2021年, 第31卷, 第4期　刊出日期：2021-04-15

  

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技术综述
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  镍基高温合金均质化冶炼研究进展

  赵朋, 杨树峰, 杨曙磊, 李京社

  中国冶金. 2021, 31(4): 1-11.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20200497

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  高温合金的冶金质量与材料的综合使用性能密切相关,均质化冶炼已经成为改善合金成分、组织和第二相分布均匀性,提高合金力学性能的重要途径。在总结前人研究的基础上,综述了镍基高温合金均质化冶炼的影响因素和改善合金均质化水平的有效措施,重点讨论了凝固偏析、元素烧损和均匀化处理对合金均质化的影响,以期为提高镍基高温合金的均质化冶炼水平、优化制备工艺提供参考。
专题研究
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  GF88精粉特性研究及工业应用试验

  袁壮, 田广银, 潘建, 朱德庆, 蒋丽荣, 郭正启

  中国冶金. 2021, 31(4): 12-18.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20200492

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  球团作为精料在中国高炉炉料结构中呈现增加的趋势,这使得高品位球团精粉的需求不断增加,以烧结粉矿制备的GF88赤铁精矿是一种填补球团精粉的缺口的有益补充。广东珠海裕嘉球团厂在120万t/年的链篦机-回转窑生产线上开展了GF88精粉工业应用试验,对其使用性能进行综合评估。工业应用结果表明,配加25%GF88精粉后,膨润土用量从3.4%降低至2.8%,生球落下强度从4.5 次/0.5 m提高到7.0 次/0.5 m左右,成品球团抗压强度从2 300 N/个提升到2 400 N/个以上,工序能耗从24.21 kg/t降至23.93 kg/t,成品球团铁品位提升0.25%,SiO₂质量分数从7.1%减小到6.3%,冶金性能良好,高炉冶炼燃料比降低。在珠海裕嘉球团厂的工业试验表明了GF88精粉具有降低膨润土用量、提高球团抗压强度、降低球团粉率、降低工序能耗等优点。
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  膨润土对白云鄂博铁精矿球团矿生球及成品球强度影响

  李志超, 王宇, 柴轶凡, 王艺慈, 罗果萍, 宋希文

  中国冶金. 2021, 31(4): 19-24.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20200668

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  膨润土主要作为黏结剂用于球团矿生产过程以提高球团矿强度,不同膨润土对球团矿生球及成品球强度有不同的影响。在测定两种膨润土的理化性能和化学成分基础上,将其与白云鄂博铁精矿混合造球,试验测定生球及焙烧后的成品球强度。分析可知,膨润土中胶质价含量越高,白云鄂博铁精矿球团矿生球强度越大;膨润土的吸水率高有利于提高球团矿生球抗压强度和落下强度;膨润土中的SiO₂可以促进球团矿中硅酸盐生成,提高其成品球强度。
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  锰粉矿烧结配矿工艺及其对产物性能的影响

  王海娟, 王龙星, 韩钰

  中国冶金. 2021, 31(4): 25-31.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20200479

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  锰矿是冶炼锰系合金的重要工业原料,目前中国大部分锰铁粉矿均经烧结后入炉冶炼,并且采用的是单烧。为了研究不同锰粉矿掺烧工艺对锰烧结矿性能的影响,并因此得到熔炼性能较优的烧结矿,采用马弗炉烧结法,改变原料配比、碱度、w(Mn)/w(Fe) 等因素,对3种锰粉矿配矿烧结工艺进行初步研究。采用X射线衍射、光学显微镜以及强度、气孔率等分析测试手段,对焙烧产物的常温物理性能、矿物组成和微观结构等进行分析。结果表明,当前试验条件下,碱度为0.70时的配矿方案一和方案四得到的焙烧产物抗压强度大、微观结构清晰、各物相分布较为均匀、气孔率高,适宜矿热炉冶炼,因此拟将该方案作为较优的工艺条件进行烧结杯放大试验。
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  Q345钢连铸坯压缩状态下的高温力学性能

  李丽, 杜一哲, 汪勤政, 陈登福

  中国冶金. 2021, 31(4): 32-36.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20200473

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  Q345钢应用广泛,其在拉伸状态下的高温力学性能已有部分研究,但高温压缩力学性能数据匮乏。利用Gleeble-3500热模拟机对Q345钢连铸坯试样进行了热压缩试验,研究了应变速率为0.01 s^-1时试样在压缩状态下的屈服强度、抗压强度和弹性模量等随温度(973~1 673 K)的变化规律,同时探讨了试样在1 473 K时不同应变速率(0.001、0.01和0.05 s^-1)下的高温力学性能。结果表明,在973~1 373 K温度内,屈服强度和抗压强度都表现出对温度的敏感性。屈服强度由90降到24 MPa,抗压强度由202降到40 MPa。在1 373~1 673 K温度内,屈服强度和抗压强度降幅都很小。弹性模量随温度的升高而减小,其值在1 473和1 573 K温度下相差最大,达1 712 MPa。屈服强度对应变速率的变化并不敏感,均在20 MPa左右,而极限抗压强度由28增加到45 MPa。最后根据试验数据绘制了Q345钢连铸坯在热压缩状态下的屈服强度等高温性能参数随温度变化的关系曲线,可为轻/重压下等技术提供参考数据。
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  低碳热轧板卷的表面黑线和翘皮缺陷形成机制

