2021年, 第31卷, 第6期　刊出日期：2021-06-15

  

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技术综述
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  推进中国钢铁行业低碳发展的碳排放标准思考

  李新创, 李冰, 霍咚梅, 李晋岩

  中国冶金. 2021, 31(6): 1-6.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20210171

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  为进一步推动中国钢铁行业绿色低碳可持续发展,制定适合中国钢铁行业现状并引领行业发展的碳排放标准势在必行。在简要总结国内外碳排放标准工作研究进展的基础上,基于中国钢铁行业低碳领域标准体系现状,分析了钢铁行业碳排放标准制定的必要性,结合冶金工业规划研究院提出的“C+4E”目标体系框架,给出对未来中国钢铁行业相关碳排放标准制定工作的思考和建议,以期促进中国由冶金大国到强国的快速跨越。
专题研究
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  白云鄂博高品位混合稀土精矿特性分析

  马升峰, 孟志军, 王振江, 夏郁美, 黄继民, 许延辉

  中国冶金. 2021, 31(6): 7-13.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20200638

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  随着稀土选矿技术的日趋进步,白云鄂博稀土精矿的品位提升至65%以上,且可进行大规模的生产应用。以白云鄂博高品位混合型稀土精矿为研究对象,采用XRD、EDS、SEM、AMICS等表征手段对高品位稀土精矿进行系统研究。研究结果表明,高品位精矿中REO品位为67.96%,轻稀土元素占稀土总量的98.65%,属典型富铈低钇型轻稀土,矿中的钙、氟、磷杂质含量明显降低;稀土精矿主要由氟碳铈矿、独居石、萤石、磷灰石构成,稀土主要赋存于氟碳铈矿和独居石,其总质量分数为92.55%;氟碳铈矿和独居石与萤石、铁矿石、硅酸盐、碳酸盐矿物连生,连生关系复杂。高品位稀土矿的特性研究对稀土资源高效综合利用具有一定指导意义。
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  冶金用耐火材料与铁水相际间运动的电现象

  张媛媛, 何志军, 陈文, 杨鑫

  中国冶金. 2021, 31(6): 14-18.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20200625

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  钢铁冶炼过程中,耐火材料与钢液(铁水)界面间存在的电场将影响两相间的润湿、溶解以及化学反应等界面作用。为明确钢液(铁水)与耐火材料间因相对运动所引起的摩擦起电行为,进行低温流体流动带电试验和热态模拟试验。由低温流体流动带电试验可知,随着搅拌速度的增加,流体与石墨容器因摩擦起电所产生的静电电压逐渐增大;不同种类的流体因其密度、黏度以及流体内部含有的杂质、离子数量不同,流动所产生的静电大小差别明显。由热态模拟试验可知,流动的铁水与耐火材料会产生摩擦起电,且随铁水流动速度的增加,由此产生的静电增大;不同种类的耐材与流动的铁水产生的静电大小各异,与其自身理化性质有关。
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  广义帕累托分布在轴承钢夹杂物评价方面的应用

  徐林红, 罗海文

  中国冶金. 2021, 31(6): 19-25.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20200629

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  通过ASPEX试验检测技术与广义帕累托分布(GPD)模型,分析了中国和日本4批超洁净GCr15轴承钢中的TiN夹杂、氧化物夹杂与硫氧复合夹杂3种类型夹杂物的数据。发现所有钢中TiN夹杂物均可通过GPD模型计算出最大夹杂物极限尺寸,但氧化物夹杂、硫氧复合夹杂则在某些情况下由于数据中存在少量远大于平均值的极端值而无法得到极限尺寸;这是由于氧化物夹杂在产生后上浮的过程中可能由于偶然的碰撞、聚集长大至很大尺寸,硫化物容易包裹氧化物形成较大的硫氧复合夹杂物,而微米级的TiN多是在钢水凝固过程中析出的,聚集长大可能性小。另外,GPD模型计算结果表明,转炉工艺对于氧化物夹杂的尺寸控制较电炉工艺为优;但硫氧复合夹杂物的尺寸与冶炼工艺的关系更为复杂,无明显规律。
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  多向锻造对超高强度不锈钢组织及力学性能的影响

  冷焕辉, 刘振宝, 梁剑雄, 王晓辉, 杨志勇, 罗海文

  中国冶金. 2021, 31(6): 26-33.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20200630

