔莎
氢冶金还原性气体的制备研究进展
氢冶金是一种绿色低碳的冶炼工艺,是实现钢铁行业转型升级和改变高碳排放形象的有效途径。氢冶金是通过纯氢气或富氢气体替代传统焦炭直接还原铁,可实现CO
2
减排。富氢还原性气体的制备是实现氢冶金的关键之一。对比分析了适合于氢冶金的规模化焦炉煤气制氢、天然气制氢、煤制氢和氨分解制氢技术的工艺及相关催化剂,探讨了包括电解水制氢在内的可再生能源制氢的途径。氢冶金技术需要的制氢技术日趋成熟,氢冶金也将成为未来钢铁行业升级改造的重点。
2023 Vol. 33 (1): 24-33 [
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冶金英才特约
34
上官方钦, 周烨, 李涛, 周继程, 倪冰, 郦秀萍
钢铁行业碳排放管理与服务平台的设计与开发
通过对国内外钢铁行业低碳发展形势、CO
2
排放数据基础、CO
2
排放因子、“双碳”工作存在的问题等方面进行分析,指出构建具有公益属性的钢铁行业碳排放管理与服务平台对提高钢铁行业“双碳”服务能力具有重要意义,且符合国家“双碳”战略导向。以钢研碳云平台的建设为例,介绍了钢铁行业碳排放管理与服务平台的系统架构及其在碳排放核算管控与产品碳足迹计算方面的应用,并验证了平台应用的可靠性;针对钢铁行业碳排放数据存在的痛点,提出了基于区块链技术建设钢铁行业可信碳排放数据存证管理与服务平台以及3类应用场景开发的设想。
2023 Vol. 33 (1): 34-40 [
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专题研究
41
高程, 尹晓春, 周广盼, 廖鹏飞, 海坤
150 t复吹转炉炉体温度及应力场的有限元分析
转炉在服役过程中,存在炉壳热变形过大、耐火砖破裂等问题,直接影响到设备的安全运行,分析炉体的温度和应力分布,能为优化炉体冷却系统、避免应力集中提供支持。为此,建立包括非水冷式托圈、炉体与悬挂结构的转炉整体有限元模型,考虑炉体与托圈、悬挂之间的相互热辐射,采用ANSYS仿真软件研究炉体的稳态温度场,并对炉体的机械应力和热应力进行分析。结果表明,工作层炉衬热面温度为1 600 ℃时,炉壳的上锥段和炉身部位温度较高,最高可达435 ℃,接近炉壳的蠕变温度,有限元模拟结果与工业数据基本一致;炉体的热应力要远大于机械应力,炉衬的热面等效应力较大,易出现裂纹;炉壳的温度和应力分布在结构过渡处会有明显突变。研究结果可为炉体冷却和炉型设计提供理论依据。
2023 Vol. 33 (1): 41-46 [
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47
袁志鹏, 朱立光, 韩毅华, 王杏娟
碱度对高速薄板坯保护渣结晶性能的影响
为解决薄板坯连铸在高拉速下坯壳表面纵裂纹较多的问题,通过提高保护渣碱度(
B
)的方式,增强渣膜的结晶性能,进而降低铸坯向结晶器的传热,促进坯壳均匀生长。研究过程中采用单丝热电偶技术、FactSage热力学软件以及数学模型计算等手段分析了高碱度对薄板坯保护渣结晶行为的影响,并揭示了其影响机理。研究结果表明,当碱度从1.60增至1.80时,保护渣的结晶温度区间增大,临界冷却速率提高,结晶活化能降低,说明提高碱度会促进保护渣结晶。同时,在碱度提高过程中,保护渣中晶体的形核和长大机制存在2种情况,分别是
B
=1.60时形核速率减小、界面反应控制条件下、以二维长大方式生长,以及
B
=1.70、1.75和1.80时形核速率减小、界面反应控制条件下、以三维长大方式生长。
2023 Vol. 33 (1): 47-54 [
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55
张创举, 申文君, 潘时松, 梁锋, 杨华, 成国光
Q355热轧板山峰状表面裂纹形貌特征和形成原因
为了减少Q355热轧厚板的山峰状表面裂纹,通过酸洗、金相组织观察和夹杂物分析,讨论了裂纹的形貌特征和形成原因。结果发现,山峰状裂纹顶部主要为大尺寸的外来夹杂物,裂纹侧面的夹杂物主要为Al
2
O
3
,裂纹皮下均为铁氧化物,夹杂物分布有明显的位置特征。山峰状裂纹周围存在大面积异常组织,且仅位于裂纹1侧。结论认为,山峰状裂纹出现的根本原因是外来夹杂物。在连铸坯表面就已经出现微裂纹缺陷,轧制过程中,裂纹1侧向轧制(RD)方向快速变形,1侧的皮下组织被拉伸至表面,形成仅位于1侧的表面异常组织。裂纹表面的两端沿RD上的Al
2
O
3
夹杂物扩展,最终形成以外来夹杂物为顶部、以Al
2
O
3
为两侧的山峰状裂纹。裂纹皮下经过两个不同的氧化过程,形成FeO-Fe
2
O
3
-Fe的分布特征。
2023 Vol. 33 (1): 55-63 [
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64