  赵烁, 李祖树, 朱雨逸, 吕静彩

  中国冶金. 2021, 31(4): 37-43.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20200501

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  为提升热轧板卷表面质量,利用金相显微镜、扫描电镜和电子背散射衍射等分析手段研究了翘皮和黑线两种典型缺陷。分析结果表明,热轧板表面黑线或翘皮缺陷微区成分主要由二次脱氧产物、钢包渣、保护渣等物质构成。结合表面缺陷附近的金相组织、夹杂成分和晶粒结构可以得出,热轧板表面缺陷的形成在炼钢过程主要受钢包渣或结晶器保护渣的卷入、铸坯皮下气孔、铸坯表面(边部)裂纹等影响;在轧制过程主要受氧化铁皮轧入、侧压定宽机参数不合理等影响。详细讨论了热轧板表面典型缺陷产生的位置和形成过程并给出建议。
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  热轧圆钢Q345E表面裂纹的研究与控制

  张新文, 江宏亮, 轩康乐, 孙智伟

  中国冶金. 2021, 31(4): 44-47.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20200469

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  采用连铸圆坯冷送轧制Q345E圆钢,发现表面存在较多裂纹,裂纹长度为20 ~80 mm,呈离散型分布。经检测,裂纹两边发现较严重的脱碳层,裂纹根部存在较多高温氧化质点,未发现非金属夹杂物。理论研究表明,初生奥氏体晶界析出网状铁素体膜是导致钢材断面收缩率降低的根本原因,而Q345E中的Nb含量在特定的温度段降低了钢材的塑性,更加剧了钢材的开裂倾向性。当预热段温度较高(850~900 ℃)时,铸坯快速升温,表面局部发生α→γ的转变,体积收缩不均匀,产生拉应力。当拉应力超过钢材所能承受的极限时,产生表面裂纹。通过对铸坯的预热缓解了内外温度差,有效解决了Q345E热轧圆钢的表面裂纹问题。
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  热处理对铸态钢中硫化锰夹杂物的影响

  林腾昌, 门兵, 程雄, 郭瑞刚, 董凯

  中国冶金. 2021, 31(4): 48-54.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20200490

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  基于1215易切削钢成分,采用Factsage软件对Mn-S-O-Fe体系进行热力学计算,并将铸坯样在不同温度进行热处理,运用金相显微镜、扫描电镜对热处理前后钢中硫化锰的变化进行了研究。结果表明,硫化锰在800 ℃热处理时开始出现晶间析出现象,析出的硫化锰在热处理后发生聚集长大的球化现象,且温度越高,球化现象越明显。经过1 200 ℃保温处理后,钢中大于10 μm夹杂物的比例上升。在500~1 200 ℃热处理时,硫化锰的长宽比降低率达到7%~15%。基于试验结果,轧制加热炉采用800~900、1 050~1 150及1 200~1 220 ℃加热制度有利于改善硫化锰形态,从而改善钢材易切削性能。
生产技术
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  基于支持向量机的高炉煤气利用率预测建模

  江德文, 王振阳, 戴建华, 周新富, 王新东, 张建良

  中国冶金. 2021, 31(4): 55-63.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20200478

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  煤气利用率是反映高炉能耗和平稳运行的重要指标。为了实现对高炉煤气利用率的准确预测,首先依据最大信息系数选择合适的输入参数,分别选取次于该状态参数时刻1 和2 h后的煤气利用率作为输出参数,并在建模之前对数据进行标准化处理。在此基础上建立基于支持向量回归(SVR)的高炉煤气利用率预测模型,并利用高炉的部分生产数据将该模型的预测结果与多层感知器(MLP)模型进行对比。最终预测结果表明,SVR模型在预测1和2 h后的煤气利用率时精确度更高,达到了更好的预测效果。
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  炼铁-炼钢界面布局紧凑模式

  雷浩洪, 吕凯辉

  中国冶金. 2021, 31(4): 64-67.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20200485

