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中国冶金
2023年 33卷 3期
刊出日期 2023-03-15
冶金科技英才
冶金科学技术奖
冶金英才特约
技术综述
专题研究
生产技术
节能环保
装备技术
技术综述
1
赵定国, 李月, 刘岩, 王书桓
先进氧化物弥散强化钢制备技术研究进展
采用先进氧化物弥散强化(ODS)技术制备出的氧化物弥散强化钢具有优异的力学性能和耐蚀性能。对ODS钢铁材料的配粉技术、制备工艺、微观结构、力学性能和强化机制进行了阐述。ODS钢原料中高品质第二相粒子和金属粉体是制备基础,将纳米结构氧化物粒子添加到金属基体中,常采用球磨合金化法制备出金属粉末原料,其中Y
2
O
3
、Al
2
O
3
等纳米氧化物是ODS钢常用的弥散强化粒子。ODS钢铁材料的组织和性能取决于其制备工艺,传统冶炼铸造法制备ODS钢较困难,而粉末冶金法制备ODS钢较为常用,包括热挤压法、热等静压法、放电等离子烧结法等;增材制造工艺是制备ODS钢的新途径,特别是选区激光熔化法已经用于研制ODS不锈钢。Y
2
O
3
粒子ODS钢中,易与氧结合的金属元素(Ti、Al、Zr等)与固溶到基体中的Y和O元素发生反应后,以复杂氧化物形式析出并赋存于微观组织中。大量弥散分布的第二相粒子钉扎晶界和位错,阻碍位错运动,从而起到弥散强化效果,提高了先进ODS钢的力学性能和耐蚀性能,扩大了其应用范围。
2023 Vol. 33 (3): 1-16 [
摘要
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17
王海军, 牛宇豪, 凌海涛, 乔家龙, 付兵, 仇圣桃
无取向硅钢夹杂物控制与变质技术研究进展
无取向硅钢中,微细夹杂物会钉扎晶界、畴壁,限制晶粒发展与畴壁移动,进而恶化产品磁性能及磁性能的稳定性,而大尺寸夹杂物会对硅钢制造过程中产品的表面质量及使用性能产生较大影响,这与国家能效升级以及新能源汽车电机高效化要求相悖。因此,如何控制无取向硅钢中的夹杂物成为了众多企业、科研院所的研究热点。归纳总结了国内典型无取向硅钢生产企业夹杂物控制工艺措施,通过提升铁水预处理、转炉冶炼、RH精炼、连铸工艺控制水平,能够有效控制夹杂物的生成与夹杂物的去除效率,促进无取向硅钢产品质量的提升,但存在部分工序能力过度使用,如RH脱硫负荷较大、脱硫剂单耗高、浸渍管使用寿命低等问题;同时,综述了国内外研究者在夹杂物变质方面的最新研究成果,并结合笔者所在团队科研成果,指出当前无取向硅钢夹杂物控制方面存在的不足以及未来发展趋势。当前采用钙处理或稀土处理后,钢中夹杂物类型、尺寸及分布发生较大变化,棱角夹杂物减少,微细夹杂物数量明显减少,产品磁性能得到改善。但不同牌号硅钢进行钙处理或稀土处理时合适的加入量、加入方式依旧存在争议,进行稀土处理时对现有覆盖剂与保护渣物性带来了新的考验,现有覆盖剂、保护渣是否匹配仍待深入研究。
2023 Vol. 33 (3): 17-28 [
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29
何佳, 姜鑫, 纪恒, 靳亚涛, 张志新, 沈峰满
钒钛磁铁矿直接提钒的研究进展
钒和钒合金材料广泛应用于各种领域,而钒资源大多存在于钒钛磁铁矿中。对钒钛磁铁矿直接提钒工艺发展历程及现阶段研究情况进行总结。目前直接提钒的工艺流程主要有钠化焙烧-水浸提钒和钙化焙烧-酸浸提钒两大类,综合现有的研究成果可知,钠化焙烧-水浸提钒工艺的优点是提钒效率相对较高,是中国从钒钛磁铁矿中直接提钒的主要方法;钙化焙烧-酸浸提钒工艺的优点是添加剂易获得,钙化焙烧过程中不产生废气污染,提钒废水中由于不含钠盐而能够循环使用,减少了废水污染,提钒尾矿中无钠盐可直接使用于高炉炼铁。总体而言,钒钛磁铁矿直接提钒的工艺技术适用于高钒钛、低铁型的钒钛磁铁精矿。中国直接提钒工艺目前面临的问题主要有,中国大多数的钒钛磁铁矿的钒品位较低,当直接提钒工艺用于钒品位低(
