2021年, 第31卷, 第8期　刊出日期：2021-08-15

  

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技术综述
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  TMEIC热连轧数学模型的分析及在中国的应用

  刘文仲

  中国冶金. 2021, 31(8): 1-6.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20210090

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  2006年以来,国内建设的7条2 250 mm热连轧生产线使用的都是从日本TMEIC公司引进的计算机控制系统及其数学模型。到目前为止, 国内有25条带钢热连轧生产线和5条热轧铝板生产线使用TMEIC数学模型。研究与分析TMEIC热连轧数学模型,了解TMEIC模型的技术路线、特点与技术创新点,对于学习、消化和吸收引进的关键技术,使TMEIC模型在中国应用得更好,具有重要意义。
专题研究
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  复合镁质添加剂对球团生产影响的试验分析

  王欣宇, 曾宇, 李林春, 李光森

  中国冶金. 2021, 31(8): 7-10.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20200742

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  球团矿作为一种优质的高炉炼铁原料,其配比不断增加。试验采用复合镁质添加剂代替膨润土,提高球团矿中的MgO含量,考察其对生球质量和球团冶金性能的影响规律和作用机理。试验结果表明,采用复合镁质添加剂代替膨润土后,生球抗压强度略有降低,落下次数变化不大,爆裂温度均高于600 ℃;球团矿的低温还原粉化指数(RDI_+3.15)变化不大,均高于92%,完全能够满足高炉冶炼要求;还原度和还原膨胀性能显著提高,MgO质量分数由0.2%增加到2.0%,球团矿还原度RI由67.58%增加至91.47%,还原膨胀指数RSI由23.51%降低至19.25%。为高炉优化炉料结构、进一步增加球团矿的配比提供支撑。
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  高炉上部炉型对炉料运动影响的数值模拟

  吕坤, 翟延东, 魏国, 储满生

  中国冶金. 2021, 31(8): 11-16.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20210012

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  高炉炉型对炉料在炉内运动规律有着决定性影响。以某企业高炉参数为原型,采用离散元方法对不同炉型条件下炉料运动进行了数值模拟,分析了炉料运动规律及其对矿焦比和孔隙率分布的影响。研究结果表明,在布料条件相同时,炉身角变小后,炉容扩大,炉料运动速度减缓;炉料下降过程中,矿石会向下降最快位置聚集,炉身角减小后,矿石边缘分布趋势更加明显;炉料下降过程中矿石与焦炭混合,孔隙率不断减小。炉身角减小后,炉料下降过程中孔隙率减小幅度变缓。
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  纯氧助燃预热铁包中废钢过程气流特性的数值模拟

  吴冰阳, 翟延东, 邵磊, 魏国

  中国冶金. 2021, 31(8): 17-22.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20210007

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  低热值煤气铁包内燃烧预热废钢是提高转炉废钢入炉量的有效措施之一。基于标准k-ε湍流模型耦合涡-耗散燃烧模型,针对铁包内转炉煤气纯氧燃烧过程进行数值模拟研究,探讨气流分布特性及其对烘烤效果影响。结果表明,纯氧燃烧时高温气流速度大,从料堆中心进入、边缘排出,换热距离大,可有效提高低热值煤气燃烧的热利用效率;燃烧过程中铁包盖-体间隙存在空气卷吸、烟气外溢现象。通过调整煤气流量或出口负压,可减少高温烟气外溢、调节烟气回收温度,实现废钢烘烤的最佳气流分布和效果。本预热装置出口负压为-50 Pa、煤气流量约为3 500 m³/h时综合效果较佳。
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  连铸板坯二冷高温区传热均匀性研究与优化

  潘文峰, 蔡兆镇, 王少波, 朱苗勇

  中国冶金. 2021, 31(8): 23-34.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20210065

