2021年, 第31卷, 第10期　刊出日期：2021-10-15

  

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技术综述
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  红土镍矿火法冶炼技术现状与研究进展

  王帅, 姜颖, 郑富强, 陈凤, 杨凌志, 郭宇峰

  中国冶金. 2021, 31(10): 1-7.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20210291

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  镍是生产不锈钢的主要合金元素之一,随着硫化镍矿资源的日益贫乏和镍需求量的不断增加,如何绿色高效利用储量丰富的红土镍矿对不锈钢产业的持续发展具有重要的现实意义。火法冶炼工艺具有流程短、原料适应范围广等优点,现已逐渐成为红土镍矿利用的主流工艺。阐述了RK-EF法、回转窑直接还原-磁选工艺、转底炉-熔分炉工艺、鼓风炉还原硫化熔炼镍锍工艺、高炉法等主要红土镍矿火法冶炼工艺的特点和优缺点,总结了国内外研究现状和发展前景,对火法冶炼技术绿色高效利用红土镍矿资源提出建议。
专题研究
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  MgO对烧结矿液相形成性能和微观结构特性的影响

  张国成, 罗果萍, 宋巍, 柴轶凡

  中国冶金. 2021, 31(10): 8-16.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20210077

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  为了探究MgO对烧结矿液相形成性能和微观结构特性的影响,采用Factsage 7.1热力学软件模拟分析了MgO对烧结矿液相形成性能的影响,并且开展了不同MgO含量的烧结杯试验研究。研究表明,随着MgO含量增加,烧结矿理论液相生成量减少,液相黏度降低,液相中w(Fe₂O₃)/w(CaO)增加,使得混合料中CaO的活度提高,铁酸钙相形成的热力学条件改善;当MgO质量分数由1.60%提高至1.90%,一方面,烧结矿矿相组成中枝晶状铁酸钙相含量增加,针状及板柱状铁酸钙相发展受到抑制,铁酸钙黏结相总量降低,硅酸盐相含量增加,导致液相黏结包裹矿粉颗粒能力变差,固结强度性能受到不利影响;另一方面,由于MgO是高熔点物质,矿化反应过程中,MgO易固溶进入磁铁矿晶格,并在高温固相反应中形成难熔物相,使得烧结矿磁铁矿相含量增加,赤铁矿相含量减少,从而降低烧结矿低温还原反应过程中产生的晶格结构畸变应力,改善低温还原粉化性能。
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  基于共存理论的转炉脱磷热力学分析

  韩凯峰, 韩少伟, 朱良, 江腾飞, 杨俊峰, 安永超

  中国冶金. 2021, 31(10): 17-22.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20210111

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  为了定量研究温度、炉渣成分、钢液成分对转炉磷分配比和平衡磷含量的影响,基于共存理论建立转炉炼钢六元渣系的组元活度计算模型和磷分配比L_P计算模型,将磷分配比模型计算结果与转炉炼钢实测磷分配比进行对比,发现两者吻合较好。定量计算结果表明,当炉渣碱度为3.8时,钢液温度从1 640升到1 680 ℃,平衡磷质量分数从0.011 5%增加至0.019 8%。同时定量计算了炉渣碱度及氧化铁含量变化对平衡磷含量的影响,但实际炉渣控制需要考虑炉渣黏度、铁损及炉衬侵蚀。转炉吹炼终点钢中元素含量数量级较小,计算表明终点成分变化对磷活度系数的影响不大,各元素对脱磷的影响主要体现在冶炼初期和过程。
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  PMO和冷却速率对5CrNiMoV热作模具钢凝固组织的影响

  邵楠男, 邹富康, 仲红刚, 李莉娟

  中国冶金. 2021, 31(10): 23-29.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20210230

