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中国冶金
2023年 33卷 4期
刊出日期 2023-04-15
冶金科技英才
冶金科学技术奖
有色冶金
冶金英才特约
技术综述
专题研究
生产技术
节能环保
冶金英才特约
1
刘涛, 葛灵, 张一敏
全钒液流电池关键技术进展与发展趋势
能源自古以来就是社会赖以生存、发展的基础,面对全球化石资源消耗所引起的自然环境和天气恶化,全世界开展了低碳战略部署,着力推动可再生绿色能源的持续利用。全钒液流电池储能系统可以解决绿色能源(风能、水能和太阳能等)波动性强、不连续和受环境、天气限制的难题。电解液与电堆是钒电池系统的重要组成部分,两者决定了钒电池容量、功率和稳定性等性能,同时也是钒电池产业成本主要支出口。介绍了国内外钒电池电解液、电堆近年的研究进展、关键技术和商业化应用,讨论了全钒液流电池的发展潜力与后续方向。
2023 Vol. 33 (4): 1-8 [
摘要
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技术综述
9
裘尧衡, 陈朝轶, 李军旗, 王林珠, 兰苑培, 赵飞
铝熔体净化研究现状与趋势
铝及铝合金材料在铸造与变形加工前,铝熔体洁净度会对后续铝材性能产生较大影响,为此高效节能环保的除气除杂净化方式成为研究热点。对铝熔体中常见的污染形式、常规铝熔体净化方法进行综述,并对铝熔体净化研究现状进行总结。气体吹炼法对气泡均匀性及分散性、熔体流动性要求严格;熔剂法需避免残渣遗留,对熔渣分离性要求高;过滤法对细小夹杂物过滤效率较低。为了保证净化效果,采用常规方法联合运用,在优化熔体流动条件后,往往能获得更好的净化效果。虽然多种净化相结合方式对生产设备要求较高,但仍是铝熔体净化的发展趋势。另外,优化工业生产铝熔体净化除气除杂工艺还需结合企业自身情况具体问题具体分析。
2023 Vol. 33 (4): 9-16 [
摘要
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149
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314
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17
邵建男, 兰臣臣, 张淑会, 刘连继, 刘然, 吕庆
高炉富氢冶炼后焦炭的性能演变研究现状及展望
在国家提出“碳达峰”和“碳中和”的背景下,钢铁企业的绿色改革迫在眉睫。钢铁企业的化石燃料消耗和CO
2
排放主要来源于高炉炼铁工序,高炉富氢冶炼技术可以有效降低高炉焦炭消耗和CO
2
排放,高炉内H
2
体积分数的增加将使焦炭的性能演变过程发生较大变化,因此,探索这一变化过程对高炉生产的稳定顺行和节能减排尤为重要。综述了高炉富氢后对焦炭的气化反应、微观结构以及软熔带渣铁-焦界面熔蚀过程影响的研究现状。与传统高炉不同,高炉富氢冶炼加大了低温区焦炭的气化反应失重率,但是高温条件下焦炭的气化过程主要发生在表面,这抑制了高温区焦炭反应后强度的降低;高炉软熔带渣铁对焦炭的侵蚀减少,同时焦炭表层灰分质量分数较大,阻碍了渗碳反应的发生。在此基础上对需要进一步深入研究的问题进行了展望,为富氢高炉生产以及焦炭的选择提供参考。
2023 Vol. 33 (4): 17-24 [
摘要
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102
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205
)
25
杜亚杰, 王振阳, Alberto Nava Conejo, 牛凯军, 单长冬
反应条件对渗碳体生成的影响
渗碳体(Fe
3
C)是很好的废钢替代物,可以促进电炉炼钢的发展。首先介绍了渗碳体的生成机理,找出了影响渗碳体生成的因素,然后从反应温度、气相反应物、固相反应物3个方面对渗碳体生成的影响进行了讨论。结果表明,渗碳反应中生成的碳对渗碳体的生成有双重作用;CH
4
气体适合在高温、低压下生产渗碳体,而CO气体适合在低温、高压下生产渗碳体;V
2
O
5
、V
2
O
3
、CaO、K
2
CO
3
、CaCl
2
和NaCl的加入提高了还原铁中渗碳体生成速率。最后,在前人研究的基础上,总结并探讨了实验室生产渗碳体存在的不足,并提出了未来相关研究的方向。
2023 Vol. 33 (4): 25-32 [
摘要