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  论述了炼铁-炼钢界面的紧凑衔接技术,涉及多维物质流的衔接、传递、匹配及缓冲等过程。从各角度综合分析得出,该界面衔接布置紧凑,占地面积小,实施MES系统的“在线铁水罐跟踪系统”使炼铁-炼钢界面减少了铁水罐周转个数,相对传统方式的铁水包输运方式,保温剂使用量平均减少了0.483 kg/t(铁),铁水入炉温度提高约60 ℃。同时,确保了100%的“一罐到底”命中率,大幅节省了耐材费用,具有显著的经济效益和社会效益。
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  基于贝叶斯决策模型的热轧卷筒电机故障诊断

  谢丰, 付文鹏, 李阳, 谢向群, 李维刚

  中国冶金. 2021, 31(4): 68-73.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20200514

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  卷筒电机是卷筒的动力来源,对钢卷卷形质量和卷取稳定性有着重要影响。针对热连轧机组卷取工序中卷筒电机的鼠笼条断裂问题,通过从现场采集卷筒电机电流信号,并经过信号截取、滤波、拟合等操作提取出信号特征,利用多元高斯模型进行建模,并基于最小风险的贝叶斯分类算法对其进行故障诊断。试验结果表明,采用最小风险贝叶斯决策模型可以较好地识别卷筒电机的鼠笼条断裂故障,与支持向量机、Fisher等分类器相比,该方法具有较好的分类效果,且通过调节风险系数能够增强对异常样本的捕获能力。
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  热轧H型钢翼缘斜度控制方法及措施

  石雷, 张丽娜, 肖克勇, 潘利, 司冬冬

  中国冶金. 2021, 31(4): 74-76.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20200475

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  介绍了H型钢主流生产工艺和设备特点,针对国内某钢厂大H型钢产线出现的产品翼缘斜度超标现象进行原因分析,结合设备工作特点和现场跟踪表明,H型钢翼缘斜度超标分通长超标和仅轧件头部超标两种情况,通长超标与热轧过程中精轧机轧制线和其前后摆动辊道的相对位置有关,轧件头部翼缘斜度超标与锯切工序设备状况有关,同时轧件温度、矫直条件等对翼缘斜度都有一定影响。通过相应措施的实施,翼缘斜度得到有效控制。
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  基于Faster-RCNN的钢带缺陷检测方法

  寇旭鹏, 刘帅君, 麻之润

  中国冶金. 2021, 31(4): 77-83.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20200506

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  目前实际工业生产中的钢带缺陷检测任务存在数据难以收集、缺陷识别效果较差等问题,为此提出一种基于Faster-RCNN的钢带缺陷检测模型FRDNet。通过k-means聚类获得锚框参数,使生成框更符合目标缺陷类别比例,提高缺陷检测精度;同时利用模型迁移的方式微调网络结构,使钢带缺陷检测模型更快地适应目标缺陷任务。该方法有效解决了目标钢带表面缺陷数据较少的问题,增强了模型的泛化性。试验结果表明,该方法在GC10-DET钢带缺陷数据集上平均精确率均值mAP达67.6%,相较于原始模型提升了4.9%,检测速度为27.2FPS,满足检测任务的要求。
节能环保
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  CaO/SiO₂对钢渣平衡物相的组成及含量的影响

  郝宁, 田志红, 贾雅楠, 孔祥涛, 李海波

  中国冶金. 2021, 31(4): 84-90.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20200504

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  为了提高钢渣的资源化利用率,找到合适的钢渣成分改质工艺,以CaO-SiO₂-MgO-FeO-Fe₂O₃-Al₂O₃六元渣系为研究对象,利用FactSage热力学软件计算并分析了不同w(CaO)/w(SiO₂)组成的模拟钢渣在1 600~200 ℃冷却过程中平衡物相组成和含量的变化规律。得出钢渣的平衡物相主要有Ca₂SiO₄相、Ca₂(Al,Fe)₂O₅相、MgO-FeO固溶体相、f-CaO相、少量的Ca₃MgAl₄O₁₀相以及w(CaO)/w(SiO₂)为2时钢渣中才会析出的Ca₃MgSi₂O₈相。w(CaO)/ w(SiO₂)越低,钢渣析出的有益相硅酸盐相含量越高,而铁酸盐相、MgO-FeO固溶体相和f-CaO相不利于钢渣循环利用的物相含量越低。因此,降低钢渣的w(CaO)/ w(SiO₂)可以改善钢渣在后续处理和使用过程中的易磨性以及安定性。
装备技术
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  大型炼钢厂加料跨行车梁安全性分析

  张弛, 尹晓春, 金腾飞

  中国冶金. 2021, 31(4): 91-96.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20200598