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  通过光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、背散射电子衍射(EBSD)、透射电子显微镜(TEM)对多向锻造淬火后的马氏体超高强度不锈钢的显微组织进行定量表征,分析多向锻造对试验钢显微组织的影响;同时进行力学性能测试,分析多向锻造对试验钢力学性能的影响,讨论不同强化机制对试验钢强度的贡献。结果表明,随着锻造道次的增加,试验钢的原奥氏体晶粒、马氏体板条束(Packet)、板条块(Block)尺寸均逐渐细化,5个道次后原奥氏体晶粒从226.1细化到3.2 μm,Packet尺寸从106.1细化到2.9 μm,Block尺寸从2.3细化到1.5 μm;试验钢的力学性能显著提升,屈服强度由1 030增加至1 175 MPa,冲击功吸收功由140增加至194 J,伸长率也从9.3%增加到了11.6%;试验钢强度的提升主要归功于位错强化与细晶强化并以位错强化为主,且位错强化与细晶强化并不遵从线性叠加强化机制,而更接近均方根叠加机制。
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  无取向Fe-3.3%Si钢带材温拉伸变形行为分析

  包立, 王连刚, 史现利, 庞洪轩, 梅瑞斌

  中国冶金. 2021, 31(6): 34-38.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20200624

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  利用电子试验机对热轧后Fe-3.3%Si钢开展了温度范围为250~700 ℃及应变速率为0.001~0.1 s^-1的单向拉伸试验,并对其拉伸后断口形貌和微观组织进行了观测与分析。结果表明,随着变形温度的升高,抗拉强度显著降低,伸长率呈指数增加;变形温度较低时,材料发生明显的加工硬化,非均匀塑性变形阶段较短,温度升高至550 ℃时,材料发生了明显的动态回复和动态再结晶;拉伸速率较低时断口存在明显的韧窝,与低温时发生的剪切断裂相比,温度较高时,韧窝基本与拉伸方向一致,属于拉伸断裂;变形速率较高时,断口出现部分河流花样准解理断裂,解理面由表面到芯部逐渐分层,形成了解理台阶或撕裂棱,多层解理面之间存在部分韧窝;拉伸过程中芯部变形量大,组织主要表现为变形带,温度较低时,表面组织为被拉长的晶粒,变形温度较高时,表面有大量的等轴晶。研究结果对硅钢温变形组织性能控制及温轧工艺制定和优化具有重要理论意义。
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  热处理工艺对高C-Cr高强耐磨钢组织和性能的影响

  马胜宾, 滕敦波, 王俊翔

  中国冶金. 2021, 31(6): 39-44.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20200620

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  设计了一种高C-Cr高强耐磨钢,测试了末端淬透性,研究了不同热处理工艺对微观组织演变和性能的影响,测试了力学性能和耐磨损性能,利用SEM和TEM表征了微观组织。试验结果表明,随距离淬火端距离的增大,试验钢的硬度呈现单调递减的趋势,0~2.5 cm为硬度平缓降低阶段,布氏硬度在63~65HRC的区间。马氏体淬火+回火处理后,试验钢基体组织主要为马氏体板条,板条尺寸大小不一。经贝氏体等温淬火处理后,贝氏体板条相互平行,板条尺寸平均。贝氏体板条间存在薄膜状的残留奥氏体,贝氏体板条内部存在长度为100~150 nm的碳化物析出相,析出相与贝氏体板条呈60°取向排列。磨损过程中,达到800转时,马氏体基体试验钢失重168 mg,贝氏体基体失重192 mg,增加了14.28%,马氏体基体的耐磨损性能更高。而贝氏体基体的力学性能却明显高于马氏体基体,屈服强度达到1 955 MPa,抗拉强度达到了2 485 MPa,伸长率仍然达到了7%。
生产技术
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  炼焦煤镜质体反射率及其分布图辨识与分析

  贺佳, 史永林, 李昊堃, 李波, 梁哲

  中国冶金. 2021, 31(6): 45-53.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20200622

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  为了更好地解析炼焦煤的镜质体反射率及其分布图,阐述了各类混煤的镜质体反射率分布的形态和特征,提出一种直观辨别镜质体反射率分布图中凹口的方法。分析了各类混煤在炼焦配煤中的作用——天然的简单无凹口混煤可视为单一煤层煤;1个凹口的相同煤阶的混煤可视为简单无凹口混煤;天然的1个凹口的相邻煤阶的混煤可视为介于两种相邻煤阶间的一种过渡性煤种;1个凹口的相间煤阶的混煤其适配性不好,配入后会导致焦炭质量波动;2个及2个以上凹口的混煤多为人工混配制得,其适配性较差,对配煤炼焦具有一定的危害性。各类混煤在新资源开发引进过程中应着重考察其与现行配煤体系的适配性。
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  首钢高炉新炉料结构下球团技术的探索与应用

  胡长松

  中国冶金. 2021, 31(6): 54-60.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20200590

