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中国冶金
2023年 33卷 11期
刊出日期 2023-11-15
冶金科技英才
冶金科学技术奖
技术综述
专题研究
生产技术
节能环保
技术综述
1
刘建华, 袁保辉, 何杨, 杨晓东, 张硕
RH高效深度脱碳与协同脱氧关键技术
围绕IF钢RH精炼高效深度脱碳与协同脱氧目标,从RH精炼碳氧热力学入手,分析了RH脱碳与协同脱氧的可行性和策略;从脱碳反应动力学入手,分析了不同脱碳阶段高效脱碳策略。同时,研究了RH强制脱碳、吹氧流量与枪位控制等高效脱碳与控氧协同技术,以及真空压降控制、循环流量优化、真空罐内部吹氩强化脱碳等RH精炼高效脱碳关键技术和RH精炼脱碳终点氧含量控制、顶渣氧化性控制等控氧关键技术,进一步提出通过上述技术集成应用实现RH高效深度脱碳与脱氧的协同策略。
2023 Vol. 33 (11): 1-11 [
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12
王鹏程, 赵棪, 路洪洲, 厚建龙, 赵征志
超高强度热成形钢研究进展及展望
在“双碳”战略的大背景下,环保、节能等问题越来越受到重视,由此对汽车用钢轻量化提出了更高的要求,超高强热成形钢作为汽车用钢的重要组成部分,有着广阔的研究前景。概述了国内外热成形钢研究现状,从成分设计、组织特征、工艺调控等多个角度出发,总结出了微合金化和残余奥氏体组织调控对超高强热成形钢强塑化机制的影响规律;阐述了铝硅镀层、锌基镀层热成形钢及新型无镀层高抗氧化性热成形钢的研究进展;论述了超高强热成形钢微观组织与氢致延迟开裂行为之间的相互作用。对超高强热成形钢的进一步优化控制提出了建议,为实现高强塑性及优异服役性能的超高强热成形钢的研发与产业化应用提供了参考。
2023 Vol. 33 (11): 12-28 [
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29
梁丰瑞, 苏航, 柴锋, 孙铭璇
含Cu低合金高强钢时效Cu析出研究进展
含Cu低合金钢是一类重要的低碳低合金高强钢,其通过Cu析出弥补低碳当量的强度降低,兼顾高强度以及良好的焊接性能、低温韧性和耐腐蚀性能,具有优良的综合应用价值。综述了含Cu低合金钢中与Cu析出有关的国内外研究进展,以时效过程中含Cu低合金钢硬度的变化曲线为例,阐明其材料力学性能的变化趋势,并总结了基于沉淀强化机制的Cu析出对应的强化增量公式;梳理了时效过程中Cu析出的演变过程,包括相变、晶体结构转变及与Cu析出相尺寸相关的数学模型;汇总了含Cu低合金钢中常添加的合金元素及合金元素对含Cu低合金钢的作用。最后,对新一代含Cu低合金钢的发展进行展望,指出通过优化理论模型和加入以Ni元素为主的合金元素调控Cu析出尺寸及分布,是制备性能更优含Cu低合金钢的重要手段。
2023 Vol. 33 (11): 29-38 [
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专题研究
39
王越, 庞克亮, 吴昊天, 谷致远, 刘福军, 赵华
炼焦煤中镜质体光学性质在碳化过程中的变化规律
研究炼焦煤中镜质体光学性质在碳化过程中的变化规律,对揭示碳化反应活性及结构变化具有重要意义。利用显微镜热台直接观测3种不同变质程度炼焦煤中镜质体在碳化过程中的软化熔融特征,利用煤岩学分析手段研究镜质体光学性质的变化规律及其对焦炭光学组织的影响。结果表明,在碳化过程中,炼焦煤中镜质体的光学性质呈阶段性变化。当碳化温度低于300 ℃时,镜质体的光学性质变化不大;反射率开始迅速上升的温度随变质程度而提高,低变质炼焦煤A为375 ℃,中变质炼焦煤B为400 ℃,高变质炼焦煤C为475 ℃。低变质炼焦煤A和中变质炼焦煤B中镜质体碳化产物的双反射率在425 ℃左右时显著降低,而高变质炼焦煤C在475~500 ℃略有降低。当碳化温度大于600 ℃后,3种炼焦煤中镜质体碳化产物的光学性质近似以线性速度迅速升高。
2023 Vol. 33 (11): 39-47 [
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48
佟帅, 艾立群, 洪陆阔, 孙彩娇, 袁艺旁, 周美洁
微波-氢气协同还原钒钛磁铁矿精矿的冶金效果