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  为研究脉冲磁致振荡(PMO)和冷却速率对5CrNiMoV热作模具钢凝固组织及偏析的影响,利用自制的高通量凝固过程热模拟试验机,对5CrNiMoV热作模具钢进行不同冷却速率下的PMO处理试验。结果表明,随着冷速增大,平均晶粒尺寸逐渐减小;PMO处理可以扩大等轴晶区,冷速越大,细化效果越明显。PMO作用下熔体内部产生强制对流,可以有效改善元素偏析,3种冷速下C元素相较于Cr元素和Mn元素偏析改善更显著。
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  终轧温度对加Ti低合金Q355B钢板组织性能的影响

  陈建超, 庞洪轩, 温超, 赵波涛

  中国冶金. 2021, 31(10): 30-33.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20210075

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  以钛微合金化的355 MPa级低合金高强度钢为研究对象,将试验钢分别在830、800、750、700 ℃系列温度下终轧,研究了终轧温度对显微组织和力学性能的影响。结果表明,随着终轧温度的降低,屈服强度和抗拉强度呈现不断升高的趋势,伸长率和冲击性能呈现先升高后下降的趋势,在Ar3温度附近终轧,钢板可获得最佳的综合力学性能。不同终轧温度下钢板基体组织均为铁素体+珠光体,在800 ℃终轧钢板晶粒最为均匀细小,830 ℃终轧钢板晶粒较800 ℃终轧相对粗大,750 ℃终轧钢板组织出现混晶现象,700 ℃终轧时,钢板晶粒已经拉长变形,一定程度上出现“纤维状铁素体”。充分细化晶粒可以减轻钢板中的带状组织。
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  Sn和冷轧板厚度对取向硅钢初次再结晶组织和织构影响

  刘小飞, 黎先浩, 赵松山, 王爱星, 罗海文

  中国冶金. 2021, 31(10): 34-38.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20210175

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  研究了Sn含量和冷轧板厚度对取向硅钢冷轧板脱碳渗氮退火后组织和织构的影响,发现随着厚度减小和Sn含量增加,初次再结晶晶粒尺寸趋于减小,增加Sn含量导致对Goss取向形成的不利织构{001}〈120〉增加,而钢板厚度减薄时{111}〈112〉、{411}〈148〉等有利织构和{001}〈120〉不利织构均增加。Sn在氧化层中的含量显著小于基体,在氧化层/基体的界面处有显著的浓度梯度。虽普遍认为Sn的晶界偏聚是影响退火组织和织构的原因,但俄歇电子能谱只能偶然检测到,推测或是该偏聚不具有普遍性,或是其偏聚厚度极小超出了仪器检测的范围。
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  固溶冷却介质对GH4720Li合金组织和性能的影响

  吴玉博, 曲敬龙, 史松宜, 曹文博, 夏康, 王侨

  中国冶金. 2021, 31(10): 39-45.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20210346

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  γ'相的形貌对GH4720Li合金的性能起着十分重要的作用。固溶淬火时高冷速可以增加基体的过饱和度,有利于获取细小的γ'相组织,然而过高的冷速容易导致工件淬火开裂。因此,工业生产中选择适当的冷却介质控制固溶淬火的冷却速度就显得尤其关键。采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)等手段研究了不同冷却介质对GH4720Li合金组织和性能的影响。结果显示,固溶冷却介质对GH4720Li合金的晶粒尺寸、一次γ'相形貌和数量无影响;水冷试样中二次γ'相的数量最少、三次γ'相的尺寸最小;水溶性淬火剂(20%浓度)冷却后的样品中三次γ'相的尺寸最大,室温、高温拉伸的屈服强度略低于其他样品。
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  SPA-H钢弯曲开裂原因分析

  郭晓静, 海超, 左海霞

  中国冶金. 2021, 31(10): 46-50.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20210099

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  SPA-H钢板在用户制作集装箱时出现弯曲开裂的质量问题,应用扫描电镜、能谱仪、光学显微镜对弯曲开裂样品开裂部位的非金属夹杂物、成分偏析等进行分析,并对比分析了弯曲未开裂样品。经过观察发现,弯曲开裂样品在钢板1/4厚度部位严重的磷偏析割裂了钢板组织的连续性和金属的流动性;以及裂纹源附近的硫化锰夹杂物较多,破坏了基体的连续性,大颗粒的氧化铝夹杂物易形成应力集中,成为裂纹源。严重的磷偏析和较多的非金属夹杂物共同作用致使钢板在弯曲时开裂。
生产技术
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  SG带式焙烧机镁质球团矿的生产应用