谯德高, 奉亮, 樊轩宇, 于彦冲
稀土对Fe-43Ni膨胀合金热塑性的影响
Fe-43Ni膨胀合金因其凝固组织粗大导致合金的热塑性较差,在热加工过程中开裂严重。针对该问题,通过Gleeble高温拉伸试验、SEM、EDS等手段研究了稀土Ce及其含量对Fe-43Ni膨胀合金组织和热塑性的影响。结果表明,常规Fe-43Ni合金在温度小于1 000 ℃时热塑性较差。添加质量分数为0.025%的Ce,合金中形成了大量的Ce
2
O
3
和Ce
2
O
2
S稀土夹杂物,合金的热轧组织显著细化。850～1 100 ℃温度区间的热塑性明显提高,热塑性良好的温度区间向低温区扩大了50 ℃。但是添加质量分数为0.063%的Ce时,合金铸锭在热轧过程即发生开裂,热塑性严重恶化。稀土添加适量可提高合金的热塑性,反之过量会恶化热塑性。试验结果为大生产中热轧稀土微合金化Fe-43Ni膨胀合金提供一定的指导。
2023 Vol. 33 (1): 64-71 [
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72
陈腾升, 张莉芹, 刘中柱, 刘文斌, 李方中, 胡锋
Nb对V、N微合金化压力容器钢珠光体形态及低温韧性影响
为了在保证强度同时提升压力容器钢低温韧性,以铌(Nb)取代部分钒(V),研究Nb的添加对V、N微合金化正火压力容器钢板显微组织和力学性能的影响。结果表明,Nb+V试验钢相比于V试验钢,在强度保持630 MPa的同时可显著提升低温冲击韧性,-20、-40、-60 ℃冲击吸收功分别提升59、44、29 J。原因主要为Nb的添加促进了细小铁素体转变,其含量的增加使钢的塑韧性增强。此外V和Nb+V钢中碳原子扩散系数在平均转变温度下分别为2.64×10
-13
、2.14×10
-13
cm
2
/s,Nb的添加降低了珠光体生长速度、增加了珠光体转变过程中的过冷度,从而细化了珠光体团簇和片层间距。EBSD分析可知以Nb取代部分V后试验钢有效晶粒尺寸由7.7 μm减小至5.8 μm,大角度晶界比例由83.1%增加至85.5%。微合金元素Nb的细晶作用及对大角度晶界比例提升的贡献也可以大幅提高钢的低温冲击韧性。
2023 Vol. 33 (1): 72-80 [
摘要
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81
张旭, 刘锟, 朱嘉, 杨善武, 高立军, 田志红
耐候钢和碳钢在竖直方向上的腐蚀行为
为研究耐候钢和碳钢在竖直方向上的腐蚀行为,利用干湿循环腐蚀试验,模拟研究了耐候钢和碳钢在表面受到雨水反复冲刷的条件下,竖直方向上不同位置的腐蚀行为特征以及锈层的形成和演变。结果表明,耐候钢试样和碳钢试样在干湿循环一定周期后,上部腐蚀程度较轻,底部腐蚀程度较重,而中部的腐蚀程度则随竖直方向位置的下移而明显加重;碳钢试样底部的腐蚀程度随腐蚀时间的延长而加重,但耐候钢试样底部的腐蚀至一定程度后几乎不再继续;碳钢试样锈层形貌随竖直方向位置的下移而逐渐粗化,锈层形态和致密度变化较小,耐候钢试样的锈层形貌则随竖直方向位置的下移而逐渐细化,锈层形态由球状变为块状,致密度明显增加,这也导致了耐候钢的锈层电阻明显高于碳钢的锈层电阻;在干湿循环过程中,湿润时间会影响腐蚀产物的类型,湿润时间较短时,腐蚀产物以β-FeOOH为主,随着湿润时间的延长,腐蚀产物逐渐向γ-FeOOH转变。
2023 Vol. 33 (1): 81-89 [
摘要
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55
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)
产生技术
90
贾国利, 马洪修, 程洪全, 贾新
高炉加钛护炉时铁水钛硅比的控制
为了探析高炉加钛护炉时的钛含量控制,结合钛硅比(
w
([Ti])/
w
([Si])),对实际钛分配比的影响因素进行总结。利用炉渣活度、铁水元素活度,分别计算铁水碳和硅还原渣中(TiO
2
)平衡时的成分,并讨论平衡时钛硅比随铁水温度、炉渣二元碱度、铁水硅含量和铁水硫含量的变化。结果表明,硅还原钛硅比<实际钛硅比<碳还原钛硅比。硅还原理论钛硅比受各项参数的影响较小,碳还原钛硅比受铁水温度和铁水硅含量的影响较大,导致铁水钛含量在高温时有发散现象。因此,护炉时期,需着重关注铁水温度和钛硅比。
2023 Vol. 33 (1): 90-97 [
摘要
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98
郭德福, 汪净, 王刚, 黄瑞坤, 夏岳四, 肖书伟
单机架粗轧机配置下的2 250 mm热连轧线轧制节奏提升