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  针对炼钢厂加料跨行车梁整体框架结构,建立了三维有限元模型,并进行了危险工况下的力学仿真分析。首先采用UG建立三维几何模型,然后将几何模型导入Hypermesh并建立三维有限元模型,最后选择ANSYS中的静力学分析模块完成数值计算。结果显示,加料跨J列行车梁存在局部高应力区,其应力超过强度设计值。经过现场勘测,在与有限元预测的高应力区相对应的位置出现了开裂现象。勘测结果验证了数值分析准确可靠,所建模型成功预警了大型空间复杂结构的安全隐患,为结构设计与修复提供了理论依据。
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  极薄高强钢板辊压式连续淬火装备技术与应用

  付天亮, 田秀华, 邓想涛, 张田, 刘光浩, 王昭东

  中国冶金. 2021, 31(4): 97-101.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20200458

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  极薄高强钢板高平直度淬火是行业技术难题。基于对高效换热和淬火变形机理的新认识,提出宽薄钢板受约束淬火变形机制和低残余应力淬火方法,发明多机架高刚度液压伺服控制辊系、高强均匀阵列射流水刀等核心部件,研制成功国际首套极薄高强钢板辊压式淬火装备和非对称淬火、差速拉伸淬火、逐级约束淬火等淬火新技术,自主集成了3~6 mm极薄超高强钢板热处理工艺技术体系。应用该装备技术后,3 mm钢板淬火不平度不大于3~4 mm/2 m,钢板热处理后切割不变形、焊后180°折弯不开裂,实现批量稳定淬火生产。
铁合金
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  矿热炉自焙电极三维仿真计算及焙烧参数分析

  韵晨成, 李宝宽, 于洋, 刘荫泽, 刘拓, 荣海涛

  中国冶金. 2021, 31(4): 102-109.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20200511

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  以某矿热炉自焙电极为原型,采用多物理场耦合的方法研究自焙电极温度、电流密度和焦耳热分布。为进一步分析电流、筋片长度、筋片数量和电极糊电导率对自焙电极温度分布影响,绘制接触元件部位z=-0.725 m、z=-0.362 5 m和z=0 m截面温度沿x轴分布曲线。研究表明,自焙电极以400 mm/d的速度压放,焙烧区位于接触元件2/3处时,自焙电极强度能够支撑自身重量,不会发生流糊和软断事故;电流为25、55和100 kA时,随着电流增大,电极焙烧区向接触元件上部移动,电极糊电导率取0.5、1.0和2.0倍时,随着电导率的增大,电极焙烧区向接触元件下部移动;而筋片长度和筋片数量对自焙电极温度场影响较小,筋片长度增减100 mm或筋片数量增减2个,焙烧区变化不明显。
有色冶金
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  铜冶炼转炉在线造铜期终点智能判断

  胡金宝, 余向阳

  中国冶金. 2021, 31(4): 110-117.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20200606

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  铜冶转炉吹炼是一个复杂的过程,具有多变量、非线性、强耦合、大惯性和不确定性,机理复杂、物料变化范围大、影响因素多,给吹炼终点预报带来了极大困难。目前国内外铜锍吹炼过程终点判断仍以人工经验判断为主,此方式不仅增加工作强度,且吹炼终点判断严重依赖经验和工作态度,易导致欠吹或过吹等现象,影响正常生产,造成铜损失,严重时甚至发生喷炉事故。为此,利用转炉吹炼的终点与炉内烟气SO₂、O₂含量存在精确对应关系,结合人工经验和转炉工艺原理,在线对造铜期终点实现准确判断。利用SO₂浓度与烟气温度、送风量、送风压力、富氧量、内在因素(原料含硫比、原料重量、原料质量等)的关系实现动态补偿,采用Elman递归神经网络模型实现过程自调整、自学习,使判断准确率达到98%以上,对指导实际生产具有重大意义。
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  钨酸钠浓料铝盐除氟工艺探讨

  赖星任, 张龙辉, 周加坤, 张忠堂

  中国冶金. 2021, 31(4): 118-121.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20200498

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  以黑白钨混合矿碱分解工艺中的钨酸钠浓料液为研究对象,研究了时间、温度、pH、加料量以及三氧化钨浓度对硫酸铝除氟效果的影响。结果表明,在最佳工艺条件下,调节pH为12.7,温度为25 ℃,加料量摩尔分数x(Al)∶x(F)为2.1,反应时间为10 min,三氧化钨浓度为215 g/L,此时溶液中氟浓度可降至100 mg/L以下。进一步研究表明,钨酸钠浓料中三氧化钨浓度越高,硫酸铝除氟效果越差,且会增大除氟渣中钨的含量。
冶金科技英才
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  郑亚杰

  郑亚杰

  中国冶金. 2021, 31(4): 122-122.

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冶金科学技术奖
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  高鲜映性免中涂汽车外板制造关键技术及装备

  中国冶金. 2021, 31(4): 123-123.

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  最高强度与特厚规格热冲压钢研制及其系列化开发

  中国冶金. 2021, 31(4): 124-124.

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