  廖军平, 陈昭尧

  中国冶金. 2021, 31(10): 51-56.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20210085

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  为满足高炉对镁质熔剂球团矿的质量要求,SG带式焙烧机进行轻烧镁粉、轻烧白云石及二者混合(按一定配比)添加的3种镁质熔剂添加方案工业试验。试验结果表明,添加轻烧白云石可以提高生球强度。采用轻烧镁粉和轻烧白云石按1∶3的添加方案,当该方案球团矿MgO质量分数为1.58%时,平均抗压强度为2 245 N/个,还原度为75.36%,还原膨胀率为14.37%及低温还原粉化率(RDI_+3.15)为96.79%,其综合冶金性能优于其他方案球团矿,并符合高炉对镁质熔剂球团矿的抗压强度和冶金性能要求。
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  新型加水清料集成技术在烧结圆筒混料中的应用

  张帅, 朱梦飞, 韦俊东, 向小平, 石楚刚

  中国冶金. 2021, 31(10): 57-61.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20210088

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  柳钢烧结工艺长期受混料圆筒结料厚、清料难困扰,经常因圆筒结料造成非计划停机进行清理。技术人员针对该问题,提出气液复合多点分段式加水、圆筒运行电流结料预警和高压喷吹在线清料3项优化措施和改造方案,并将3者有机结合,从而实现在线清料。投产使用后,有效解决圆筒结料现象,烧结工艺参数得到优化,为保障烧结工艺高效、连续、稳定运行提供一定技术指导。
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  武钢8号高炉投产11年生产实践

  陈畏林, 李熠, 宋钊, 凤林兴

  中国冶金. 2021, 31(10): 62-67.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20210161

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  重点分析了武钢8号高炉从2009年投产至今11年,在高炉炉型设计、进风面积、煤气利用、炉身黏结等方面的调整变化,通过逐步缩小进风面积确保高炉足够的鼓风动能活跃炉缸,调整中“以风为纲”,调整中心加焦量与边缘布矿量,维持“中心气流适当发展,边缘气流适当抑制”的动态平衡。高炉11年来一直保持着良好的生产节奏,累计利用系数达到2.36 t/(m³·d)。投产11年高炉目前的炉缸状态良好,高炉具备延续长寿的条件。
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  加热功率对感应加热中间包影响的数值模拟

  张杰, 郑淑国, 朱苗勇

  中国冶金. 2021, 31(10): 68-74.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20210076

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  通道式感应加热是实现中间包低过热度浇铸有效方法之一,针对国内某钢厂单流通道式感应加热中间包,建立三维非稳态数学模型,研究通道加热功率对中间包内流场、温度场及夹杂物去除的影响规律。结果表明, 当中间包未受感应加热或加热功率超过800 kW时,钢水流动特性均较差;当通道加热功率为300、600或700 kW时,钢液流动特性良好。当中间包无感应加热时,浇铸区出现明显的温度分层现象;当加热功率为500~700 kW时,浇铸区温度分布均匀且基本消除了其右上方及右下方区域的温度分层。当加热功率在400~700 kW时,夹杂物去除率呈上升趋势;但当加热功率超过700 kW后,夹杂物去除效果变差,700 kW为最佳去夹杂加热功率。
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  不同相区轧制对螺纹钢组织和性能影响

  蔡伟, 金梁, 毛俊春, 骆胜东, 陈龙, 王超

  中国冶金. 2021, 31(10): 75-80.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20210072