w
(V
2
O
5
)≤1％)的矿物时,物料处理量大;焙烧-浸出过程中造成不同程度的废水废气污染,需要进行相应的处理,导致提钒成本较高、产品市场竞争力弱;提钒尾矿难以满足高炉冶炼的生产要求,提钒后的铁、钛分离技术难度较大,难以实施大规模的工业化应用等。这些问题是直接提钒工艺面临的主要困难,也是广大冶金工作者需要重点解决的科学问题和技术难点。未来的钒钛磁铁矿直接提钒工艺必须坚持绿色高效与综合利用两大原则。研究旨在为具有钒资源的生产企业选择合理的提钒工艺、积极探索新的提钒工艺提供参考。
2023 Vol. 33 (3): 29-38 [
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39
胡日荣, 于治民, 查春和
中国钢铁国际产能合作现状及国别分析
钢铁行业是中国推进国际产能合作的重点领域之一。在综合分析中国钢铁行业对外投资、工程承包项目以及进出口贸易的基础上,梳理了中国钢铁国际产能合作的重点区域,并对典型国别的钢铁市场需求、经济发展现状、营商环境、国别风险等因素进行了重点分析。结果表明,马来西亚、印度尼西亚、泰国、越南等东南亚国家与中国投资和贸易合作基础较好,钢铁市场前景广阔,营商环境和国家风险整体情况良好,与中国开展钢铁国际产能合作具有较大优势。此外,针对中国钢铁企业对外投资风险防范提出了相关建议。
2023 Vol. 33 (3): 39-44 [
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冶金英才特约
45
刘红艳, 陈子刚, 邓想涛, 王昭东
板带材多功能高精度热处理新技术研发进展
优质的板带材产品是国民经济建设的重要根基,多功能高精度热处理是生产高性能、高附加值板带材的核心关键。国内多功能高精度热处理产线主要定位于1 000~2 000 MPa的千兆级超高强度钢的研发和生产,淬火工艺采用冷却路径精确可控的控温淬火、约束淬火以及可视化、交互性顺序控制和板带材区域位置坐标控制技术,温度控制精度达±4.5 ℃,时间同步精度达±0.01 s,达到国际同类设备领先水平;回火工艺采用“烧嘴明火+热风循环”强制对流循环混合加热技术,强化传热效率和精度,实现大温度跨度回火,回火温度控制精度达±3 ℃,能耗排放降低15%,实现了绿色生产、绿色制造。对多功能高精度热处理新技术的研发进展进行综述,可为中国高端深加工钢铁材料技术创新、绿色转型、产品迭代升级提供参考。
2023 Vol. 33 (3): 45-53 [
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专题研究
54
徐英杰, 佘雪峰, 李红兵, 曹卫强, 张计斌, 薛庆国
不同料柱模式下高炉内煤气流分布的模拟
高炉炼铁广泛使用高铝炉料,冶炼过程中需要控制渣成分以满足炼铁需求,这会导致渣比增加和软熔带位置改变,进而影响高炉煤气流的分布。为此,基于Flunt数值模拟手段,研究了不同料柱模式下高炉内煤气流的分布情况。结果表明,不同料柱模式主要影响软熔带附近煤气流分布,对炉身上部煤气流分布情况影响较小。倒V形软熔带的料柱模式下,随着软熔带的高度升高、厚度增加,高炉内中心处11.1 m到13.0 m高度平均煤气流速由0.76 m/s减弱到0.69 m/s,边缘处8.6 m到11.1 m高度平均煤气流速增加了0.05 m/s。W形软熔带的料柱模式下软熔带下部的煤气流速高于倒V形软熔带料柱模式下的流速。研究结果可为指导高炉大渣量冶炼提供理论依据。
2023 Vol. 33 (3): 54-61 [
摘要
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62
谷雨, 赵朋, 袁艺, 杨树峰
冶炼工艺对FGH96合金洁净度的影响