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62
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242
)
专题研究
33
闫瑞军, 储满生, 柳政根, 刘培军
50%CO
2
+50%CO气氛下金属化炉料非等温反应动力学
高炉使用金属化炉料作为一种新型的低碳炼铁技术为高炉炼铁过程深度降碳提供了新的可能。由于金属化炉料的易再氧化性,装入高炉炉顶中的金属化炉料是否能被炉顶煤气中的CO
2
再氧化成为一个需要关注的问题。对70%金属化率炉料在体积分数为50%CO
2
+50%CO气体混合物中的非等温反应过程动力学进行了研究。采用KAS动力学分析方法计算了反应过程的表观活化能和反应机理,分析了反应过程的特征温度。结果表明,70%金属化率炉料在50%CO
2
+50%CO混合气氛中的非等温反应过程表现为单步反应行为,反应的最佳机理模型为化学反应控制的A
1
模型。金属化炉料低温下反应需要克服较大的反应能垒,主要反应阶段的表观活化能为114.22 kJ/mol,指前因子为2 785 /s。金属化炉料反应过程随加热速率增大存在滞后现象,加热速率从5 K/min增大到20 K/min时,反应开始温度从1 045 K增加至1 140 K,快速反应温度从1 267 K增加到1 470 K,而实际高炉炉顶温度远低于1 045 K,因此金属化炉料在高炉顶部不会被煤气中的CO
2
再氧化。
2023 Vol. 33 (4): 33-40 [
摘要
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165
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41
许浩, 王艺慈, 闫炳基, 李传辉, 国宏伟
考虑气流因素的高炉料面形状DEM模拟分析
随着计算机软硬件技术的快速发展,离散单元法(DEM)在高炉布料领域得到了广泛应用,其高效准确的计算模型得到了国内外学者的认可。使用离散单元法模拟气流因素对料面的影响,从力学分析角度将气流因素的作用等效到摩擦因数的增加上。结果表明,考虑气流因素后的焦炭料面内外堆角有了一定增大,且内堆角增幅大于外堆角增幅,同时,料面的平台宽度、漏斗深度均有不同程度的增加,考虑气流因素后的焦炭、矿石料面更接近现场实测数据;气流因素对粒径分布也有一定影响,在距炉喉中心1.0 m的圆周范围内,10 mm矿石所占比例减少,17、32 mm矿石所占比例有所增加,炉喉中心附近孔隙率得到提高;在0.85~1.80 m圆周范围内的矿焦比有一定程度的增大,在1.80~3.45 m圆周范围内的矿焦比有一定程度的减小。
2023 Vol. 33 (4): 41-48 [
摘要
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75
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49
李洋, 臧喜民, 孔令种, 张俊凯, 杨杰
CaF
2
-Al
2
O
3
-MgO-CaO电渣重熔渣系成分与性质演变行为
电渣重熔过程熔渣成分变化使其性质发生改变,将影响重熔工艺顺行和铸锭质量。针对CaF
2
-Al
2
O
3
-MgO-CaO电渣重熔渣系,研究氟化物挥发导致的熔渣成分变化规律,分析随成分变化熔渣结晶行为及流动性质的演变规律。研究结果表明,在电渣重熔过程因氟化物挥发造成熔渣中CaF
2
和Al
2
O
3
含量下降,CaO含量上升,而MgO含量基本保持不变。随熔渣成分变化,渣层中析出的CaF
2
晶体由点状或球状变为块状或条状,MgO·Al
2
O
3
晶体由球状变为树枝状,作为主要析出相的铝酸钙晶体由CaO·6Al
2
O
3
变为CaO·2Al
2
O
3
并最终变为12CaO·7Al
2
O
3
。生产中结晶器上部的渣皮更易发生分层结晶现象,析出相中靠近熔池侧主要为CaF
2
晶体,靠近结晶器侧主要为12CaO·7Al
2
O
3
晶体。本研究可为电渣重熔渣系成分优化与工艺过程控制提供借鉴和依据。
2023 Vol. 33 (4): 49-55 [
摘要
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66
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56
魏绿坤, 徐安军, 潘俊
基于Flexsim的炼钢-连铸区段流程仿真与优化分析
