2022年, 第32卷, 第10期　刊出日期：2022-10-15

  

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  氧化物冶金之探析

  赵沛

  中国冶金. 2022, 32(10): 1-6.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20220563

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  对利用微细氧化物钉扎奥氏体晶界和诱导晶内针状铁素体进行了理论分析,认为氧化物主要是钢液的脱氧产物,具有尺寸大、体积分数小的特征,既不能有效钉扎奥氏体晶界,也难以促进针状铁素体在奥氏体晶粒内形成。微细的氮化物可以在钢中大量析出,符合有效钉扎奥氏体晶界和诱导针状铁素体的要求。
技术综述
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  基于5G软件定义钢铁工业控制系统的设计与实现

  王军生, 刘佳伟, 孙瑞琪, 张岩, 吴晓宁, 秦大伟

  中国冶金. 2022, 32(10): 7-12.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20220717

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  钢铁领域的设备控制通常由可编程逻辑控制器(PLC)执行。随着工业智能化改造深入推进,基于硬件的PLC已无法满足智能制造的需求。为此,提出一种基于5G云架构的软件定义控制系统,对软件定义PLC控制系统的系统架构、5G通信网络、云平台进行深入研究,并通过实际场景对云化软件定义PLC控制的可行性进行验证。实际应用结果证明,该系统满足对工业厂区控制系统的高性能接入、传输、计算、存储的需求,实现了工业自动化生产全流程统一云化管控的能力。
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  17-4PH马氏体沉淀硬化不锈钢表面防护技术研究进展

  王岩, 屈栋, 魏瑛康, 张亮亮, 王建勇, 刘世锋

  中国冶金. 2022, 32(10): 13-24.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20220159

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  17-4PH马氏体沉淀硬化不锈钢具有良好抗衰减性能、抗腐蚀和抗空蚀性能以及优异的力学性能,在核能、海洋和航天等工业领域有广泛应用。由于长期服役于高温、腐蚀、冲击和摩擦的复杂环境中,17-4PH零部件表面受到水蚀、空蚀、腐蚀和摩擦磨损等严重破坏,亟需开展针对性防护研究。为此综述了目前17-4PH不锈钢表面防护的研究进展,主要从表面强化、表面改性和表面涂敷3个角度分析其优缺点、应用现状,并对其未来发展趋势进行展望。
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  汽车悬架用弹簧钢55SiCr制备技术的研究进展

  孙萌, 姜周华, 李阳, 陈常勇, 陈奎, 龚伟

  中国冶金. 2022, 32(10): 25-37.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20220358

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  悬架弹簧钢是汽车悬架系统的重要部件,研发高性能汽车悬架弹簧钢制备技术对于推动特殊钢材料的国产化有着重要的意义。从洁净度控制、组织性能调控和表面脱碳控制3个方面介绍近年来汽车悬架弹簧钢55SiCr制备技术的最新进展。在洁净度控制上,对弹簧钢中夹杂物的控制方向、脱氧工艺、精炼渣和耐火材料等相关研究进行介绍。在组织性能调控中,重点介绍作者所在研究所在悬架弹簧钢55SiCr热处理工艺改进与优化上的探索,比较了淬火-回火、等温淬火和淬火-配分工艺对悬架弹簧钢55SiCr力学性能的影响。表面脱碳控制的相关研究表明,在进行热处理或热加工的过程中,应尽量避免在低于弹簧钢奥氏体/铁素体转变温度(约800 ℃)附近停留,虽然较高的温度有利于避免全脱碳,但是出于晶粒粗化、能耗和氧化等方面的考虑,热处理温度不宜高于1 100 ℃。
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  多源冶金粉尘资源化研究现状及展望

  刘超, 张玉柱, 王峰, 许美新, 邢宏伟, 康月

  中国冶金. 2022, 32(10): 38-44.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20220365

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  钢铁生产流程中产生了大量冶金粉尘,其中含有丰富的铁、碳、锌、铅和钾等元素,具有非常高的回收利用价值。基于多源冶金粉尘产生工序及成分组成,介绍现阶段冶金粉尘主要资源化工艺,包括水洗提盐富铁工艺、回转窑工艺、转底炉工艺、熔融还原工艺以及湿法深度资源化工艺,分析不同冶金粉尘资源化工艺流程和原理,讨论不同工艺应用的特点和局限性。基于冶金粉尘全量资源化理念,进一步展望多源冶金粉尘火法富集、湿法提取全量资源化工艺,为实现冶金粉尘深度高附加值利用、消除冶金粉尘二次污染提供参考。
专题研究
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  Y-S-O三维稳定相图及夹杂物形成机理