为实现钒钛磁铁矿资源的高效合理利用,采用微波-氢气协同还原钒钛磁铁矿精矿粉/造块以及生物质复合造块,并对其还原的冶金效果进行解析。研究结果表明,还原产物具有较高的金属化率,平均达94%以上;精矿粉/造块的还原产物金属铁均呈多孔海绵状结构,未彻底被还原的钛铁共生矿中钛、铁氧化物交错分布且也伴有孔洞,但造块后还原生成的金属铁气孔结构更为发达、致密;生物质复合造块的还原产物内部存在发达的裂纹,金属铁呈大直径颗粒状,部分难还原氧化物被金属铁包裹。生物质的添加起到还原作用并产生可供气体扩散的孔隙。据此提出了“精矿球团/生物质复合球团-微波氢气还原-球磨磁选-尾矿高温还原”的“两步法”钛铁分离工艺策略,目前该策略虽然仍是一个笼统的概念,但微波-氢气协同还原方式既保证了产物较高的金属化率,又促进了产物形成孔洞和裂纹,这为钛铁分离提供了有利的矿物学条件。
2023 Vol. 33 (11): 48-54 [
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55
田曾超, 湛文龙, 韩鹏, 王川, 何志军, 张军红, 庞清海
高炉内添加半焦对料柱熔滴特性及焦炭溶损的影响
随着“碳达峰”“碳中和”政策的推进,钢铁企业面临着超低碳排放的压力,降低焦炭消耗是实现高炉低碳冶炼的重要举措之一,半焦具有与焦炭相近的理化性质,且能满足高炉炼铁的基本需要,可作为焦炭的替代品。模拟高炉实际工况对添加半焦后的炉料进行了熔滴特性及焦炭溶损程度的相关研究,进而探讨半焦替代焦炭用于高炉炼铁的可行性。结果表明,矿焦混装比未混装时的熔滴性能更优,当添加半焦比例从30%降低到10%时,熔滴特征值
S
由774 kPa·℃下降至597 kPa·℃,最大压差Δ
P
MAX由13.66 kPa降低到11.79 kPa,软化区间变宽且位置下降,熔融区间收窄变小,软熔区间大小和位置逐渐接近于混装焦炭时的情况,料柱的透气性良好;添加半焦后的熔滴物相中渣相成分更为稳定,且Fe的还原度更高;添加半焦能够在一定程度上减小焦炭的孔隙率,降低焦炭的溶损程度,对焦炭起到良好的保护作用,改善料柱的透气性。本研究证明半焦替代冶金焦炭有效可行,为高炉使用半焦提供理论基础和技术指导。
2023 Vol. 33 (11): 55-61 [
摘要
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62
张凯璇, 王书桓, 李晨晓, 姚鑫, 孙华康, 张昀
小颗粒石灰石化渣脱磷热力学分析
为探索转炉喷吹石灰石粉造渣炼钢的最佳工艺条件,基于化渣脱磷基础试验,对小颗粒石灰石的化渣脱磷效果进行热力学分析。采用单变量试验方法,探究石灰石粒度、反应温度、配渣碱度及FeO含量对石灰石化渣脱磷的影响,进而得到最佳参数。结果表明,平均粒径为0.84 mm的石灰石颗粒化渣脱磷效果最佳,粒径过大或过小均会造成脱磷率降低;试验温度为1 400 ℃时化渣脱磷效果最佳,低于1 400 ℃时,化渣不充分且速度较慢,而高于1 400 ℃时会出现回磷现象。铁水脱磷率随碱度的升高而升高,当配渣碱度
R
=3.5时,熔渣状态较好,脱磷效果最佳;碱度过高时,熔渣黏度较高,泡沫渣量大,容易溢渣。铁水脱磷率随配渣FeO含量的升高而升高,FeO质量分数为20%时,熔渣状态最佳;当FeO质量分数达到30%时,反应过程中会出现溢渣现象。在试验得出的最佳工艺条件下,石灰石化渣脱磷过程前期脱磷速度快,泡沫渣状态好,渣中固溶体相种类多,终点脱磷率达到85%以上,钢中磷质量分数降到0.02%以下,可以完成脱磷任务。研究结果为开展转炉喷吹石灰石粉冶炼的工业应用提供了理论基础。
2023 Vol. 33 (11): 62-71 [
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72
吴红健, 许长军, 雷冲, 王涛, 林辉杰, 李静
凝固末端螺旋电磁搅拌对大圆坯裂纹形成的影响
内部裂纹是特殊钢大圆坯常见缺陷之一。电磁搅拌是提高铸坯组织成分均匀性的常用技术手段,其中单绕组螺旋电磁搅拌器不仅结构简单、安装方便而且搅拌效果明显。为了探究凝固末端单绕组螺旋电磁搅拌(F-HEMS)对大圆坯内部钢液流动、凝固传热和裂纹形成的影响,采用试验和数值模拟方法进行研究,发现液相穴内钢液受电磁力作用,沿拉坯方向在电磁搅拌器高度范围内螺旋流动。F-HEMS使连铸坯内零塑性温度(
T
ZD)至黏滞性温度(
T
LI)区间的温度梯度增大了31.56%~42.27%,使
T
ZD-
T