研究了不同冶炼工艺对粉末高温合金洁净度影响,通过扫描电镜及能谱仪对比研究了真空感应熔炼(VIM)、真空水平连铸(VHCC)和真空感应熔炼(VIM)+电渣重熔(ESR)3种冶炼工艺对FGH96母合金棒料杂质元素含量及夹杂物成分、形貌、尺寸、数量的影响。研究结果表明,采用VHCC或VIM+ESR双联工艺比采用VIM单联工艺制备的粉末母合金具有更高的洁净度。3种冶炼工艺生产的母合金棒料中夹杂物均由氧化物夹杂、碳氮化物夹杂和以氧化物为核心的碳氮化物复合夹杂组成。VIM单联制备的母合金棒料夹杂物数量和尺寸明显高于VHCC和ESR生产的棒料;VHCC棒料中夹杂物数量最少,且分布均匀;ESR棒料夹杂物尺寸最小,但边缘处夹杂物数量最多。3种工艺生产的棒料通过等离子旋转电极制粉后,筛出的夹杂物数量变化趋势与母合金基本一致,VIM+ESR冶炼工艺可以有效提高FGH96合金棒料及其粉末洁净度。
2023 Vol. 33 (3): 62-67 [
摘要
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68
赵家七, 麻晗, 王德永, 蔡小锋, 马建超, 侯栋
碱金属氧化物对帘线钢中夹杂物的影响
帘线钢主要用于制作轮胎骨架和切割硅片的线锯,其中主流切割钢丝的直径已经达到了47 μm。夹杂物的大小、变形能力对帘线钢拉拔过程中的断丝率极为关键。为了提高帘线钢中夹杂物的变形能力,通过向钢液中添加碱金属氧化物以变质钢中夹杂物,从而获得塑性良好的低熔点夹杂物。向帘线钢中分别添加了吨钢质量分数为0.3%、0.5%、1.0%的Na
2
CO
3
、K
2
CO
3
、B
2
O
3
,共冶炼了9炉钢,对产品取样并用扫描电镜观察夹杂物形貌和统计成分。FactSage(FactPS+FToxid数据库)相图计算和试验结果表明,随着帘线钢中Na
2
CO
3
加入量的增加,夹杂物中铝含量逐渐降低,当Na
2
CO
3
加入吨钢质量分数为0.5%时,钢中绝大部分夹杂物落在低熔点区域;随着帘线钢中K
2
CO
3
加入量的增加,夹杂物中硅含量逐渐降低,当K
2
CO
3
加入吨钢质量分数为0.5%时,钢中绝大部分夹杂物落在低熔点区域;钢中加入B
2
O
3
后,夹杂物为SiO
2
-MnO-Al
2
O
3
夹杂物或以SiO
2
-MnO-Al
2
O
3
为核心、外围包裹BN的夹杂物,硼元素并不能溶解到夹杂物中对夹杂物进行塑性化改质。
2023 Vol. 33 (3): 68-76 [
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77
姚健, 满廷慧, 刘宇, 朱喜达, 董瀚
连铸对M2高速钢偏析与碳化物的影响
为了加快实现M2高速钢连铸工业生产,改善M2连铸坯组织均匀性、降低宏观偏析、细化碳化物、提高铸坯内部质量,采用金属原位分析仪、直读光谱仪、扫描电子显微镜、X射线衍射仪等手段研究弧形连铸工艺生产M2高速钢弧形的铸态组织以及热加工后组织情况,特别是宏观偏析和碳化物演变,并与模铸工艺生产M2高速钢进行对比。结果表明,M2高速钢弧形连铸坯的碳化物最大尺寸相比于模铸情况降低了约44%,二次枝晶间距降低约20%;另外,连铸坯碳化物呈纤维状,经过高温热处理后更易分解,碳化物得到了进一步细化;锻轧后,连铸坯碳化物尺寸均匀,无明显大块碳化物,最大碳化物尺寸小于10 μm。
2023 Vol. 33 (3): 77-84 [
摘要
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85
牛跃威, 李逸伦, 刘超, 杨志刚, 黄伟丽, 杨树峰
Si含量与表面缺陷对Q235热轧钢板热镀锌层的影响规律