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  以首钢京唐钢铁厂高炉大比例球团矿炉料结构为背景,以京唐二期球团带式焙烧机生产线为研究对象,在试验研究和工艺设备等方面阐述了首钢京唐高炉大比例球团矿炉料结构下的带式焙烧机工艺和设备的创新点和优势。生产实践结果表明,生产出了超低硅高碱度球团矿,2条线均日产量为12 500 t,碱度为1.1~1.2,SiO₂质量分数为2.0%,TFe品位为66.0%,抗压强度在3 100 N/P以上,还原膨胀率为17.5%。在3座5 500 m³高炉中高比例使用2种球团矿,入炉比例达55%,高炉渣量从280降低至215 kg/t以下,燃料比从505降低至483 kg/t,取得了显著的经济效益、社会效益和环境效益,推广应用前景广阔。
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  炉缸焦炭状态与炉况运行间关联性分析

  张立国, 刘宝奎, 王亮, 张伟, 李仲

  中国冶金. 2021, 31(6): 61-67.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20200643

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  为了研究炉缸内焦炭存在性状与炉况运行状态之间关系,采用炉内径向取样技术,通过对不同大型高炉炉缸区域所取焦炭的堆积程度、粒级存在状态、自身成分与结构以及热态性能等进行检测与分析,并统计出此阶段高炉运行指标,回归出炉缸焦炭存在状态与炉况运行指标间关联性规律。分析结果表明,炉缸内焦炭粒度每增加1 mm,约可提升喷煤量4.66 kg/t,降低燃料消耗4.77 kg/t,同时大型高炉要想获得较好的运行效果,死料柱内的渣、铁滞留量还应严格控制在45%以内。这也验证了良好高炉运行状态下,除应选用优质原燃料入炉,用以减轻炉内焦炭熔损程度,强化料柱功能外,还应在操作中贯彻以风量及风压为优先调剂举措,用于改善炉缸活跃程度。
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  RH真空冶炼过程中锰损

  贾刘兵, 季晨曦, 董文亮, 罗衍昭, 徐海卫, 邓小旋

  中国冶金. 2021, 31(6): 68-72.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20200653

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  为了减少RH真空冶炼过程中钢水锰元素偏差和提高最终产品性能的稳定性,采用直读光谱仪对不同条件下RH真空冶炼镇静钢与非镇静钢锰损情况开展研究。结果表明,RH真空冶炼过程中锰损存在4种形式,与钢水中自由氧反应烧损、钢渣界面反应、合金粉末抽吸、真空锰挥发;随着钢水中锰含量增加、真空时间延长,钢水温度和氧化性提高,RH真空锰损逐渐增加;真空度小于1 000 Pa时,RH真空锰损随真空度的降低而降低,而当真空度大于1 000 Pa时,继续降低真空度,RH真空锰损几乎不变。通过降低RH真空度、进站锰含量和温度、减少RH真空处理时间等措施,RH结束目标锰的质量分数±0.01%命中率接近100%。
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  退火温度对非调质960 MPa高强钢组织和性能的影响

  申强, 刘志璞

  中国冶金. 2021, 31(6): 73-76.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20210164

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  为了稳定热轧高强钢的组织和性能,需进行退火处理。了解不同的温度对组织的影响规律至关重要,为此对相同终轧温度条件下退火温度对非调质960 MPa高强钢组织和性能的影响进行研究。结果表明,试验钢在不同退火温度下处理后,均得到回火马氏体组织,并出现明显的纤维组织,使得马氏体板带具有明显的方向性,且随着退火温度的升高马氏体组织粗化。经不同退火温度处理后,试验钢的强度在RD方向(轧制方向)的下降趋势低于TD方向(轧件宽度方向),说明TD方向的强度对温度变化较敏感;同时随着退火温度的升高,伸长率和冲击韧性在RD方向为先升后降,在TD方向伸长率持续升高,冲击韧性几乎不变。综合考虑,确定退火温度为500 ℃时为最佳退火工艺方案。
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  板坯非正常角部横裂纹产生原因分析

  马静超

  中国冶金. 2021, 31(6): 77-81.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20210149

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  针对板坯连铸出现的非正常角部横裂纹,采用光学显微镜及扫描电镜等方法对缺陷进行分析。结果表明,角部横裂纹产生的原因是由于连铸机0~1段区域东侧外弧线偏差过大,造成铸坯角部在结晶器内轻微扭曲凹陷,进而热阻增加,冷速降低,形成粗大的奥氏体晶粒及超厚的沿晶先共析铁素体异常组织,恶化基体高温塑性,在后续受力过程中沿晶开裂,形成严重的角部横裂纹。通过调整铸机外弧线偏差,裂纹发生比例由60%降低到了5%以内。
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  轧制工艺对高强耐候钢板形控制的影响

  焦安杰, 张盛攀, 李燕春, 陈亮, 刘健

  中国冶金. 2021, 31(6): 82-86.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20200635