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  在板坯连铸过程中,二冷区传热的均匀性对铸坯表面与内部质量均有重要的影响。首先对国内某钢厂二冷各区的喷嘴进行了喷淋性能测试,根据各冷却区喷嘴的布局及2 000 mm×250 mm断面包晶桥梁钢板坯连铸生产过程的各区水量分布,建立了铸坯三维凝固传热有限元计算模型,模拟分析了铸坯在二冷区内的动态凝固传热行为。在此基础上,优化调整了连铸二冷高温区的喷嘴布局。结果表明,某钢厂原二冷区喷嘴布局条件下,其高温区的铸坯表面温度沿其横向波动较大。典型生产工艺下,二冷4区出口处的铸坯宽面表面横向温差最大,即距角部313 mm处的宽面表面温度最高为1 073 ℃,而距角部873 mm处的宽面表面温度最低为996 ℃,温差达77 ℃。而当铸坯进入二冷弧形区时,铸坯表面的横向温度分布逐渐趋于均匀。将二冷2区的喷嘴安装高度由距铸坯表面170提升至200 mm、3区和4区的喷嘴安装高度由距铸坯表面200提升至240 mm,可使铸坯在高温区内的表面横向温差最大值降至30 ℃以下,大幅改善铸坯表面温度分布的均匀性。
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  Cr元素对热轧耐磨钢显微组织和耐磨性的影响

  李冠楠, 宋仁伯, 裴庆涛, 亢庆峰, 孙毅

  中国冶金. 2021, 31(8): 35-39.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20210023

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  对两种热轧耐磨钢(Cr质量分数分别为0和0.65%)经过在线层流冷却后的组织性能进行了研究,使用磨损试验机MLG-130在60 N载荷下进行摩擦磨损试验,利用场发射扫描电镜分别对试样磨损表面进行观察。两种耐磨钢冷却后组织为铁素体和马奥岛,由于Cr元素的加入,含Cr钢组织中以马奥岛为主,体积分数为82.6%。此外,在不同磨损时间下含Cr钢的耐磨性均优于无Cr钢。经过0.5、1和1.5 h磨损后,含Cr钢的磨损失重分别为0.357 8、0.769 5和1.427 2 g,其耐磨性分别为1.40、1.30和1.05 g^-1。无Cr钢磨损表面出现了明显的犁沟和剥落坑,磨损机制主要为微犁削和微断裂。而含Cr钢由于屈服强度和表面硬度更高,塑性变形被抑制,因此磨损表面更加光滑平整,主要磨损机制为微切削和微断裂。
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  热挤压对FGH96镍基粉末高温合金微观组织的影响

  杨杰, 刘光旭, 王文莹, 张晶, 王晓峰, 邹金文

  中国冶金. 2021, 31(8): 40-48.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20210257

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  研究了热挤压温度、挤压比、挤压速度、挤压前预处理对FGH96镍基粉末高温合金微观组织的影响规律,确定了获得晶粒尺寸小于10 μm的超塑性细晶组织的热挤压方法。研究结果表明,热等静压后FGH96合金发生了再结晶,实现了粉末的完全致密化成形,但晶粒大小极不均匀,且存在明显的原始颗粒边界(PPB)缺陷。采用热挤压前预处理工艺在确保合金晶粒不长大的同时,又可使γ'相粗化,显著降低热挤压变形抗力。随着挤压温度的升高,合金晶粒尺寸呈长大趋势。挤压温度为1 080 ℃时,获得平均晶粒小于10 μm的完全再结晶超塑性组织,挤压温度继续升高,晶粒尺寸将明显长大。随着挤压比的增大,挤压载荷明显增大,采用大于6∶1的挤压比,有利于获得平均晶粒小于10 μm的完全再结晶超塑性组织。载荷随热挤压速度的升高而增大,在保证合金组织为细晶的条件下,应尽量选择较低的挤压速度。由于在热挤压过程中合金已发生了完全的动态再结晶,未观察到明显的取向,力学性能测试结果也表明沿着挤压方向和垂直于挤压方向的性能相当,说明不同挤压方向的微织构对性能没有明显影响。
生产技术
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  高压辊磨机边料循环工艺在球团生产中的应用