随着中国钢铁工业的结构调整与转型升级,唐钢新区以智能化、连续化、紧凑化为发展目标,努力实现生产流程的动态-有序、协同-连续运行。基于Flexsim仿真软件平台建立唐钢新区板材炼钢-连铸区段生产流程仿真模型,以连续化程度、设备利用率和流程的稳定性等作为评价指标,对实际生产流程进行分析和评价,为具体优化提供理论指导。以此基础上,根据冶金流程工程学理论和方法,建立理想状态下物质流运行模型和专线化“一对一”层流生产模型,研究不同生产物质流运行模式,通过比较评价指标数据,验证了专线化“一对一”层流生产模式的可行性和优越性。
2023 Vol. 33 (4): 56-64 [
摘要
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65
苏蒙蒙, 季灯平, 严道聪, 朱强斌, 王奕, 付建勋
碲对303Cu易切削不锈钢切削性能的影响
为进一步提升303Cu易切削不锈钢切削性能,满足高端客户对切削性能更高的需求,开展了向303Cu易切削不锈钢中添加碲元素的工业试验,并对含碲303Cu不锈钢进行易切削相解析,借助测力仪、表面粗糙度仪等开展了量化切削对比试验。试验结果表明,碲的质量分数分别为0(不含碲)、0.003 6%、0.007 0%的303Cu不锈钢盘条,在切削线速度为22.14 m/min、切削深度为0.15 mm、进给量为0.20 mm/r的切削条件下,切削力分别为61.47、51.43、48.51 N,表面粗糙度
R
a
分别为10.61、8.86、5.91 μm,“C型屑”所占比例分别为36%、53%和78%。碲的添加改善了钢中硫化物的形貌及分布,硫化物尺寸变大,长宽比降低,更接近椭球状;增加了材料的断屑性,减少了积屑瘤,进而切削力变小、表面光洁度提升,“C型屑”比例增加;随着钢中碲含量增加,切削性改善更加显著。
2023 Vol. 33 (4): 65-72 [
摘要
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65
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186
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73
孙畅, 李晶, 李首慧, 朱爽, 李积回
淬火工艺对高碳马氏体不锈钢10Cr15MoVCo组织及性能的影响
为了获得组织及性能良好的高碳马氏体不锈钢10Cr15MoVCo,利用扫描电镜、X射线衍射仪、洛氏硬度计以及冲击试验机等手段研究了淬火温度和保温时间对试验钢组织及性能的影响。研究结果表明,随着淬火温度的升高,二次碳化物的平均尺寸及面积分数均减少,残余奥氏体含量增加;钢材的硬度先增大后减小,淬火温度超过1 050 ℃后,冲击韧性明显减小,最佳淬火温度为1 050 ℃。在最佳淬火温度下,随着保温时间的延长,二次碳化物的平均尺寸及面积分数减小,残余奥氏体含量略有增加;钢材硬度先增大后减小,但总体变化幅度较小;冲击韧性随保温时间延长而增大,最佳保温时间为15 min。
2023 Vol. 33 (4): 73-80 [
摘要
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)
生产技术
81
杨涛, 青格勒, 郑志辉, 王建超, 赵路遥
含铁固体废弃物冷固球团强度的影响因素
为提高冷固球团强度,以含铁固体废弃物为原料,研究了黏结剂、原料含水的质量分数、成形压力、原料粒度和干燥制度等因素对冷固球团抗压强度和落下强度的影响。结果表明,配加不同黏结剂制得的冷固球团强度明显不同,且当黏结剂配比由1%增加至5%时,冷固球团的强度随之增加;冷固球团的强度先随原料含水质量分数的增加而增加,当原料含水质量分数增加至8%后,冷固球团的强度随着原料含水质量分数的增加而降低;冷固球团的强度先随成形压力的增加而增加,当成形压力增加至13 MPa后,冷固球团的强度随着成形压力的增加而降低;适宜的原料粒度组成会使冷固球团强度得到增强,干燥制度也对冷固球团的强度有一定影响。
2023 Vol. 33 (4): 81-86 [
摘要
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183
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87
肖志新, 李向伟, 陈绪亨, 王炜
武钢1号高炉炉缸破损调查及炭砖侵蚀机理