  陈跻, 朱航宇, 郑志豪, 李建立, 宋明明

  中国冶金. 2022, 32(10): 45-51.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20220273

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  基于Fe-Y-S-O体系热力学数据,采用Matlab软件绘制了1 873 K温度下Y-S-O三维稳定相图,该相图可直观地反映元素变化规律和夹杂物析出顺序。结果表明,Fe-Y-S-O体系中含钇夹杂物主要包括Y₂O₃、Y₂O₂S、YS和Y₂S₃。常规炼钢工艺下Y₂S₃夹杂物较难形成,通常含钇夹杂物以Y₂O₃、Y₂O₂S和YS为主;当硫质量分数大于0.07%时,Y₂S₃夹杂物才能生成。稀土钇加入钢液后,首先形成Y₂O₃夹杂物,而后与硫反应生成Y₂O₂S夹杂物,最后形成YS夹杂物,随着氧质量分数的降低,含钇夹杂物转变路径为Y₂O₃→Y₂O₂S→YS。由于基础热力学数据对Y-S-O体系稳定相图影响较大,目前报道的稀土钇在钢中热力学数据的可靠性仍需探讨,一次和二次相互作用系数亟需补充和完善。
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  退火工艺对Nb-V微合金化双相钢组织性能的影响

  高永旭, 汪水泽, 褚晓红, 唐梦霞, 高鹏飞, 赵征志

  中国冶金. 2022, 32(10): 52-60.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20220342

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  为了进一步提升双相钢性能、探究Nb-V元素复合添加对双相钢组织性能的影响,在实验室研发了Nb-V微合金化的冷轧双相钢。利用连退模拟试验机、扫描电镜等设备,系统地研究了退火温度和过时效温度对双相钢组织性能的影响。结果表明,抗拉强度和伸长率随着退火温度的升高变化不大,屈服强度在组织中铁素体含量明显减少后有显著提升;Nb、V元素的添加细化了组织,可以提高综合性能。随着过时效温度的升高,试验钢主要组织由起初低温时的淬火马氏体+回火马氏体变为高温时的粒状贝氏体,残余奥氏体比例也逐渐增大。高温过时效时,试验钢强度的降低主要由回火马氏体的软化造成;低温过时效时,V析出量的增加也对试验钢的强化起到了重要作用。
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  不同冷速凝固的Mg-9Gd-0.8Al合金固溶行为及组织性能

  张安国, 任广笑, 管仲, 罗沛霖, 王红霞, 牛晓峰

  中国冶金. 2022, 32(10): 61-68.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20220305

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  为了探究Al元素在不同冷却速度下对Mg-9Gd合金组织细化效果及其对后续固溶处理的影响,利用铁模和铜模重力铸造制备了铸态Mg-9Gd-0.8Al合金,之后进行10~50 h的固溶处理。采用OM、SEM、TEM、EDS及XRD等方法研究了冷却速度对Mg-9Gd-0.8Al合金凝固和固溶行为及组织力学性能的影响。结果表明,铁模和铜模制备的铸态Mg-9Gd-0.8Al合金组织均由α-Mg基体、花瓣状(Mg, Al)₃Gd相、细条状Mg₅Gd相和方块状Al₂Gd相组成。铜模相比于铁模冷却速度加快,制备的合金基体晶粒和第二相显著细化,第二相体积分数总量增长幅度达56.1%。2种模具制备的合金固溶10 h后,Mg₅Gd相溶解、(Mg, Al)₃Gd相部分溶解、高熔点Al₂Gd相无变化,晶粒内析出层片状(Mg, Al)₂Gd新相,第二相总量趋于相等。固溶50 h后,(Mg, Al)₂Gd层片相回溶,残余(Mg, Al)₃Gd相发生熔断呈颗粒状,铜模制备的合金第二相颗粒比铁模的更细小。细晶强化和第二相强化使铜模制备的铸态合金性能较铁模制备的合金性能大幅提高,固溶10 h后合金屈服强度提升,伸长率基本不变。固溶处理50 h后,固溶强化、细晶强化和细小颗粒的第二相强化使铜模制备的固溶50 h态合金获得最优性能,屈服强度、抗拉强度和伸长率分别为141 MPa、234 MPa和22.4%。
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  韩国彩涂板产品发展动态分析