  许宝科, 胡文祥, 易安南, 潘建

  中国冶金. 2021, 31(8): 49-53.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20200732

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  采用边料循环工艺并结合三钢带式焙烧机生产实践,对高压辊磨机预处理铁精矿进行研究。结果表明,增加高压辊磨边料循环比例,铁精矿的比表面积得到了明显提高,成球性能显著改善。在造球水分为8%的条件下,边料循环50%的铁精矿比表面积、所制备生球以及焙烧球团矿各指标与同配比未经高压辊磨处理的铁精矿相比均有明显提高,铁精矿比表面积增加到1 650 cm²/g,生球落下强度达10 次/(0.5 m),返球率降至15%,成品球团矿抗压强度达到2 678 N,膨润土配比减少1.1 %,满足企业生产要求的同时,实现节能降耗的目的。
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  中天钢铁烧结富氧点火研究与应用

  张俊杰, 裴元东, 龙红明, 刘桐, 刘前, 盛建华

  中国冶金. 2021, 31(8): 54-59.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20210055

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  对于未配置焦化厂的大多钢铁企业而言,其烧结机所用的点火煤气绝大多数为高炉煤气、转炉煤气或二者的混合气体。采用这些低热值煤气点火的烧结,表层烧结矿质量较采用焦炉煤气而言为差。针对此,项目组研发了富氧点火工艺,在中天180 m²烧结机上成功实施。实施后,富氧点火在降低煤气消耗的同时提高了炉膛温度,在富氧300 m³/h条件下,炉膛温度升高15~36 ℃,煤气流量降低250~600 m³/h;同时富氧改善了表层烧结固体燃料燃烧效果,最终降低固体燃耗1.25 kg/t,表层烧结矿强度提升2.27%,内返矿配比降低1%。
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  Q195热轧带钢大型夹杂物来源分析及控制

  王博, 邹平, 孙秀兵, 李建军, 孙立根, 朱立光

  中国冶金. 2021, 31(8): 60-65.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20200716

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  大型夹杂物对热轧带钢表面质量有着重要的影响。采用示踪剂试验、大样电解的方法,对某厂Q195热轧带钢中大型夹杂物来源、成分、含量进行研究,同时对生产过程中钢包、中间包顶渣进行分析。研究结果表明,研究中大型夹杂物主要为Al₂O₃-SiO₂-MnO、SiO₂-MnO复合夹杂和SiO₂夹杂物,粒度为50~2 000 μm,含量为(40 ~145) mg/10 kg,尺寸较大且含量较高,主要源于钢包、中间包顶渣、引流剂卷入。同时发现钢包、中间包顶渣氧含量较高,碱度较低。应对钢包、中间包覆盖剂进行优化,提升碱度,以达到顶渣吸附去除夹杂物的目的。
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  残氧量控制的连续退火炉系统空燃比设定方法

  任伟超, 李洋龙, 王振鹏, 吕剑

  中国冶金. 2021, 31(8): 66-69.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20200696

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  为研究燃气热值波动与烟气中残氧量的关系,提出了一种根据燃气组分确定燃气热值配比的方案,据此计算出燃气热值波动对理论空燃比的影响,进而确定燃气理论空燃比设定的上限和下限。通过分析燃气热值波动对烟气中残氧量的影响,得出残氧量设定范围。首钢京唐公司某机组非直燃式连续退火炉系统空燃比设定值为 4.075,将残氧量设定为 3.4%~4.6%,可以避免因实际空燃比小于系统空燃比设定值而导致烟气中 NO_x含量超标的问题。
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  超薄镀锡基板局部浪形控制技术研究与应用