为研究Si含量及表面缺陷对Q235热轧钢板表面热镀锌层的影响规律,使用涂层测厚仪、扫描电镜和能谱等研究了不同Si含量及不同表面理化性质的Q235热轧钢板在相同浸镀条件下的热镀锌试样截面形貌、厚度和元素分布。结果表明,Si元素质量分数大于0.15%时,钢材表面镀层中出现因Al元素偏聚而导致的Zn-Al相减少和纯Zn相分布集中,界面处形成了异常生长的Fe-Al金属间化合物,导致镀层厚度增加和结合力下降;火焰切割侧钢的镀层中发现了由孔洞造成的Fe-Al金属间化合物层缺失,导致了镀层向内拓展和镀层厚度不均匀。因此,用于热镀锌的Q235钢Si元素质量分数应控制在0.15%以下,并减少使用火焰切割工艺,或对火焰切割板进行表面处理以提高钢板表面镀层的质量。
2023 Vol. 33 (3): 85-93 [
摘要
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87
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生产技术
94
陈绍国, 张晓臣, 梁洁, 王冬青, 潘文, 张亚鹏
首钢京唐公司超厚料层烧结的试验分析
厚料层烧结技术可在不增加燃料用量的条件下使烧结矿转鼓强度提高,从而提高烧结矿成品率。通过烧结杯试验定量研究了在不同料层厚度和超厚料层条件下降低焦粉配比对料层透气性、料层热量分布、烧结矿产量和质量、吨矿烧结烟气排放量和吨矿烧结污染物排放量等烧结排放指标的影响,并对超厚料层烧结适宜的焦粉配比进行了探究。结果表明,烧结料层厚度由800 mm 逐步增加至950 mm时,在相同焦粉配比条件下增加烧结料层厚度可大幅度改善烧结矿产量和质量以及各项烧结指标,从而为降低焦粉配比创造条件。当料层厚度为950 mm和焦粉配比为4.3%时,除垂直烧结速度和烧结利用系数有所降低外,可获得与料层厚度为800 mm和焦粉配比为4.5%时相当的烧结矿产量和质量以及烧结矿成品率和低温还原粉化指数等烧结指标。同时,烧结固体燃耗显著下降约6%,吨矿烧结烟气排放量和吨矿烧结污染物排放量大幅度下降,其中,吨矿NO排放量下降了24%,吨矿SO
2
排放量下降了35%。
2023 Vol. 33 (3): 94-102 [
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103
韩宏松, 王振阳, 刘欢, 司瑞帅
梅钢5号高炉长期休风后温度场模拟研究与应用
由于计划检修或处理突发情况的需要,休复风是高炉生产过程中必不可少的环节。若休风时间较长,则高炉炉内会发生热量逐渐损失、温度逐渐下降、进而使炉料质量劣化等现象,上述变化会给高炉快速复风和达产造成操作困难。为研究制定合理的休风料加入方法,借助Fluent数值模拟软件,基于湍流模型、多孔介质算法和组分输运模型,模拟计算了梅钢5号高炉在中心加焦的布料制度下,休风1、4、7 d时炉内的温度场分布和炉内热量损失,并据此结果对高炉休风料的加入方案进行了优化,一方面减少了休风料的空焦批数、增加正常矿焦批数,另一方面将部分净焦料批放置于高炉炉身炉料粉化温度区间部位。在此优化调整下,得益于液态渣铁量的增加,高炉炉缸热量实现快速补充,且复风过程高炉料柱始终维持合理的透气性。在休风7 d后,高炉炉况恢复快速顺利,实现29 h恢复全风量。
2023 Vol. 33 (3): 103-108 [
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109
徐阿帆, 杨俊峰, 王小平, 陈煜, 朱荣, 魏光升
100 t电弧炉能效优化工艺实践
为了加快电弧炉冶炼生产节奏、节能降耗,对电弧炉炼钢过程能效进行了研究分析,形成了电弧炉炼钢过程能效评价技术。将该技术应用到电弧炉炼钢单元操作中,可针对性地优化供氧和供电制度、提高能量效率、缩短通电时间,进而缩短冶炼周期,提高电弧炉炼钢生产效率。在某钢厂进行工业应用试验,与原工况结果进行了比较分析。结果表明,优化后的工艺取得了较好的结果,在保证正常生产的前提下,其各项指标的平均值为通电时间22.95 min、冶炼周期36.35 min、电耗154.78 kW·h/t、氧耗33.56 m
3
/t,总能量消耗为652 kW·h/t,电能能效及化学能能效均有所提升。
2023 Vol. 33 (3): 109-116 [