LI区间宽度减小了6.6 mm。受F-HEMS影响,糊状区内的液相分数降低。连铸坯内的温度、Von-Mises应力与弹性等效应变分布均呈层状分布。在应用F-HEMS后,连铸坯
T
ZD-
T
LI区间内的Von-Mises应力平均降低了0.11 MPa,弹性等效应变平均降低了0.02百分点。在数值模拟和试验的基础上,提出了一种开裂指数,以预测内部开裂风险。研究发现,应用F-HEMS时的开裂指数比未应用时的小0.158~0.280,证明F-HEMS有降低连铸坯裂纹形成概率的作用。然而,内部裂纹的形成受多种因素的影响,连铸过程中大圆坯的开裂预测仍需改进模拟方法并通过大量试验数据验证。F-HEMS影响连铸大圆坯内部的钢液流动和凝固传热,可降低内部裂纹的形成概率,本研究为工业生产提供了理论依据。
2023 Vol. 33 (11): 72-80 [
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81
刘干, 孔祥磊, 黄明浩, 王杨, 张英慧
轧后冷却工艺对大输量X80M管线钢显微组织的影响
为保证大输量X80M管线钢高强度的同时进一步提高其低温韧性,实现强韧性良好匹配,采用Gleeble-3800型热模拟试验机对其进行模拟轧制研究。利用热膨胀法结合金相法建立X80M管线钢的动态CCT(Continuous Cooling Transformation)曲线,并通过OM、SEM、硬度检测等分析方法,研究了冷速、终冷温度等冷却工艺参数对其组织和硬度的影响。研究发现,随冷速增大,其组织发生多边形铁素体(PF)+珠光体(P)→粒状贝氏体(GB)→针状铁素体(AF)→贝氏体铁素体(BF)的转变,维氏显微硬度也逐渐增加;当冷速为15~25 ℃/s时可获得以细小均匀AF为主和弥散分布M/A(马氏体-奥氏体)岛组成的理想显微组织;终冷温度对其相组成有明显的影响,随着终冷温度的降低,M/A岛尺寸变小,数量增多,组织逐渐细化。将试验研究与生产实践相结合,最终设定工业化TMCP参数为终轧温度780 ℃+终冷温度360 ℃+冷速20 ℃/s,得到的X80M管线钢板卷具有高强度和优异低温韧性,满足其工程技术要求,并成功应用于西气东输四线重大管道工程。本研究为高强高韧管线用钢的研发提供了技术参考,有力支撑了国家重大管道工程的建设。
2023 Vol. 33 (11): 81-87 [
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生产技术
88
胡长松, 田兰忺, 张道远, 李贺
钒钛磁铁矿带式焙烧机工艺研究及工程设计
依托攀钢西昌300万t/a钒钛磁铁矿球团带式焙烧机项目,通过钒钛磁铁矿球团带式焙烧机模拟试验研究,找到了钒钛磁铁矿球团的焙烧特点。结合国内外带式焙烧机工艺发展的先进技术,提出一些钒钛磁铁矿带式焙烧机工程设计的新思路、新手段,如先进布料技术、厚料层焙烧技术、抽干段布风板优化技术、CFD流场模拟技术、先进燃烧技术、烟气氧含量降低技术、鼓干段SO
2
及NO
x
降低技术、干式结构梁及风冷梁新技术和三维工程设计技术等。生产实践表明,攀钢西昌钒钛磁铁矿球团带式焙烧机生产线月作业率达98.13%,日产量不低于9 100 t,成品球团矿FeO质量分数为0.6%~1.5%,平均抗压强度不低于2 000 N/P,碱度为自然碱度;排放指标为,烟气中烟尘质量浓度2.53 mg/m
3
、SO
2
质量浓度3.15 mg/m
3
、NO
x
质量浓度42.42 mg/m
3
、基准氧体积分数17.34%,均满足排放标准。本项目为国内第1条生产钒钛矿球团的带式焙烧机生产线,应用前景广阔。
2023 Vol. 33 (11): 88-97 [
摘要
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98
李建云, 邹冲, 梁栋, 姬光刚, 刘智伟
山钢1 880 m
3
高炉用冶金焦性价模型研究及应用
已有生产实践表明,用评价顶装焦的方法评价捣固焦适用性较差。为了准确掌握捣固焦真实热态性能,实现捣固焦和顶装焦在高炉中的安全、经济使用,在研究现有焦炭评价方法及捣固焦结构特性的基础上开发了山钢高炉用冶金焦性价模型。该模型采用数据归纳分析和模糊综合评价的方法,将焦炭的10项常规指标(平均粒径、焦末(粒径小于25 mm)比例、全水分、挥发分、灰分、硫分、冷热态性质(M40、M10、CRI、CSR))和捣固焦的6项结构性指标(高温反应后强度CSR