轧制节奏与产线宽度、轧机布置、机架数量等因素有关,为了提高单机架粗轧机配置下的2 250 mm热连轧线轧制节奏,对轧制节奏的提升方法进行了研究。通过对加热炉-粗轧辊道分区改造,开发了2座加热炉同时出钢功能,实现了4座加热炉连续出钢时粗轧轧制节奏的一致性;调整了粗轧抛钢折返点,优化了粗轧负荷分配策略,减少了粗轧轧制时间;优化了中间辊道速度和精轧同步速度点,改进了精轧咬钢-抛钢的条件并实现多块钢轧制,同时提高了精轧穿带速度和加速度。通过工业应用,产线月平均轧制节奏由125 s减小到105 s,轧制节奏提升了16%,大幅提高了单机架粗轧机配置下的2 250 mm热连轧线的产能和效益,与已有报道的产线相比,轧制节奏有了明显提升。
2023 Vol. 33 (1): 98-104 [
摘要
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67
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211
)
105
徐蕾, 邵远敬, 吴有生, 宋军
带钢开卷及卷取机动力矩计算公式推导及应用
在选择带钢处理机组及冷轧机的开卷和卷取机传动电机功率时,除了满足工艺张力所需张力转矩以外,还需考虑传动系统的机械效率、动力矩(或称惯性转矩)以及带钢弹塑性变形等,目前工程设计时通常是在满足工艺张力所需电机功率的基础上乘以一个修正系数来解决。这种粗放式方法难以满足现代化机组对张力控制精度越来越高的要求,以及激烈的市场竞争环境对设计的精细化要求。为此,根据开卷及卷取机运行的特点,通过运动学和动力学分析,精确推导出了开卷、卷取机动力矩计算公式,既可作为开卷、卷取机张力控制的动态补偿模型(带有变量的动态模型实时补偿),经过分析处理后的公式还能用于精确计算开卷机或卷取机运行过程中的最大动力矩,以便将补偿该动力矩所需要的功率计入电机额定功率中,从而避免造成对工艺张力的损失。
2023 Vol. 33 (1): 105-110 [
摘要
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103
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157
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111
孟新宇, 管国富, 周磊磊, 邵世杰, 邹宇明, 唐正友, 丁桦
BN1TL不锈钢连铸坯组织对鳞折缺陷形成影响及试验验证
节镍奥氏体不锈钢热轧板及冷轧板表面的鳞折问题严重影响了产品的合格率。以BN1TL不锈钢连铸坯作为研究对象,分析了BN1TL不锈钢凝固组织的特点,并通过冷装炉方式下的热轧模拟试验验证了连铸坯组织与鳞折缺陷的相关性。试验结果表明,BN1TL不锈钢的凝固组织以柱状晶为主,晶粒尺寸由表层至芯部逐渐增大,柱状晶晶界存在铬的碳化物析出。同时该特点的凝固组织由于存在大量晶间析出,导致晶界弱化严重,经过热轧后易生成鳞折缺陷,并且影响整个轧制工艺流程。热轧模拟试验结果表明,材料在粗轧时即产生鳞折缺陷,精轧时缺陷得到扩展。减小在粗轧时的道次压下量可以减少鳞折缺陷的生成,改善板坯表面质量。
2023 Vol. 33 (1): 111-122 [
摘要
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86
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123
翟俊, 郎炜昀, 杨永杰
不锈钢典型夹杂物在轧制过程的衍变分析
不锈钢对冷板表面质量要求高,轧制过程中夹杂物是产生表面缺陷的主要原因之一。为了明确夹杂物对轧制过程表面缺陷的影响规律,通过中试模拟试验研究了热轧、退火和冷轧过程硬质镁铝尖晶石和低熔点硅酸盐2种典型夹杂物的变形特点,并采用数值模拟对冷轧过程夹杂物的变形机理进行了分析。结果表明,热轧过程高熔点的镁铝尖晶石不变形,低熔点的硅酸盐夹杂物在1 200～1 250 ℃热轧温度下为半熔融状态,具有良好的变形能力。硅酸盐夹杂物长宽比高、抗拉强度低,冷轧过程更容易断裂延伸,随着轧制的进行,断裂后夹杂物之间的距离逐渐增加,尺寸减小。相反,镁铝尖晶石不容易断裂、延伸,而且存在断裂延伸的临界尺寸,该临界尺寸随冷轧变形量的增加而减小。由于镁铝尖晶石容易造成不锈钢轧制缺陷,因此生产过程中应尽量避免其生成或控制其粒径。
2023 Vol. 33 (1): 123-130 [
摘要
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63
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230
)
节能环保
131
田博涵, 魏光升, 朱荣, 王润哲, 杨俊峰, 张洪金
电弧炉电能需求的生产实践与评价