  刘伟, 王永强, 文杰, 于兴旺, 李权, 孙晴

  中国冶金. 2021, 31(8): 70-76.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20210028

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  某厂在生产超薄规格镀锡基板时带钢边部出现局部浪形,在使用时出现重影、卡机现象,严重影响客户使用。通过对热轧板轮廓、硬度和组织的分析,产生局部浪形主要是由于带钢横向组织存在较大差异,在冷轧过程中由于延伸不均导致带钢边部局部浪形的产生。通过提高热轧终轧温度弥补带钢横向温度差异导致组织的变化,另外结合冷连轧辊形优化,UCM轧机中间辊采用单侧锥度辊形,减小带钢边部压下,使得带钢延伸更均匀,使带钢边部局部浪形由10IU降低至-2IU。
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  Ø75 mm GCr15圆棒材孔型工艺优化及数值模拟

  王青海, 孙世平, 苟复钢, 金启邦, 年国恩, 车巨龙

  中国冶金. 2021, 31(8): 77-82.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20200744

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  西宁特钢精品小棒线在生产Ø75 mm的GCr15热轧圆钢时,发现轧后棒材内部存在中心疏松缺陷,导致棒材精整后超声探伤合格率低。通过修改孔型参数,结合数值模拟研究测试棒材芯部应力及等效应变的变化情况,再经现场生产验证,结合成品棒材超声探伤合格率的分析,来验证优化后的孔型参数是否可行,指导现场生产实践,提高轴承钢棒材的产品质量水平。参数的确定中,对各道次压下量的重新分配,主要是增加了第2道次的压下量,从58增加到86 mm,减小了第4道次的压下量,从58减小到30 mm。优化后的工艺直接从11架出Ø75 mm成品,节约了后2架轧机的能源消耗与轧辊磨损消耗。模拟结果显示第1道次的棒材内部应力由之前的拉应力变为压应力,结合轧制速度的降低,有利于提高棒材芯部质量。实际生产证明工艺优化后低倍质量显著提升,探伤合格率为96.37%,较之前提高3.63%。
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  焊管方型化的连续成型工艺开发研制

  程志彦, 张慧云, 吕坚

  中国冶金. 2021, 31(8): 83-91.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20210189

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  在圆管直缝焊接成形基础上,应用金属变形协调关系,建立圆管方型化的连续变形生产工艺。开发连续成型的孔型系列,建立圆管方型化的塑性变形数学模型;利用有限元对各道次变形关系进行模拟,优化并确定孔型和成形工艺参数,对带材边缘的应力应变进行失稳分析;开发研制方管连续生产机组。针对方管78 mm×78 mm×3.0 mm进行试生产,获得满意结果。经理论与试验比较分析,其结果具有较好一致性,为生产实践奠定了基础。
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  悬索桥用大直径螺杆的生产工艺

  黄安明, 郭瑞, 陈龙, 伏亚锋, 张平, 苏洋

  中国冶金. 2021, 31(8): 92-98.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20210047

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  悬索桥主缆采用AS法架设时,其锚固螺杆将承受较大的股靴拉应力作用。为保证锚固系统的安全,一般可通过增大螺杆直径来提高其承载力。但大直径螺杆制造难度较大,且缺乏成熟的制造工艺。为确定合理的大直径螺杆制造工艺,以阳宝山大桥150 mm的大直径螺杆为例,讨论了悬索桥用大直径螺杆制造工艺。螺杆选材为淬透性能良好的40CrNiMoA钢,分别采用锻造和热轧两种成型方式制备,后采用880 ℃油淬、860 ℃水淬+油冷2种热处理方式处理得到共4组试件,并对试件进行力学性能测试。试验结果表明,热轧和锻造成型后880 ℃油淬处理的2组试件,其综合力学性能不满足产品标准GB/T 3098.1—2010 10.9级要求;热轧和锻造成型后860 ℃水淬+油冷处理的2组试件,其综合力学性能满足产品标准GB/T 3098.1—2010 10.9级要求,抗拉强度不小于 1 040 MPa,规定非比例延伸0.2%的应力不小于940 MPa,-20 ℃吸收能量不小于27 J,且显微组织优良。两种材料成型方式中热轧经济性更好。最终确定大直径螺杆合理的制造工艺为热轧成型、860 ℃水淬+油冷热处理。
节能环保
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  基于LCA钢铁工业环境保护标准体系研究与应用