1300
、光学组织指数OTI、显微强度MSI、结构强度SSI、假相对密度
d
、碳化学结构
d
002
)纳入模型,通过构建捣固焦6项结构性指标与冷热态4项性质指标(M40、M10、CRI、CSR)间的相互关系模型,对捣固焦冷热态4项性质指标进行修正,实现了捣固焦、顶装焦评价方法的统一。该模型已在山钢1 880 m
3
高炉进行应用,模型给出的预测结果对各类型焦炭的科学使用起到了指导作用。
2023 Vol. 33 (11): 98-105 [
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106
程相锋, 青格勒, 张福明, 徐萌, 钱瑞清, 武建龙
高炉喷吹富氢燃料对高炉冶炼过程的影响
为降低高炉炼铁碳排放,基于物料平衡和热平衡,分析了高炉风口喷吹天然气、焦炉煤气、氨气、氢气这4种富氢或纯氢燃料时的热力学行为,考察了富氢气体置换比、预热温度、喷吹量及富氧率对高炉主要指标的影响。结果表明,提高鼓风富氧率可降低炉腹煤气量且快速提高理论燃烧温度,提高富氢气体预热温度可明显提高理论燃烧温度而对炉腹煤气量无影响,提高置换比则可降低炉腹煤气增加量甚至使其低于基准煤气量、但对理论燃烧温度影响不明显。在维持煤气高温热量不变时,喷吹单位富氢气体所需富氧率从高至低依次为天然气、焦炉煤气、氢气、氨气,且其随着富氢气体喷吹量增加或减少取决于富氢气体置换比。高置换比及高富氧条件有利于天然气喷吹量增加,而不同置换比下喷吹氨气均需降低富氧率方可维持煤气高温热量不变。该研究可为高炉喷吹适宜的富氢燃料提供理论支持。
2023 Vol. 33 (11): 106-113 [
摘要
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5
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114
段一凡, 刘小杰, 李欣, 刘然, 李红玮, 赵军
基于PCA决策的PSO-BP模型预测高炉铁水产量
铁水产量是衡量钢铁厂产能效益的重要经济指标,根据炉次特征对其精准预测有利于钢铁厂的产能结构优化,可促进高炉的稳定与高产。为提高铁水产量预测准确率,结合机器学习理论,以国内某钢铁厂2022年全年生产冶炼数据为基础,提出基于主成分分析(PCA)决策的粒子群优化-反向传播(PSO-BP)混合预测模型。首先利用主成分分析对原始数据集进行降维处理;然后利用粒子群搜索算法优化BP神经网络的权值矩阵,成功解决BP神经网络收敛速度慢、易陷入局部最优的问题;最后结合炼铁理论,根据主成分分析结果确定模型的输入向量与拓扑结构。测试结果表明,该模型相较于其他传统模型预测误差更小,在误差范围为±50 t的情况下准确率达99.8%,实现对高炉铁水产量的精准预测,可有效指导铁水包的中转调度,为高炉参数调控提供数据支撑。
2023 Vol. 33 (11): 114-126 [
摘要
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127
孙亮, 孙宇, 陈威, 张立峰
RH精炼过程吹气对喷粉脱硫影响的数值模拟
为研究RH精炼过程吹气参数对喷粉脱硫的影响规律,进而提高喷粉脱硫的效率,以实际230 t RH喷粉脱硫过程为研究对象,建立三维耦合的
k-ε
湍流模型、流体体积(VOF)模型、离散相模型(DPM)、用户自定义标量(User Defined Scaler,UDS)以及未反应核脱硫动力学模型,讨论了浸渍管吹气流量、真空室侧吹以及钢包底吹对钢液流速以及喷粉脱硫的影响。结果表明,脱硫剂在喷入真空室后主要集中在靠近下降管一侧的真空室相交界面上,并随着钢液循环流动从下降管进入钢包,钢包中脱硫剂也趋向于在下降管一侧聚集。钢液流速以及脱硫速率随着浸渍管吹气流量的增大而增大,但吹气流量(标准状况)从1 000 L/min增大至2 000 L/min时,钢液流速以及脱硫速率增大幅度较小;继续将吹气流量从2 000 L/min增大至3 000 L/min时,钢液流速增大明显,但终点脱硫效率只增加了4.0%。真空室侧吹流量为2 000 L/min时,钢液流速和脱硫速率略微增大。在上升管对应的钢包底部进行200 L/min的底吹时,钢包内钢液流速明显增大,但脱硫速率则由于钢包内脱硫剂停留时间的减小而发生了降低。本研究为提高RH精炼过程喷粉脱硫效率提供了理论基础。
2023 Vol. 33 (11): 127-137 [