掌握武钢1号高炉炉缸的侵蚀状态,明确炭砖的破坏过程及其侵蚀机理,对指导高炉操作、延长高炉使用寿命具有重要意义。通过钻芯取样对武钢1号高炉炉缸开展了破损调查,采用化学分析、光镜、电镜等手段研究了炉缸残余炭砖的侵蚀特性。结果表明,武钢1号高炉炉缸整体呈“锅底”状侵蚀,近铁口区域的侵蚀相对非铁口区更加严重,自铁口中心线向下,残余炭砖的完好层长度逐渐变短,破损层长度逐渐变长。有害元素K在炭砖内的存在形式为硅铝酸盐,Zn和Na元素在炭砖内的存在形式主要为氧化物,Pb元素在炭砖内的存在形式为硫化物。沿着炉缸半径方向,残余炭砖的体密度先增大后减小,在有害元素富集区域达到最大。炭砖结构被破坏主要原因是热应力、有害元素的富集和铁水渗透。
2023 Vol. 33 (4): 87-96 [
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94
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201
)
97
王锦, 刘宇航, 刘威, 杨树峰, 李京社, 赵梦静
基于中间包冲击区的流场优化
针对某厂中间包原型在实际生产过程中生产平稳性以及产品洁净化等方面的问题,结合数值模拟和物理模拟的方法,对中间包进行了结构优化。对单因素变量(冲击区体积以及导流孔孔径、倾角)进行分类单因素优化,并以出口温差和死区比例的一致性变化规律作为进一步复合优化指导,确定了较优的中间包结构参数。结果表明,复合因素的优化效果大于单因素,并且中间包冲击区的体积大小对流体的流动状态影响最大,导流孔孔径次之,倾角最小。确定了1号挡墙移动450 mm、导流孔孔径选择100 mm、导流孔K-1和K-2倾角选择20°以及导流孔K-3移动50 mm、倾角选择10°的较优方案。该方案的死区比例为16.27%,相较于原型降低了29.03%,远流端和近流端的出口最大温差由原型1.6 K降至0.6 K,进一步提高了中间包流场的均匀性。这为该厂实际中间包优化提供了理论依据,也可为同类中间包优化提供思路和结构参数的参考。
2023 Vol. 33 (4): 97-103 [
摘要
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91
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169
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104
李阳, 甄先锋, 王广顺, 郑同亮, 徐凯
在线盐浴热处理生产高性能Fe-C-Mn-Si高碳钢线材
为满足制丝行业对大规格高强高塑性线材原料的需求,研发了青钢高速线材轧机多功能在线盐浴热处理(QMIT)工艺,并研究了QMIT工艺参数对Fe-C-Mn-Si高碳钢显微组织、力学性能和氧化铁皮的影响规律。与传统风冷工艺相比,QMIT大幅降低了粗大珠光体、先共析渗碳体、游离铁素体、离异珠光体和芯部马氏体等异常组织的产生概率。大规格高强度高塑性YL82B线材抗拉强度为1 215~1 325 MPa,断面收缩率为40%~48%,抗拉强度通圈差小于35 MPa。QMIT盘条氧化铁皮分为2层,白亮的外层为Fe
3
O
4
,灰色的内层为FeO,内层FeO层上有球状或者岛状的Fe
3
O
4
。随着盐浴温度的升高,氧化铁皮的厚度基本一致,但内层FeO中分布的岛状先共析Fe
3
O
4
的尺寸和数量明显增大。综合来看,采用较低的盐浴温度既能获得良好的显微组织和力学性能,又能获得适于机械剥壳的氧化铁皮。
2023 Vol. 33 (4): 104-110 [
摘要
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107
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有色冶金
111
梁精龙, 邵雪莹, 王乐, 李相臣
钙化焙烧-微波酸浸对钢渣中钒铁浸出的影响
为研究含钒钢渣钙化焙烧参数对提钒效率的影响,以来自河北承德的含钒钢渣为原料、CaO为焙烧添加剂,利用微波设备加热酸浸,考察了焙烧温度、时间及配钙比对V、Fe元素浸出的影响规律,并揭示了其作用机制。热力学计算表明,在700~1 100 ℃范围内,尖晶石相已经氧化分解。试验结果表明,在不同的焙烧温度下,V元素的浸出率从36.96%提高到40.56%;当延长焙烧时间至5 h后,浸出率反而下降,这是因为随着长时间的氧化焙烧,生成了难溶解的硅酸盐相;当焙烧温度为1 000 ℃、时间为3 h、配钙比为8%时,V元素的浸出率最高可达50.06%,同条件下Fe元素的溶出率为19.89%。试验不仅有效回收了钒资源,而且抑制了杂质元素的溶出。
