2022年, 第32卷, 第11期　刊出日期：2022-11-15

  

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技术综述
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  中国钢铁工业互联网发展现状及思考

  刘文仲

  中国冶金. 2022, 32(11): 1-5.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20220380

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  近年来钢铁行业工业互联网建设取得显著成绩。从自主研发工业互联网平台,关键技术研究和路径探索,加快打造工业互联网、赋能钢铁行业数字化转型方面对中国钢铁工业互联网的发展现状进行总结。工业互联网在钢铁行业的主要应用模式有智能化生产、数字化管理、网络化协同、规模化定制,中国钢铁工业互联网的建设与应用仍然处于初级阶段,在平台方面,面临着关键技术存在短板、通用化解决方案不能完全满足用户定制化场景需求等问题;在应用方面,还需要持续拓宽工业互联网应用场景。继续攻坚关键技术、提高工业软件开发能力、提升工业APP开发应用能力、降低对国外工业软件的依赖程度,应成为钢铁工业互联网研发的持久性工作。需要开拓更广阔的应用空间,使工业互联网创造更大的价值。
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  不锈钢表面激光熔覆强化层研究现状与展望

  魏瑛康, 刘瑶珊, 王岩, 张亮亮, 王建勇, 刘世锋

  中国冶金. 2022, 32(11): 6-17.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20220337

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  不锈钢是推动现代工业发展的关键金属材料之一。在重载、盐雾、空化、高温等恶劣工作环境下,不锈钢材料存在耐磨损、耐腐蚀、抗空蚀、抗高温氧化等表面性能不足的问题,限制了其更为广泛的应用。激光熔覆技术是近年发展较为迅速的绿色表面改性技术,其熔覆层具有组织致密且均匀、晶粒细小、膜基结合强等优点,已被广泛应用于不锈钢表面强化领域。对影响熔覆层质量的关键工艺参数与送料方式进行研究,归纳熔覆层表面强化研究现状,总结激光熔覆技术的工业应用和新型激光熔覆复合技术,进而对激光熔覆技术发展趋势及应用前景进行展望。
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  MnS夹杂物诱发钢材点蚀综述

  胡锦榛, 任英, 张继, 张立峰

  中国冶金. 2022, 32(11): 18-31.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20220425

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  MnS夹杂物诱发钢材点蚀,对钢材服役寿命、工作生产安全和社会经济发展产生巨大危害。首先,分析了MnS夹杂物诱发钢材点蚀的机理,包括电偶腐蚀机理、S和Cl^-协同作用机理、封闭区域加速点蚀机理、贫铬区机理和微缝隙机理;其次,汇总了MnS夹杂物大小、形貌、分布,Cl^-浓度、温度和应力对MnS夹杂物诱发钢材点蚀的影响;然后,总结了钢材防腐蚀的常用措施;最后,展望了防止MnS夹杂物诱发钢材点蚀的未来研究方向。
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  LF精炼自动控制技术发展与展望

  冯梦龙, 林路, 赵舸, 何赛, 刘亚琴

  中国冶金. 2022, 32(11): 32-40.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20220395

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  LF精炼过程的规范化、自动化、智能化会提高精炼控制水平、提升钢产品的市场竞争力,也符合目前打造智能工厂、实现智能生产的发展趋势。概述了LF精炼自动控制技术的国内外发展状况,对国内外LF精炼自动吹氩、电极自动控制、温度预报、成分预报和控制、脱硫造渣、脱氧造渣的控制系统/模型及应用情况进行了梳理和分析,着重总结了上述技术的应用现状和优缺点;阐述了LF精炼过程实现自动控制的研究进展及发展趋势,展望了LF精炼自动化炼钢发展途径及前景,可为后续LF精炼过程实现自动化精准控制提供参考。
专题研究
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  煤中挥发分对热解过程的行为影响分析

  彭学诚, 苏耀, 郭汉杰, 李彬, 黄富鑫, 郭靖

  中国冶金. 2022, 32(11): 41-49.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20220420

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  较高的还原温度易造成结圈,使回转窑直接还原铁工艺发展受限,为此,需研究低温条件下煤中还原性气体释放和铁矿石的还原过程。通过热重分析仪-傅里叶红外光谱仪-质谱仪(TG-FTIR-MS)联用方法分析不同挥发分煤的热解特性和铁矿石还原过程。结果显示,高挥发分煤在热解过程中具有更加优越的反应活性,随着挥发分的提高,煤中还原性气体的释放温度更低,释放含量更高。整个热解过程中有机气体主要为CH₄、CH³⁺碎片、苯、甲苯以及同系物;无机气体为SO₂、CO、CO₂、H₂O。高挥发分煤种的还原性气体CO释放温度较低。此外,热解过程中,高挥发分煤种表观活化能更低,热解过程更容易进行;相较于无烟煤,采用烟煤还原铁矿石时还原反应进程更快,还原过程更加彻底。为此,采用高挥发分煤种进行煤基还原将会为有效降低煤基还原温度提供新思路。
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  回旋区深度对上部炉料运动影响的模拟分析