摘要
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71
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173
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117
李末卓, 张军国, 戴雨翔, 崔怀周, 贺庆, 林路
唐钢新区200 t转炉高效冶炼生产实践
唐钢新区转炉工序存在作业周期偏长且长短不一等问题,制约着炼钢过程高效冶炼生产及规范化操作水平的提升。为提高唐钢200 t转炉生产效率,通过对转炉工序内各事件-时间进行解析,找出薄弱环节,在转炉工艺优化、软硬件设施提升等方面开展了系列工作。结果表明,采用新的6孔氧枪喷头,供氧强度达到3.9 m
3
/(t·min),并结合供氧制度优化,使吹氧时间由13.5 min降低至10.8 min以内;将原160 mm出钢口改造为170 mm出钢口,使平均出钢时间缩短40 s以上;通过实施转炉自动出钢技术,转炉下渣指数平均值从35.6降低到22.9,降低了36%,下渣量明显减少,同时出钢时间缩短约5%~10%。通过以上系列技术攻关,转炉处理时间(兑铁-倒渣结束)由2021年6月的37.7 min缩短至2022年3—4月的30 min以内,单班最短达到26.8 min,为转炉高效生产提供了有力的保障。
2023 Vol. 33 (3): 117-123 [
摘要
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110
) [
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116
)
124
邱在军
高牌号无取向硅钢硫含量控制实践
为提高硅钢生产控硫水平,在理论分析的基础上,结合大数据分析对某厂硅钢冶炼全工序硫含量变化规律进行了研究。结果表明,随着预处理前温度的升高,处理后的铁水中硫含量呈先下降再上升的趋势,处理前的最佳温度为1 370~1 400 ℃。铁水通过3次扒渣、2次搅拌处理,硫质量分数由220.5×10
-6
降至11.7×10
-6
。硅钢生产选择专用转炉经洗炉、控制低碳氧积、减少废钢用量、增加石灰用量、控制终点氧质量分数为400×10
-6
~500×10
-6
,使得转炉终点硫质量分数降至21.2×10
-6
,精炼出站硫质量分数降至14.0×10
-6
。通过全流程控制,实现了高牌号W310-W400钢精炼出站硫质量分数小于20×10
-6
的比例提升至94.2%,高牌号W250-W290钢精炼出站硫质量分数小于15×10
-6
的比例提升至90.7%。
2023 Vol. 33 (3): 124-131 [
摘要
] (
55
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154
)
132
胡暑名, 常文杰, 丁占元, 田晨, 袁磊
QP钢板坯角部气泡缺陷成因与调控
QP钢作为典型的第3代汽车板用钢,其连铸板坯角部常存在气泡缺陷,进而影响产品质量。通过对现场生产QP钢板坯角部气泡缺陷取样分析以及气体生成热力学计算,明确了QP钢生产过程中角部气泡缺陷的形成原因与机理。研究结果表明,角部气泡大部分为圆形且尺寸较大的氩气泡,少部分为尺寸较小的氮气泡,并排除了CO气泡的存在。在此基础上,通过降低钢液中氮含量、提高钢液过热度、适量降低吹氩流量等优化措施,成功改善并降低了气泡缺陷发生率。经优化,QP钢板坯角部气泡缺陷发生率已由6.62%降低至2.45%,有效地确保了生产的稳定性。
2023 Vol. 33 (3): 132-136 [
摘要
] (
83
) [
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3144KB] (
239
)
节能环保