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  某钢厂在生产高强耐候钢过程中,出现的主要问题为3.0 mm以下偏薄规格存在双边浪,平整后浪形无法消除。通过研究机架间变形均匀性及层流冷却均匀性,分析了导致高强耐候板形不良的主要原因为层流冷却不均。通过优化设备状态,调整轧制工艺,研究了改善机架间变形不均及层流冷却不均的方法。研究表明,通过降低轧制速度及终轧温度、调整层冷模式等方式,可以降低层流冷速,提高层流冷却均匀性,层流冷却入口横断面温差降低15~20 ℃,采取以上措施后试验卷板形获得极大改善,板形不良卷比例由70%~80%降至2%~4%,满足现场生产要求。
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  宽厚板压力矫平压下模型理论建模与有限元分析

  江连运, 王萍, 李恒, 卫垚宇, 薛志伟

  中国冶金. 2021, 31(6): 87-91.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20210026

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  宽厚板压力矫平过程由于缺少精准可靠的压力矫平模型,工艺参数的设定主要依靠人工经验,制约了生产效率和产品质量的提升。针对实现全自动压力矫平关键瓶颈问题——压力矫平模型进行研究。采用弹塑性力学理论,结合压力矫平过程的特点,建立宽厚板压力矫平数学模型;在材料力学性能参数、初始平直度或曲率已知的情况下,自动计算出压平力、压头行程等参数;根据压力矫平模型计算出的数据,采用有限元方法模拟压力矫平过程,获得板材各节点位置和位移数据,计算出压力矫平后宽厚板的平直度。结果表明,各种工况下宽厚板的平直度小于2 mm/m,优于宽厚板的交货标准,证实了模型的可靠性。
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  高锰钢辙叉铸造缺陷分析及提高冶金质量策略

  林军科

  中国冶金. 2021, 31(6): 92-100.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20200670

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  高锰钢辙叉是铁路系统的关键组成部分,常采用铸造方式生产。然而,受到设备和技术水平等因素的限制,铸造过程所产生的缺陷问题常导致高锰钢辙叉报废、寿命短等问题。对利用传统V法造型方式生产的高锰钢辙叉的铸造缺陷进行了分析,发现铸造缺陷主要是由局部缩松以及混入钢液的包底砂、造型砂和脱氧产物所形成的夹杂物引起。提出了提高高锰钢辙叉冶金和铸造质量的相关策略,通过控制冒口数量、分布以及真空负压,采取钢包底吹氮并改进钢包底部结构的工艺方法,显著减少了高锰钢辙叉表层和芯部的铸造缺陷。
节能环保
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  低碱度含FeO渣热分解H₂O/CO₂制取H₂/CO

  李向阳, 李鹏, 国宏伟, 闫炳基

  中国冶金. 2021, 31(6): 101-107.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20200636

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  以转炉钢渣为原料,通过高温重熔获得不同碱度渣样并开展H₂O/CO₂氧化试验,在获得H₂/CO气体能源的同时改善渣样磁性,提升渣综合利用率。试验结果表明,随着碱度增加,析出主要物相从橄榄石到镁蔷薇辉石最终向硅酸二钙转变,与此同时,固溶在其中的RO相逐渐溶出。相同亚铁含量下,高碱度渣样能够大幅度改善氧化反应效率,碱度1.83渣样最高产气量为H₂ (32.3 cm³/g)、CO (22.1 cm³/g),反应率分别达到了83.7%、57%,碱度1.13的渣样反应率分别仅为 40.5%、32%。氧化后的渣样磁选效率均有提高,碱度2.13渣样从14.85%增加到78.75%。
装备技术
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  基于双旋流形式的烧结燃烧器结构优化

  包向军, 林琦, 王恒达, 陈光

  中国冶金. 2021, 31(6): 108-113.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20200596

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  纯烧高炉煤气烧结燃烧器存在燃烧不稳定和脱火现象,降低了高炉煤气的燃烧效率。为了解决上述问题,提出一种新型双旋流燃烧器,模拟了该燃烧器内部的燃烧流动规律,并分析了双旋流形式对燃烧性能的强化效果。结果表明,模型可准确预测烧结料面处的温度分布,与现场实测数据的平均误差为5.3%;双旋流燃烧器可有效提升高炉煤气的燃烧效率,相比同工况下的单旋流燃烧器,其料面温度提高140 ℃,CO未燃率降低15.9%。研究结果可为现有烧结设备的性能提升和节能改造提供一种有效途径。
冶金科技英才
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  柯尊凤

  中国冶金. 2021, 31(6): 114-114.

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冶金科学技术奖
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  超薄宽幅高品质冷轧板带工业化生产关键技术开发

  中国冶金. 2021, 31(6): 115-115.

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  柔性化45 m/s高速棒材关键技术与装备的开发及应用

  中国冶金. 2021, 31(6): 116-116.

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