电耗是电弧炉的重要技术指标之一,在当前发电行业背景下,降低电弧炉电耗具有显著的经济和环境效益。根据典型电弧炉企业生产数据,系统分析各项工艺参数与电耗之间的关系,并进一步评价了各种方法降低电耗的环境效益。结果表明,优化供电制度和强化供氧是具有良好环境效益的节电手段。对于连续加料电弧炉,天然气喷吹对降低电耗的作用被极大减弱,天然气消耗与电耗的相关系数为-1.13 kW·h/m
3
,其应用不利于CO
2
减排。尽管兑加铁水可以显著降低电耗,但是兑加40%(质量分数)铁水的连续加料电弧炉能耗和碳排放量分别是全废钢连续加料电弧炉的2.25和2.50倍,不利于推动钢铁工业节能减排工作。因此,降低电弧炉电耗需要通过增加电弧炉中化学能和物理热的供应及减少能量损失的手段来实现。
2023 Vol. 33 (1): 131-138 [
摘要
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90
) [
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194
)
139
钟星立, 路益嘉, 艾宇, 陈尚伦, 季林红
基于TRIZ理论的环保原料场设计
环保料场较传统露天料场在降耗、减排、节能、节省用地、稳定生产等方面有明显的优势,是当前原料场技术发展的必然趋势。但现有环保料场内部空间利用率低,资源浪费严重,工程一次投资高,制约了环保料场的推广与应用。针对现有环保料场内部空间利用率低的问题进行系统描述,运用TRIZ理论分别进行系统功能分析和系统问题分析,求解得到一系列方案,并通过对比确定了最优方案。该方案采用刮板取料机半门型架上跨卸料小车的布置型式,刮板取料机走行梁不再需要单独设置,上部走行机构检修维护更为方便,解决了刮板取料机走行梁限制物料堆高的问题,提高了料场内部空间利用率,增大了料场贮量,降低了土建工程量,经济效益显著。
2023 Vol. 33 (1): 139-146 [
摘要
] (
74
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203
)
装备技术
147
潘磊, 樊海波, 高陟, 王作创, 杨勤, 马北越
镁碳质塞棒棒头抗热震性优化及工业应用
浇铸钙处理钢时,铝碳质或尖晶石-碳质塞棒棒头容易被钢水中的游离[Ca]侵蚀,而使用镁碳质材料能降低[Ca]的侵蚀作用,进而提高棒头的使用寿命。研究了SiC细粉添加量对镁碳质棒头材料性能的影响,设计了镁碳质棒头复合结构并测试了产品的抗热震性,同时对比了镁碳质棒头与尖晶石-碳质棒头材料的常规性能和钢厂测试结果。研究结果表明,随着SiC细粉添加量的增多,材料常温强度和高温强度增大,而线膨胀系数下降。复合结构改善了棒头与棒身材料之间的物理匹配,提高了棒头稳定性,具体表现为镁碳质棒头试验样品经1 100 ℃热震循环3次后表面及内部均无裂纹。镁碳质棒头材料的力学强度虽稍弱于尖晶石-碳质棒头材料,但浇铸钙处理钢的表现更好。分析发现,导致尖晶石-碳质棒头材料损毁的直接原因是游离[Ca]的侵蚀。
2023 Vol. 33 (1): 147-153 [
摘要
] (
60
) [
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208
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冶金科技英才
154
上官方钦
上官方钦
2023 Vol. 33 (1): 154-154 [
摘要
] (
71
) [
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234KB] (
246
)
155
王丽君
王丽君
2023 Vol. 33 (1): 155-155 [
摘要
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52
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236
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冶金科学技术奖
156
欧冶炉熔融还原炼铁工艺技术研究
2023 Vol. 33 (1): 156-156 [
摘要
] (
67
) [
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152KB] (
205
)
157
地下铁矿山高阶段嗣后胶结充填理论与应用研究
2023 Vol. 33 (1): 157-157 [
摘要
] (
50
) [
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172
)