137
向思羽, 张朝晖, 邢相栋, 郭胜兰, 折媛
钢铁企业高氯循环废水反渗透处理及膜污染分析
以反渗透技术深度处理钢铁企业高氯循环废水为研究目标,考察了反渗透(Reverse Osmosis, RO)装置对高氯循环废水的处理能力,明确了温度、压力、料液pH、流速、NaCl浓度对反渗透膜分离效果的影响,结合SEM-EDS、XRD等手段分析了反渗透膜使用后期性能下降的原因。结果表明,温度升高有利于提高膜通量,压力和pH升高可以同时提高RO装置分离性能,料液流速对膜分离性能影响较小,而进水NaCl浓度对膜分离性能的影响极其显著。膜污染主要表现为无机物污染,经分析,膜污染层主要物相组成为CaCO
3
、NaCl、CaCl
2
和 Na
2
SO
4
。CaCO
3
、Na
2
SO
4
呈块状、条状晶体分布在膜纤维缝隙,而NaCl呈泥垢状污染层包裹膜纤维,经EDS分析,Ca元素在膜表面所占质量分数为4.83%,无机污染物中大部分为钙盐。
2023 Vol. 33 (3): 137-143 [
摘要
] (
45
) [
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)
装备技术
144
彭良贵, 周一林, 陈亚飞, 邓菡, 王煜, 李长生
HC冷轧机凸度工作辊使用制度
针对某四机架六辊高精度控制辊型(HC)冷轧机组大压下率轧制时弯辊力时常饱和的问题,可将末机架工作辊辊型优化为六次多项式曲线,赋予工作辊正凸度,并适当降低承载辊缝的二次凸度和四次凸度,这样既可以增强轧机板形控制能力,也可以实现对中间辊磨损凸度的在线补偿,降低工作辊弯辊力。工作辊最大凸度优化值应根据轧制品种、轧制厚度和宽度规格、中间辊辊期长短进行综合考量。轧制试验结果表明,在1个中间辊辊期的初始阶段采用平辊型工作辊,中后期阶段采用凸辊型工作辊,可实现中间辊磨损凸度和工作辊初始凸度的良好匹配;连续轧制时弯辊力始终处于良好的调控区间,且对轧制品种和宽规格的适应性明显增强,板形综合值小于8 IU的比例可提升10%以上。
2023 Vol. 33 (3): 144-150 [
摘要
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60
) [
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5247KB] (
93
)
冶金科技英才
151
刘红艳
2023 Vol. 33 (3): 151-151 [
摘要
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45
) [
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104
)
152
刘晓明
2023 Vol. 33 (3): 152-152 [
摘要
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35
) [
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90
)
冶金科学技术奖
153
合金化热镀锌(GA)超高强汽车板生产关键技术、装备研发与应用
2023 Vol. 33 (3): 153-153 [
摘要
] (
58
) [
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155KB] (
84
)
154
攀西钒资源绿色高效利用关键技术与应用
2023 Vol. 33 (3): 154-154 [
摘要
] (
43
) [
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171KB] (
110
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