  郑瑞, 代云红

  中国冶金. 2022, 32(10): 69-74.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20220505

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  建筑、装饰和家电用彩涂板变化频繁, 市场周期相对较短,要求企业必须加速产品更新。韩国是主要的彩涂板生产国,也是中国彩涂板产品第一大进口国。近年来,韩国彩涂板重点生产企业加强了高端产品的开发和品牌营销,从技术、功能、设计到涂层,每个环节都围绕消费需求升级创新。对韩国重点企业通过品牌持续实现高端化的战略进行介绍,并对近年韩国彩涂板产品的开发重点进行分析,指出其通过打造彩涂板高端品牌以及与下游行业深度融合,赋予产品高端、绿色和生态友好等鲜明的标签,从而在日益趋同的竞争环境中凸显差异化,增强企业的竞争优势。其产品开发动向和品牌营销策略可为国内彩涂板产品的开发和市场拓展提供参考。
生产技术
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  基于MIV-GA-BP模型预测烧结矿FeO含量

  张智峰, 刘小杰, 李欣, 吕庆, 陈树军, 刘然

  中国冶金. 2022, 32(10): 75-81.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20220307

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  工艺绿色化、装备智能化、产品高质化已成为当前钢铁行业主要发展目标。作为影响烧结矿性能的重要指标之一,FeO的含量不仅影响烧结矿还原性的高低和烧结过程的能耗,而且在一定程度上影响高炉间接还原、燃料比等指标。针对目前研究过程中存在的数据量少、工艺结合不紧密、特征选择方法针对性不强等问题,提出了基于MIV-GA-BP算法的烧结矿FeO含量预报模型。以承钢3号烧结机1年的生产数据作为研究基础,首先选取BP神经网络作为深度学习模型,然后利用遗传算法的特点解决了网络调参难等问题,成功构建了基于遗传算法优化的BP神经网络模型。在特征选取阶段将MIV算法的优越性与工艺理论相结合,选取了拥有更好解释性的参数作为模型的输入,此方法提高了模型预测准确率,成功实现了烧结矿FeO含量的预测。上线测试结果表明,误差允许范围内模型命中率达到87.9%,对现场烧结生产具有更好的指导性。
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  沙钢2号高炉炉役后期的护炉及强化冶炼

  卢瑜, 杜屏, 常李, 周大勇, 张国良

  中国冶金. 2022, 32(10): 82-88.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20220330

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  沙钢2号高炉经过炉役初期2年多的强化生产后,面临炉缸侧壁温度升高和技术经济指标逐年下滑的难题。结合理论公式和实际生产经验,分析了料柱透气性的影响因素以及炉缸活性的影响因素,提出了钛矿分级护炉的措施。实践表明,通过稳定焦炭用料结构、稳定焦炭质量、加强槽位管理、加强筛分管理来把好原料关,同时提高顶压降低煤气流速,可以提高料柱的透气性,为鼓风动能的提高创造条件;通过缩小风口面积、增加风量可以提高鼓风动能;通过炉渣镁铝比的精细化控制可以改善炉渣黏度,从而提高炉缸活性。同时,适当结合钛矿分级入炉,实现了高炉炉役后期炉缸侧壁温度的下降和技术指标的回升。
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  基于人工神经网络模型的Ti-6Al-4V合金离子氮化层厚度、硬度预测

  朱硕, 王哲, 贺瑞军, 王赟, 张允胜, 周舸

  中国冶金. 2022, 32(10): 89-96.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20220406

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  利用人工神经网络技术研究Ti-6Al-4V合金离子氮化层厚度、硬度与热处理工艺参数之间的关系。以钛合金离子氮化工艺试验为基础,构建以离子氮化温度、保温时间、压力为输入参数,离子氮化层厚度、硬度为输出变量的3层BP神经网络模型,探究模型学习训练过程的最优化算法与神经元个数,预测合金离子氮化层厚度与硬度值。预测结果表明,该模型的综合复相相关系数为0.978 45,网络预测值与样本值相似度较高。获得该合金最优化离子氮化工艺区间,温度为850~880 ℃,保温时间为16 h,压力为200~300 Pa,合金氮化层厚度大于85 μm,硬度大于1 000HV。从而可为钛合金复杂零件离子氮化工艺-组织-性能控制研究提供新的方法与思路。
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  IF钢轿车外板表面短线缺陷形成机理及改进措施

  王畅, 于洋, 倪有金, 王林, 付光, 李金宝

  中国冶金. 2022, 32(10): 97-104.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20220569