  高彦鑫, 金晨红, 林翎, 高东峰, 丁爽, 朱艺

  中国冶金. 2021, 31(8): 99-103.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20210163

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  通过分析中国钢铁行业标准化环境管理现状,采用生命周期方法(LCA)、模块化和系统化等理论方法,研究构建中国钢铁工业环境保护标准体系,形成了“5×15”模块化的标准体系结构图。钢铁企业应用标准体系,有利于产业转型升级和高质量发展,减少污染物排放,提高厂区环境保护水平。该研究对于中国钢铁工业实现绿色低碳可持续发展具有指导意义。
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  老化AOD不锈钢渣性质及其淋溶特性

  王唯, 李俊国, 王亚军, 曾亚南, 高爱民

  中国冶金. 2021, 31(8): 104-110.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20210016

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  氩氧脱碳炉(AOD)渣在长期堆存过程中,会经历水化、碳酸化和氧化等一系列的老化作用,这些反应均能影响AOD渣的物化性质及重金属淋溶特性,进而改变其安全资源化利用的潜力。通过控制淋溶液初始pH值和淋溶气氛,对老化10年之久的AOD渣进行了短期静态淋溶试验,并在淋溶过程中检测了浸出液的电化学特性和铬浓度,以此来研究淋溶条件对老化AOD渣中铬淋溶特性的影响规律;采用矿相分析及显微形貌分析研究了淋溶对AOD渣矿相的影响。结果表明,在淋溶过程中,老化AOD渣中的硅酸二钙的质量分数由于发生水化反应而降低;在开放且淋溶液初始pH=2的条件下得到的浸出液pH最低,但仍体现出强碱性;密封淋溶气氛下浸出液的pH比开放条件下高8%~14%;当初始淋溶液pH相同时,密闭条件下浸出液Eh比开放条件下低6~37 mV;长期老化过程中AOD渣中一部分Cr(Ⅲ)被氧化为Cr(Ⅵ),这些Cr(Ⅵ)对淋溶环境的改变较为敏感,在开放的酸性淋溶环境下具有最强的淋溶能力;老化产物对老化AOD渣中剩余的Cr(Ⅲ)产生物理封存作用,使Cr(Ⅲ)的淋溶量较少。
装备技术
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  马钢4 000 m³高炉炉前设备自动化改造实践及思考

  尹晓莹, 范志刚, 项德明, 王成伟, 郑明, 乔红军

  中国冶金. 2021, 31(8): 111-114.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20200717

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  介绍了马钢A高炉(4 000 m³)的炉前设备自动化改造的过程及效果,并从智能化炉前作业方面进行探讨分析。改造实现了炉前三机的HMI手动+操作台手动+遥控功能,极大改善了操作环境,操作更加便捷和安全,并达到了炉前操作减员增效、泥炮的“一键式堵口”、铁口数据库模块化的改造效果。改造后的马钢A高炉,炉前设备自动化、智能化仍有提升空间,可从泥泡自动加泥、开铁口机自动换钎、摆动流槽自动切换3方面入手,提升工作流程的稳定性。目前,出铁场主要生产设备已基本实现远程操作和一键操作,智能化炉前作业已成为炼铁发展的重要方向。
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  米巴赫激光焊机重焊原因分析及其控制

  徐军, 梁亚, 高兴昌

  中国冶金. 2021, 31(8): 115-119.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20200713