  翟延东, 魏国, 石凯, 邵磊

  中国冶金. 2022, 32(11): 50-55.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20220394

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  冶炼实践已证实,高炉回旋区形状和大小影响上部炉料的运动,进而影响煤气流分布及煤气利用率。已有研究多集中在回旋区形状、大小与高炉生产指标的关系,对相关影响机理和规律较少有深入分析。针对此问题,建立二维狭槽半高炉模型,采用离散单元法(DEM)对回旋区深度与炉料形态、混合程度、径向矿焦比的关系进行数值模拟探索。模型中考虑了炉料颗粒在下降过程中的粒度变化,利用离散单元法-计算流体力学(DEM-CFD)耦合方法得到料柱孔隙率分布特征。结果表明,随着回旋区深度增加,料批下降趋向均匀,料层倾斜程度减小,块状带下部炉料混合程度减小;随着料批的下降,矿石相对于焦炭逐渐向中心偏移,回旋区深度对料批径向矿焦比分布无明显影响;块状带整体孔隙率随回旋区深度增加而减小,变化幅度在2.1%左右;回旋区深度较大时,软熔带会有孔隙率较高的区域(较宽焦窗)。
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  偏心底吹氩钢锭流场及混合特性数值模拟

  钱云强, 郑淑国, 朱苗勇

  中国冶金. 2022, 32(11): 56-64.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20220354

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  针对钢锭模内钢液流场及混匀特性,提出钢锭偏心底吹工艺,以某厂40 t钢锭为研究对象,采用Fluent软件研究了底吹流量、底吹位置对锭模内钢液流场及混合特性的影响规律。结果表明,偏心底吹氩钢锭内形成非对称循环流,气-液两相流在到达冒口区之前,两相区在径向不断扩大;其到达冒口区后,两相区变小。当底吹气量(氩气流量)小于40 L/min时,锭模内尚未形成明显的完整循环流;当气量增至60 L/min时,锭模内才形成完整循环流。整体上,混匀时间随气量增加呈减小趋势,但存在一个最佳混匀气量;随着底吹位置距锭底中心距离增加,混匀时间呈减小趋势。根据本研究,最佳的混匀底吹位置为距锭底中心1/2半径处。
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  冷却条件对EH40钢板坯表层奥氏体晶粒长大的影响

  秦汉伟, 肖炯, 王迎春, 徐国栋, 仲红刚, 翟启杰

  中国冶金. 2022, 32(11): 65-72.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20220376

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  铸坯表层异常长大的奥氏体晶粒是产生横裂纹的重要原因之一,研究冷却过程对其生长行为的影响对科学制定连铸工艺、降低铸坯裂纹敏感性有重要意义。采用原创连铸坯凝固过程热模拟方法,再现了EH40低碳船板钢板坯的凝固过程,观察在传统板坯连铸条件下,2种结晶器冷却强度对铸坯表层奥氏体晶粒长大行为的影响。结果表明,在结晶器冷却阶段,热模拟坯表层5 mm的绝大多数奥氏体晶粒短轴尺寸均不超过0.5 mm,但已出现粗大晶粒,且强冷条件下奥氏体晶粒尺寸平均值和极大值均更大,分别为弱冷条件下的2.5倍和2.0倍。在足辊区到矫直点区间,表层奥氏体晶粒生长非常缓慢,平均尺寸仍未超过0.5 mm。矫直点处,结晶器强冷热模拟坯表层20 mm的晶粒短轴最大尺寸为2.2 mm,为弱冷条件下的1.7倍。综上,奥氏体晶粒在连铸不同阶段表现为不同的生长行为,且采用结晶器弱冷更有利于EH40钢板坯获得相对细小的表层奥氏体晶粒。
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  不锈钢复合板热疲劳性能分析

  王小勇, 王卫华, 丁文华, 马长文, 罗家明, 潘涛

  中国冶金. 2022, 32(11): 73-78.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20220601

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  利用冷热疲劳试验机模拟分析了冷热循环对不锈钢复合板热疲劳性能的影响,并采用扫描电镜、电子探针和电子背散射衍射仪对热疲劳试样V形缺口及裂纹区域的形貌和成分进行了深入分析。结果表明,不锈钢复合板热疲劳试样经 20~550 ℃ 7 500次冷热循环后,结合界面处V形缺口区出现微裂纹,且微裂纹起裂于V形缺口尖端基层侧。随着冷热循环的继续进行,微裂纹向基层内扩展,但并非沿着结合界面处扩展,而是沿着基层侧扩展。此外,热疲劳裂纹的起裂和扩展与氧化和应力作用有关,微裂纹起裂于热疲劳试样 V 形缺口区域基层侧表层局部氧化孔洞,并在冷热循环的应力作用下向基层内扩展,同时加剧氧化。随着冷热循环的继续进行,晶界氧化逐渐加剧,导致微裂纹扩展成更为明显的裂纹。
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  Q390高强抗震钢板残余应力检测方法对比及分析

