2025年, 第35卷, 第1期　刊出日期：2025-01-15

  

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综述
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  高炉炼铁智能化发展的探讨与展望

  刘小杰, 李天顺, 李欣, 段一凡, 李红玮, 吕庆

  中国冶金. 2025, 35(1): 1-14,31.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20240391

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  钢铁行业是国家经济发展的重要建设基础和工业化支撑,直接影响国民生活水平和国家安全。为积极响应中国的“碳达峰、碳中和”与可持续发展政策,中国钢铁行业未来的转型方向将聚焦于高质量发展、绿色生产、智能制造和提升国际竞争力,以实现碳减排和可持续发展的目标。作为钢铁生产的重要一环,高炉炼铁领域已基本具备完整的自动化系统,产生了大量的生产数据。为了将这些数据服务于高炉炼铁智能化,推动高炉炼铁可持续发展,围绕高炉智能化方向。通过数据治理技术对数据进行清洗,可以提高数据质量,为后续分析提供可靠基础。基于生产过程中的重要参数,利用大数据分析及人工智能技术,建立关键变量的数字孪生模型。可以在冶炼过程中针对多个目标进行实时监测、分析和预测,结合智能化的控制策略和优化算法,实现多目标的协同优化,从而可以在确保生产安全的前提下提高生产效率、降低成本。利用数据中台对高炉炼铁产生的数据进行整合、分析、应用、共享等,可以提升高炉炼铁的智能化水平和生产效率。最后,总结了高炉炼铁智能化方向存在的问题,并在结论中探讨了解决方案,希望能够为高炉炼铁行业的智能化转型升级提供指导,推动钢铁行业的可持续发展。
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  不锈钢复合板的焊接工艺研究现状及进展

  李小兵, 束长荣, 陆立婷, 陈程, 郑传波, 镇凡, 麻晗

  中国冶金. 2025, 35(1): 15-31.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20240411

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  为了给不锈钢复合板焊接工艺优化和质量控制提供理论依据,综述了其结构特点、制备技术和焊接工艺。首先,分析了不锈钢复合板的层状结构特征,介绍了复合板的常见制备方法与过程。然后,分析了不锈钢复合板的焊接特性和工艺难点,从不锈钢复合板焊接接头结构设计入手,讨论了焊接方法、焊接材料、焊接坡口、焊接顺序以及焊接前/后处理等有关因素对焊接接头组织性能的影响,研究了焊接过程组织演变规律及其与焊接接头各项性能的关系,总结了不锈钢复合板焊接性能调控的研究现状。进一步地,根据焊接技术发展,探讨了不锈钢复合板焊接采用的新方法、新材料,阐述了焊接工艺研究的数值模拟方法及应用。最后,对不锈钢复合板的焊接工艺方法和性能控制措施进行了展望。
专题研究
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  高炉喷吹焦炉煤气的热量补偿及碳素消耗计算

  张淑会, 吴硕轩, 郄亚娜, 魏航宇, 吕庆, 孙艳芹

  中国冶金. 2025, 35(1): 32-39.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20240423

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  与天然气和纯氢气体相比,焦炉煤气是钢铁厂副产煤气,且产量稳定、成本低,是目前可用于高炉喷吹的最具有潜力的富氢还原气体。为了获得高炉喷吹焦炉煤气操作的基础理论数据,计算了焦炉煤气适宜的喷吹量、不同热量补偿方式下的操作条件,并对比分析了不同操作条件下高炉的碳素消耗情况。以某钢铁厂2 500 m³高炉生产用原燃料和操作条件为基础,建立了喷吹焦炉煤气高炉的质能平衡模型。根据有氢参与的高炉Rist操作线理论,循环迭代计算了铁的直接还原度,并将其用于物料和热平衡计算。建立了喷吹焦炉煤气高炉的全炉热平衡和高温区热平衡模型,计算了不同喷吹量和操作条件下高炉的能量利用系数和热能利用系数,并讨论了相应的碳素消耗及减排情况。结果表明,单独喷吹焦炉煤气时,焦炉煤气喷吹量提高,使炉腹煤气量增加,导致高炉的理论燃烧温度降低;同时直接还原耗热降低、炉顶煤气温度升高,使得热能和能量利用系数均降低。吨铁喷吹1 m³焦炉煤气可以使理论燃烧温度降低约0.9 ℃,提高富氧率和风温是喷吹焦炉煤气高炉最有效的热量补偿手段。喷吹焦炉煤气可获得降低高炉燃料比、减少综合碳素消耗和碳排放的效果。在同样的焦炉煤气喷吹量下,要达到喷吹焦炉煤气前的理论燃烧温度,需要更高的富氧率。富氧率提高0.91%,对应的吨铁焦炉煤气喷吹量可以增加10 m³。风温提高,高炉可以接受的焦炉煤气喷吹量增加,且对高炉的热量和能量利用系数影响很小。计算条件下,当风温为1 250 ℃、焦炉煤气喷吹量为100 m³时,焦比降低55.4 kg/t,焦炉煤气与焦炭的置换比约为0.55 kg/m³。焦炉煤气喷吹量增加,高炉综合碳素消耗下降。选择适宜的喷吹焦炉煤气喷吹量要在保持高炉顺行的同时,考虑降本、增产带来的经济效益,以及节约能耗潜力和企业的供氧能力等因素。
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  高炉球墨铸铁冷却壁长寿实践