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  连续化的生产作业大大释放了生产能力,降低了生产成本。焊机是冷轧连续化生产的根本保证。某钢厂酸轧生产线使用的是米巴赫激光焊机,实际生产中频繁的重焊对生产节奏产生了不利影响,可能导致冷轧工艺不合,出现停车废品。收集数据,使用Pareto图对影响重焊的原因进行了分析。分析发现,焊缝搭接是引起重焊的主要原因。为减少焊机重焊,对焊缝搭接的产生原因和改善措施进行了系统研究。
有色冶金
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  硫化铅精矿搭配硫尾矿渣富氧顶吹炼铅渣型理论分析

  杨伟, 代龙果, 何勇毅, 李玉虎, 张忠堂

  中国冶金. 2021, 31(8): 120-126.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20210068

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  基于富氧顶吹直接炼铅技术,提出硫化铅精矿搭配硫尾矿渣炼铅工艺,以实现硫尾矿渣的综合利用。熔炼过程渣型决定了炉渣的性质,进而影响熔炼过程能否顺利进行。根据熔炼过程渣相组成特点,以PbO-FeO-Fe₂O₃-SiO₂-CaO-ZnO渣系为研究对象,采用FactSage热力学软件计算并绘制该渣系相图。研究温度、w(Fe)/w(SiO₂)、w(CaO)/w(SiO₂)及ZnO质量分数等因素对炉渣熔化温度及液相生成区的影响。理论研究表明,w(CaO)/w(SiO₂)的变化对炉渣熔化温度的影响与w(Fe)/w(SiO₂)不同,且w(CaO)/w(SiO₂)影响更为显著。炉渣中ZnO质量分数在6%~14%范围内增大时,炉渣的熔化温度变化较小;但当ZnO质量分数进一步增大时,炉渣的液相区逐步减小。在保证熔炼过程顺利进行的前提下,渣中ZnO的质量分数可控制在8%~10%范围内,有利于增大炉渣的液相区面积。验证试验表明,在熔炼温度为1 150 ℃、w(CaO)/w(SiO₂)= 0.3、w(Fe)/w(SiO₂) =0.8条件下,采用富氧顶吹熔炼处理硫化铅精矿搭配硫尾矿渣可顺利进行,熔炼过程金属直收率为8%,渣中铅质量分数可达49.12%,烟尘率为13.18%。
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  稀土Ce对锌电积用Pb-Ag-Ca-Sr四元合金阳极板性能的改进

  李彦龙, 李银丽, 陈向东, 焦晓斌, 王长征, 王宏伟

  中国冶金. 2021, 31(8): 127-131.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20200728

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  Pb-Ag-Ca-Sr四元合金具有较好的力学性能、导电性能和耐腐蚀性能,但合金元素分布不均、性能不稳定、稀贵金属损耗大、制作成本高,制约其在湿法炼锌电积阳极的广泛应用。通过熔炼工艺向Pb-Ag-Ca-Sr四元合金中添加稀土Ce,然后进行轧制,分别考察稀土Ce对Pb-Ag-Ca-Sr四元合金显微组织、力学性能、导电性和耐腐蚀性能的影响。结果表明,添加质量分数为0.04%的稀土Ce后,Pb-Ag-Ca-Sr四元合金的晶粒明显得到细化,抗拉强度、屈服强度和电导率分别提高9%、23%和1.75%,耐腐蚀性能也得到明显提高,稀土Ce对Pb-Ag-Ca-Sr四元合金阳极材料综合性能提升作用强于轧制工艺。
冶金科技英才
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  麻晗

  中国冶金. 2021, 31(8): 132-132.

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冶金科学技术奖
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  面向多品规高精度轧制的CSP过程控制系统关键技术

  中国冶金. 2021, 31(8): 133-133.

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  基于特征单元的连铸凝固过程热模拟技术及装备

  中国冶金. 2021, 31(8): 134-134.

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