2023 Vol. 33 (4): 111-118 [
摘要
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64
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164
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节能环保
119
王尚杰夫, 金会心, 雷二帅, 王正兴, 顾炜
赤泥、粉煤灰和磷石膏配碳碱性调控共烧结回收铁铝
赤泥、粉煤灰和磷石膏是3种不同的工业固体废弃物,其不仅堆存量巨大,且环境污染严重。根据国家对固废危废领域提出的环保新政策,急需加强对大宗固废的二次利用,提取其剩余价值,减少环境污染。采用赤泥、粉煤灰和磷石膏3类固废共还原焙烧-浸出-磁选的工艺,成阶段提取熟料中的铁、铝,并分别探讨了碱比、碳比、混合碱浓度对铁、铝回收效果的影响。同时,在焙烧环节分别通入空气和氮气进行对比试验,取3次试验结果的平均值进行分析。试验结果表明,最佳工艺条件下,铁回收率约为79%、铝溶出率约为76%、铁品位约为75%。通过试验研究为赤泥、粉煤灰和磷石膏在金属回收领域的应用提供了一种新思路,也对大宗固废的协同回收利用有一定参考价值。
2023 Vol. 33 (4): 119-126 [
摘要
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62
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163
)
127
郭秀键, 雍海泉, 赵忠宇, 罗宝龙, 罗磊
炼钢除尘灰消解试验与工艺优化
炼钢除尘灰普遍含有CaO,与水混合会发生消解反应,影响冷压成型后的球团强度。炼钢除尘灰消解速度及程度与CaO活性有关,试验测得炼钢一次除尘灰、二次除尘灰、精炼除尘灰中CaO活性指数分别为0.681、0.523和0.241;炼钢除尘灰在敞口和闭口环境下消解特性基本一致,前3 h反应剧烈,温度快速上升,含水率急剧下降,消解程度可达70%左右,之后消解速度变缓;CaO质量分数为11.44%的炼钢除尘灰消解时间约为14 h,CaO质量分数为8.87%的炼钢除尘灰消解时间约为10 h。炼钢除尘灰消解后物料特性复杂,既容易板结,又会在蒸汽作用下喷料。工程上建议选用闭口料仓消解方式,仓顶设置集中排汽和除尘设施,结合仓内防黏接、清堵和仓下大口径卸料装置,可实现炼钢除尘灰的深度消解和顺畅卸料。
2023 Vol. 33 (4): 127-132 [
摘要
] (
131
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1846KB] (
267
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冶金科技英才
133
刘涛
2023 Vol. 33 (4): 133-133 [
摘要
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35
) [
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197
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134
李利巍
2023 Vol. 33 (4): 134-134 [
摘要
] (
36
) [
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冶金科学技术奖
135
基础件用特殊钢长寿命机理、关键技术及产品开发
2023 Vol. 33 (4): 135-135 [
摘要
] (
33
) [
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240
)
136
基于机器视觉的宽厚板轮廓及板形CPS智能制造技术研发与应用
2023 Vol. 33 (4): 136-136 [
摘要
] (
30
) [
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317
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