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  为了降低螺纹钢生产线坯料的生产成本,通过安装在16号轧机之后的预水冷装置对进入17号轧机的螺纹钢进行不同温度的控制,再经过17号和18号轧机对不同温度的螺纹钢进行轧制。探究了钢坯在不同相区进行轧制时对其组织性能的影响,结果表明,当钢种为HRB400-1NbS(Nb质量分数为0.025%)的螺纹钢在奥氏体未再结晶区轧制时(进入17号轧机的温度为(880±20) ℃),其屈服强度为437 MPa,抗拉强度为595 MPa;当钢种为HRB400-0NbS(Nb质量分数为0.015%)的螺纹钢在两相区轧制时(进入17号轧机的温度为(780±20) ℃),其屈服强度为435 MPa,抗拉强度为605 MPa;两者力学性能相差不大,这是因为HRB400-0NbS钢种在两相区轧制时,其晶粒度/级为10.5,相比HRB400-1NbS钢种在奥氏体未再结晶区轧制时晶粒度/级为9.5更加细小,通过细晶强化弥补了Nb所产出的第二相强化作用,为螺纹钢生产线坯料节约了每吨40~50元的成本。
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  辊式矫直过程弯辊量对边浪影响的仿真分析

  刘东冶, 何安瑞, 邵健, 陈超超

  中国冶金. 2021, 31(10): 81-85.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20210106

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  针对辊式矫直过程建立具有边浪特征的带钢有限元仿真模型,通过对比现场工况实测矫直力与有限元模型计算所得的矫直力,得到二者误差在10%以内,验证了有限元模型的精度。分别采用原始曲率补偿法和塑性变形层增加法确定了4种弯辊量设定方案。采用上述方案对浪高为20 mm的带钢进行矫直,对比矫直后带钢平直度情况,得出按最高浪采用原始曲率补偿法计算得到的弯辊量矫直效果最优。同时随着弯辊量的加大,矫直力也随之增加,为现场边浪矫直过程提供了依据。
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  基于BiLSTM-Attention的钢板表面手写板号识别算法

  徐萌, 王雪飞

  中国冶金. 2021, 31(10): 86-93.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20210137

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  国内钢铁企业生产厂的信息化物料跟踪大都依赖于钢板号。由于生产流程复杂,急需高准确率的板号在线识别技术。自然场景下机器喷号的识别技术较成熟,但复杂场景下的手写板号难以实现自动识别。针对复杂工作场景下钢板表面手写板号特点,提出一种以BiLSTM-Attention为主体结构的深度学习算法。首先结合复杂场景,对图像数据进行预处理,保证模型输入图片质量;然后利用残差神经网络(ResNet)提取图片特征、利用双向长短期记忆网络(BiLSTM)提取基于图像的序列特征;最后基于注意力机制捕获序列内的信息流,对每个字符的特征进行整合,形成文本特征向量以预测输出序列。经现场测试,实现钢板表面手写板号识别任务准确率达86.15%,结果表明算法可行有效,满足实际生产需求。
节能环保
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  厚料层转底炉含铁尘泥直接还原模拟

  徐健祥, 齐凤升, 李宝宽, 严定鎏

  中国冶金. 2021, 31(10): 94-101.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20210155

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  转底炉工艺是目前处理含铁尘泥最有效的工艺之一,但传统转底炉处理尘泥需要造球且只能铺设1~2层球团以致生产效率较低。针对该问题,料层厚度是传统工艺10~30倍的新型厚料层转底炉技术应运而生,同时无需造球并取消了燃烧装置,极大提高生产效率。基于计算流体力学(CFD)方法建立了新型厚料层转底炉工艺多孔介质异相反应直接还原数学模型,研究厚料层转底炉的工作特性,分别对厚料层转底炉内的还原性气氛、脱锌、金属化率进行分析与讨论。研究表明,厚料层转底炉物料出炉时脱锌率超过99%且金属化率达到90%以上,能够有效提升生产效率。研究结果丰富了转底炉工艺理论,并为新型厚料层转底炉工程化提供理论依据。
冶金科技英才
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  董艳伍

  中国冶金. 2021, 31(10): 102-102.

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冶金科学技术奖
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  复杂地层露天矿固坡止水关键技术研究及应用

  中国冶金. 2021, 31(10): 103-103.

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  基于深度学习的热轧带钢表面在线检测与质量评级

  中国冶金. 2021, 31(10): 104-104.

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