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  为了减少IF钢轿车外板表面短线缺陷,采用热重分析仪、扫描电镜和电子探针从无限冷硬轧辊的组织及其氧化特性的角度对IF钢轿车外板表面短线缺陷形成机理进行研究。结果表明,IF钢轿车外板表面短线缺陷呈现疤体形貌特征,疤体周围开裂区域存在氧化铁皮残留,疤体内微量元素呈现出高镍、低铬和低硅的特点,与无限冷硬轧辊表层组织的成分存在明显的对应关系;无限冷硬轧辊表层组织存在耐磨颗粒尺寸不均和石墨相球化不完全等问题。由此提出IF钢轿车外板表面短线缺陷主要源自轧制过程中无限冷硬轧辊在使用时表层氧化铁皮剥落和热疲劳开裂的交互作用。采取优化热轧排产制度和精轧机组负荷、加强对轧辊质量轧辊冷却水和润滑剂的管控以及提高轧辊表面质量等改进措施,效果良好。
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  钛合金异形薄壁壳体铸造工艺数值模拟及优化

  陈正阳, 杨树峰, 谢锦丽, 于鸿垚, 毕中南, 张继

  中国冶金. 2022, 32(10): 105-110.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20220309

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  为解决钛合金精密铸造产品合格率低、试验优化周期长的问题,以某钛合金异形薄壁件为研究对象,采用逆向工程手段优化浇注系统设计。结合ProCAST有限元分析软件确定铸件缺陷分布位置,依据铸件缩松分布情况对铸造方案进行迭代优化,解决铸件承力板区域缩孔问题。根据优化结果进行生产验证,结果表明,钛合金铸件采用真空熔模铸造方案,铸件上、下端分别设置3处浇/冒口时,模拟结果显示铸件凝固过程整体温度分布合理,铸件中的缩孔均被优化剔除。该工艺方案可行性高,试制件无损检测结果与数值模拟结果吻合度高,铸件成形质量、冶金质量均达到预期效果。
节能环保
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  典型钢铁企业全流程的氮素流及其含氮污染物减排潜力分析

  田国, 高成康, 张溪溪, 李晓军

  中国冶金. 2022, 32(10): 111-120.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20220381

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  针对钢铁生产全流程产生的NO_x造成的环境污染问题,依据NO_x生成机理及元素流分析方法,建立钢铁生产全流程氮素流分析模型。应用该模型,以某典型钢铁企业实际生产数据为样本,分析钢铁联合企业的氮元素流动特征,讨论钢铁生产全流程中排放的含氮污染物及废气NO_x的产生、脱硝及排放情况。研究结果表明,钢铁企业输入的氮素主要来源于高炉鼓风和各工序燃烧所需的空气(99.655%),输出的氮素主要以N₂形式(82.917%)排放至大气,全流程内的氮素主要以煤气和工序产品形式循环;钢铁企业排放的含氮污染物以废气NO_x(97.982%)为主,高炉炼铁工序废气NO_x排放量最高;钢铁企业产生的废气NO_x主要来源于焦炭(56.84%)和煤炭(28.91%),其中24.23%的NO_x经脱硝后转化为N₂排放至大气。对钢铁生产全流程氮素流及含氮污染物的排放、控制及相关政策开展研究,提出合理建议,对中国环境保护和钢铁行业的绿色发展具有重要意义。
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  高炉喷吹垃圾焚烧飞灰预处理工艺分析

  平晓东, 王锋, 王海风

  中国冶金. 2022, 32(10): 121-128.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20220326

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  为了解决高炉协同处置垃圾焚烧飞灰时氯负荷高的问题,以去离子水作为洗脱剂,通过考查不同水洗条件(水灰比、水洗时间、水洗温度、水洗次数)下垃圾焚烧飞灰中Cl元素和重金属元素的脱除效果,对飞灰高炉焚烧固化预处理中的工艺参数进行研究。结果表明,飞灰中Cl主要以NaCl、KCl、CaClOH的形式存在。在高炉协同处理前水洗预处理的适宜条件为水灰比为4 ml/g、水洗时间为5 min、水洗温度为25 ℃、水洗1次。在此条件下飞灰中Cl脱除率为86.45%、Zn脱除率为4.77%、Pb脱除率为35.65%、Cu脱除率为7.63%、Cr脱除率为9.71%。水洗后飞灰的配加比例、单位时间喷吹量、喷吹速度需按企业自身情况确定。在高炉喷煤比为139.12 kg/t(Fe)和飞灰喷吹量为喷煤量的1%条件下,由水洗后飞灰带入高炉的Cl质量为0.078 kg/t(Fe)、Zn为9.74×10^-3 kg/t(Fe)、Pb为1.53×10^-3 kg/t(Fe)、Cu为8.35×10^-4 kg/t(Fe)、Cr为9.88×10^-5 kg/t(Fe),远低于一般高炉熔炼要求,可以满足高炉正常运行需求。
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  含油污泥铁组元的高效分离及其制备复合纳米催化剂