  李佳蕊, 杨忠民, 李昭东, 曹燕光, 张建卫, 张松闯

  中国冶金. 2022, 32(11): 79-87.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20220382

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  利用盲孔法、X-Ray法、中子衍射法和超声法对Q390高强抗震板及U形弯曲件进行残余应力检测,并对这4种方法测试得到的应力结果进行分析研究。结果表明,以上4种检测方法均要考虑其特定的检测应用范围,X-Ray法针对钢板表面下微米级深度的微米级晶格尺度范围局部点应力进行检测,中子衍射法可在毫米级尺度局部区域进行应力检测,盲孔法反映的是因毫米尺度钻孔导致的钢板表面孔周边的应力变化,超声法则可以通过连续扫描检测整个钢板残余应力的宏观分布变化。因此,对于工业钢板,超声法测试残余应力更加科学、合理、准确。同时,通过U形试样建立稳定的应力应变场,利用超声设备使用不同参考态对Q390高强抗震板弯曲件及退火弯曲件进行测试,结果表明,测试参考态的选取对应力测试结果影响很大,材料各向异性的影响对应力测试结果不可忽视。
生产技术
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  高炉喷吹煤配加供料系统除尘灰可行性分析

  王刚, 徐坤, 王广伟, 吴耀春

  中国冶金. 2022, 32(11): 88-96.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20220441

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  除尘灰的合理利用一直是钢铁厂面临的问题之一,近年来国内重点钢铁企业都在将干熄焦除尘灰配入喷吹煤中进行高炉喷吹,实现了除尘灰的资源化利用。为了明悉不同除尘灰进行高炉喷吹时工艺性能的区别,提升高炉消纳除尘灰的能力,对首钢京唐公司所产干熄焦除尘灰CC9、供料系统除尘灰C8和CCJ1及其与煤粉混合喷吹的可行性进行分析,并根据研究结果在首钢京唐3号高炉进行工业试验。研究结果表明,3种除尘灰均具有高固定碳含量和低的挥发分,燃烧性能比高炉喷吹煤粉差,在配加比例不超过5%情况下,干熄焦除尘灰CC9混煤与供料系统除尘灰C8以及CCJ1混煤燃烧曲线接近,供料系统除尘灰可以配加到煤粉中进行高炉喷吹。从工业试验结果来看,配加5%供料系统除尘灰对高炉喷吹煤粒度、除尘灰成分以及高炉炉况和燃料消耗均不会造成较大影响,可以替代干熄焦除尘灰,弥补除尘灰高炉喷吹资源缺口。
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  新钢基于多元数据采集的电弧炉炼钢过程能量监控系统

  李志慧, 杨凌志, 胡航, 李勃, 郭宇峰

  中国冶金. 2022, 32(11): 97-105.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20220477

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  电弧炉炼钢过程中能量多元且复杂,采用单一的数据采集方式不能满足对电弧炉炼钢过程各工序能量构成分析要求。通过多元数据采集方式,准确采集电弧炉炼钢过程各工序实际生产数据,并使用Visual Studio 2013、Microsoft SQL Server 2012数据库等软件建立电弧炉炼钢过程能量监控系统。该系统通过实时动态采集到的电弧炉炼钢过程各项冶炼数据,量化电弧炉炼钢过程各工序能量,实现电弧炉炼钢过程能量监控;对电弧炉炼钢过程各工序能量消耗、能量流动、能量利用等方面进行分析,为电弧炉生产过程能量高效利用提供理论依据。
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  38CrMoAl钢精炼过程夹杂物生成及演变规律

  耿鑫, 宋波, 刘涛, 陈永峰, 许国方, 黄雁

  中国冶金. 2022, 32(11): 106-114.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20220419

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  国内某厂冶炼38CrMoAl高铝钢时由于钢中非金属夹杂物超标而导致的钢材质量不达标情况时有发生。该钢的工业试验采用了“转炉(LD)-LF精炼(铝脱氧及合金化、高碱度渣精炼)-RH真空精炼-软吹-连铸”工艺流程。为了更好地去除钢中非金属夹杂物,采用分级分段的取样方法对工业试验进行取样,从而对钢中非金属夹杂物生成原因以及演变规律进行研究。结果表明,采用高碱度渣精炼可以有效降低夹杂物中Al₂O₃的质量分数,使之改性为钙镁铝酸盐夹杂物;RH软吹时夹杂物平均成分落在液相线内。
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  热连轧精轧高速钢轧辊重复上机初始辊形预报