摘要
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64
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138
王荣荣, 王敏, 王仲亮, 邢立东, 艾新港, 包燕平
连铸黏结漏钢发生机理及预报模型
连铸是炼钢过程非常重要的工序之一。连铸过程多发漏钢事故,其影响因素多且机理复杂,其中以黏结漏钢最为常见,约占总漏钢事故的70%。连铸漏钢事故造成钢液泄漏,容易发生灼烫、火灾甚至爆炸等安全事故,造成人员伤亡和巨大的财产损失。为解决上述问题,剖析了黏结裂口的扩展方式和黏结漏钢的形成机理;基于热电偶测温法预报黏结漏钢的原理,利用神经网络建立黏结漏钢预报模型,并运用遗传算法完成神经网络的优化,预报模型测试样本的正确报出率达到100%,预报率为97.56%;对空间网络模型进行了验证,A型空间网络模型的输出符合期望,可以实现黏结在空间裂口扩展的预报。模型具有很好的应用价值,可为连铸安全生产提供支撑。
2023 Vol. 33 (11): 138-150 [
摘要
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117
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15
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节能环保
151
李金辉, 陶家杰, 于阳, 罗凯成, 蔡胤清, 龙红明
脱硫剂喷吹耦合活性焦技术降低烧结烟气SO
2
烧结生产作业过程中会产生大量二氧化硫(SO
2
)、氮氧化物(NO
x
)和粉尘等大气污染物,是钢铁污染物排放的主要来源。某钢厂435 m
2
烧结机采用逆流式活性焦一体化脱除工艺进行污染物减排,减排设备长期运行出现老化,造成SO
2
浓度超过减排系统所能承受的最大值,减排后烟气中SO
2
浓度超标,且对活性焦脱硝能力产生了不利影响。为减轻活性焦减排压力,在烧结大烟道处设置脱硫剂喷吹减排系统,形成了“过程减排”和“末端治理”相结合的烟气污染物减排技术。实际应用结果表明,喷吹脱硫剂后活性焦入口烟气SO
2
浓度由853.78 mg/m
3
降低至668.76 mg/m
3
,达到了活性焦脱硫脱硝工艺正常运行的工艺条件,有效解决了SO
2
浓度超负荷的问题。活性焦入口处粉尘浓度由25.48 mg/m
3
上升至31.39 mg/m
3
,烟气中粉尘增加量的不明显,减排工艺的脱硫脱硝效果未受到负面影响,烟气在经过活性炭系统后,满足超低排放要求。本研究对烧结烟气污染物治理技术的现场工业应用具有参考价值。
2023 Vol. 33 (11): 151-157 [
摘要
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52
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冶金科技英才
158
蔡兆镇
2023 Vol. 33 (11): 158-158 [
摘要
] (
63
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627KB] (
233
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冶金科学技术奖
159
数字化绿色化新型钢厂建造方法及工程实践
2023 Vol. 33 (11): 159-159 [
摘要
] (
53
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176
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160
大板坯连铸-轧钢界面高效化、绿色化关键技术开发与集成应用
2023 Vol. 33 (11): 160-160 [
摘要
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47
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568KB] (
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