  范晓慧, 武楷佳, 甘敏, 唐庆余, 孙增青, 季志云

  中国冶金. 2022, 32(10): 129-135.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20220371

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  钢铁含油污泥是轧钢工艺过程中产生的一种危险性废物(HW08),其资源化利用难度大。采用碱洗法对含油污泥进行分离处理,并将分离所得的铁组元制备成复合纳米催化剂。碱洗脱油研究表明,当温度为80 ℃、碱溶液/含油污泥的质量比为1∶2、碱浓度为15%、反应时间为1 h时,含油污泥的脱油率达到94.14%,并得到铁质量分数为62.49%的固相。将脱油后的含铁固相通过共沉淀方法,得到粒径约为8 nm的磁性纳米Fe₃O₄,并与硅藻土通过溶剂热法制备了复合纳米催化剂,应用于罗丹明B催化降解,其降解率达到99.53%。本方法实现了对含油污泥的无害化处理和资源化利用。
装备技术
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  底卸式环冷机热机耦合变形有限元分析

  靳洪涛, 刘隆建

  中国冶金. 2022, 32(10): 136-142.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20220339

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  炼铁过程中,烧结矿的冷却及余热回收工艺主要依靠环冷机实现。烧结矿初入环冷机时温度可达520 ℃,经环冷机回转1周冷却后,温度降低至120 ℃以下。明显的温度梯度导致环冷机的不均匀热变形,严重时会引起运行失稳、卡轨等问题。因此,对常见的底卸式环冷机作业过程中的温度场及热机耦合变形的分析具有重要的工程意义。首先采用流场分析软件,对环冷机内烧结矿的冷却过程进行分析,将烧结矿温度场施加于环冷机有限元模型中,计算环冷机整体结构的温度场和热机耦合变形。为了验证有限元分析结果,对现场运行的环冷机表面温度场进行了实时测量,测量结果表明有限元的温度场分析结果较为准确。数值仿真结果表明,底卸式环冷机的整体温度较高,隔温效果差。由于鼓风冷却作用,温度自上至下呈递减趋势,同一高度上的局部区域内温度变化不大。环冷机热机耦合变形明显,最大变形发生于高温区的内圈侧轨处,总位移达到91 mm,水平位移达22 mm。底卸式环冷机的工作温度高,热变形明显,需要进行进一步的优化改进,实施更新换代。
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  钢管斜辊矫直机辊形的一种空间算法及应用

  肖伟

  中国冶金. 2022, 32(10): 143-149.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20220320

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  矫直辊是斜辊矫直机上用于矫直钢管的工模具,辊形为特殊曲面,辊形设计直接决定了矫直效果。介绍了钢管斜辊矫直的工作原理及对矫直辊辊形的理论要求,选取了研究对象并建立坐标系,以矫直辊和基准钢管的空间接触曲线几何特性分析为基础,通过一系列数学路径,推导出空间接触曲线、辊形曲面、辊形母线的方程式,对辊形曲面的几何性质进行了描述。将所描述方法推导出的空间接触曲线方程式和基于共轭运动啮合原理算法推导出的空间接触曲线方程式进行了统一,实现了算法间的理论印证。利用推导出的方程式,对某一规格矫直机的辊形母线进行了数据计算和数值处理,介绍了数值处理的方法及效果。将该算法在某新建工程的3台矫直机辊形设计中进行应用,现场检测表明,在基准条件下,设计的辊形和样管的接触度良好,生产中矫直效果良好。
冶金科技英才
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  孙宪进

  孙宪进

  中国冶金. 2022, 32(10): 150-150.

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冶金科学技术奖
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  高炉两段式煤粉喷吹理论与关键技术及其配套装备

  中国冶金. 2022, 32(10): 151-151.

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  钢铁烟气多功能高效低耗超低排放关键技术集成与应用

  中国冶金. 2022, 32(10): 152-152.

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