  王文广, 徐芳, 李兴波, 李东宁

  中国冶金. 2022, 32(11): 115-120.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20220597

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  针对热连轧精轧高速钢轧辊重复上机时存在残留磨损辊形和残留热辊形影响初始辊形的问题,分析了残留磨损辊形和残留热辊形对板形控制精度的影响及难点,得出轧辊温度场是高速钢轧辊重复上机初始热辊形最佳表征方式的结论,提出高速钢轧辊下机后空冷过程温度场建模思路,并建立轧辊空冷过程温度场计算模型。在此基础上,基于热连轧生产线二级系统框架,研究形成了高速钢轧辊重复上机初始辊形预报技术设计方案,并在首钢京唐公司1 580 mm热连轧生产线应用。应用结果表明,该技术对实现热连轧精轧高速钢轧辊更高效应用和提高板形控制精度有显著效果。
装备技术
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  基于深度学习的带钢精轧过程自由宽展预测

  张峥, 仲兆准, 李阳, 章顺虎

  中国冶金. 2022, 32(11): 121-127.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20220385

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  为提高带钢精轧过程宽度的控制精度,以实际生产数据为驱动,建立深度学习网络模型,对自由宽展进行预测。采用拉伊达准则对实际生产数据进行清洗,对清洗后的数据进行相关性分析,并提取相关系数大于给定阈值的特征。基于预处理后的特征数据,对深度学习网络进行训练,建立自由宽展预测模型。针对测试实例,分别采用该模型与传统数学模型进行预测,并从均方误差、最大偏差以及误差分布等多个方面进行对比分析。结果表明,所建立的深度学习预测模型,具有更高的预测精度和更好的性能指标。
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  内燃式热风炉燃烧器结构优化

  祝浩钧, 苏福永, 康振, 房琳芳, 温治

  中国冶金. 2022, 32(11): 128-134.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20220416

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  针对内燃式热风炉在燃烧期烟气中CO含量超标问题开展研究工作,提出一种改进型的矩形燃烧器结构,在煤气通道中加入挡板来改变高炉煤气的流动方向。以某公司3号高炉热风炉为研究对象,建立了内燃式热风炉矩形燃烧器和燃烧室的三维模型。利用CFD模拟技术对矩形燃烧器的原始结构和改进后的结构进行燃烧模拟,在矩形燃烧器中加入的煤气挡板分别采用45°、60°、75° 3种倾斜角度放置,分析在不同倾斜角度下的温度场和CO浓度场。与原始结构的结果进行对比,结果表明,优化结构之后燃烧室出口截面的温度场中高温区范围有所扩大,两端眼角处的CO平均体积分数有一定程度减少。当煤气挡板的倾斜角度为60°时出口截面平均温度上升最大,平均温度从1 669 K上升到1 676 K,出口烟气中的CO平均体积分数下降最多,CO平均体积分数从0.007 028%下降到0.005 678%。
有色冶金
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  耐腐蚀摩托艇ADC12-0.5La铝合金微观组织及制备

  吴昊, 刘旻

  中国冶金. 2022, 32(11): 135-141.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20220377

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  为改善ADC12铝合金的耐腐蚀性能,通过超声熔铸法制备ADC12-0.5La铝合金,并利用光学显微镜、扫描电镜、能谱分析仪、硬度计、浸泡腐蚀试验和电化学工作站研究了T6热处理和稀土La改性对ADC12铝合金的微观组织、硬度和耐腐蚀性能的影响。结果表明,T6态ADC12-0.5La铝合金微观组织明显细化,α-Al尺寸减小,形貌变圆整,共晶Si相和AlFeMnSi相细化为短棒状。相比于ADC12铝合金,T6态ADC12-0.5La铝合金硬度达到117.7HV,提高了26.8%,腐蚀电流密度降低了10.7%,腐蚀电位上升了64.4%,腐蚀速率降低了54.4%,腐蚀表面平坦且光滑,表现为较轻微的晶间腐蚀。T6态ADC12-0.5La铝合金提高了腐蚀电位,Al-La-Cu稀土相阻碍了电子移动,铝合金的耐腐蚀性能得到大幅度提高。
冶金科技英才
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  刘志伟

  刘志伟

  中国冶金. 2022, 32(11): 142-142.

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冶金科学技术奖
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  高端板带连续生产线激光电弧复合焊接新技术研发与应用

  中国冶金. 2022, 32(11): 143-143.

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  1 780 mm冷连轧机组交直交传动系统的研发和应用

  中国冶金. 2022, 32(11): 144-144.

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