  肖学文, 邹忠平, 牛群, 许俊, 谭海波, 刘向辉, 刘晶波

  中国冶金. 2025, 35(1): 40-51,109.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20240399

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  为提高高炉球墨铸铁冷却壁的使用寿命,首先通过理论分析从相变破损、化学侵蚀、力学性能等多方面对其破损机理进行了讨论;其次通过数值模拟的方法,对球墨铸铁冷却壁进行了传热分析;最后根据理论分析并结合生产实践,给出长寿高炉铸铁冷却壁的管控措施,并提出铸铁冷却壁高炉的长寿理念和建议。研究和实践均证明,冷却壁壁体长期工作在400 ℃以上是球墨铸铁冷却壁破损最主要的原因;将优秀的设计与良好的操作相结合,合理控制边缘煤气流分布、减小冷却壁铸造水管气隙厚度、提高冷却壁承受热负荷能力,使冷却壁壁体温度长期工作在400 ℃以下,提高“湿区”冷却壁的挂渣能力,是球墨铸铁冷却壁实现长寿的关键。提出的球墨铸铁冷却壁长寿理念和建议,可为高炉设计、操作提供指导。
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  适用于煤气喷吹的低碳高炉理论模型

  贺坤, 王刚, 邹忠平, 赵运建, 牛群, 许俊

  中国冶金. 2025, 35(1): 52-60,69.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20240382

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  受能源结构、资源禀赋约束,中国钢铁工业以传统高炉-转炉长流程为主的工艺结构短期内难以根本性改变。面向以煤气喷吹为核心的低碳高炉技术,构建了一种基于气固换热及反应动力学的理论模型,模型中考虑了气固换热、矿石还原、焦炭溶损、炉料软融、渣铁滴落等过程对炉内气固相间相互作用的影响。利用所建模型计算了国内某2 300 m³大型高炉的冶炼过程参数,得到的炉腹煤气量、炉顶温度等特征参数与生产数据一致。模型进一步被用于研究某2 300 m³高炉在富CO煤气喷吹工况下不同喷吹量对炉内煤气流分布及温度分布状态的影响规律,结果表明,煤气进入高炉后,有助于发展炉内间接还原,高炉上部煤气温度和炉料温度均随喷吹量的增加而升高,炉内压差略有下降。研究工作为后续低碳高炉技术的参数设计提供了理论依据。
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  CSP工艺生产SPHE钢精炼过程夹杂物的演变

  谯德高, 王海东, 张乐儒, 姚莹, 田树坤, 于彦冲

  中国冶金. 2025, 35(1): 61-69.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20240369

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  国内某钢厂采用BOF-LF-RH-CSP工艺生产SPHE钢,为控制钢液的洁净度,对SPHE钢精炼过程中夹杂物类型、数量和尺寸的变化规律进行了研究。结果表明,在整个精炼过程中,夹杂物实现了Al₂O₃→高Al₂O₃含量的MgO·Al₂O₃尖晶石→CaS·C₁₂A₇·MgO·Al₂O₃复合夹杂物(C₁₂A₇为12CaO·7Al₂O₃)的变质过程。夹杂物数量密度从LF进站的97个/mm²降低至RH出站的12个/mm²,平均尺寸由5.2 μm逐渐降低至1.5 μm,钢液洁净度显著提升。热力学计算结果表明,在1 873 K时,精炼过程中的[Al]质量分数为0.021 6%~0.053 3%时,生成MgO·Al₂O₃的稳定区间所对应的[Mg]质量分数为0.000 032 3%~0.001 800 0%;RH出站时[Al]质量分数为0.053 3%,当[Ca]质量分数为0.000 24%~0.000 87%时有利于生成液态的12CaO·7Al₂O₃(C₁₂A₇);精炼过程中MgO·Al₂O₃的生成趋势强,其为复合夹杂物CaS·C₁₂A₇·MgO·Al₂O₃的形核核心。通过建立夹杂物演变的动力学模型,揭示了BOF-LF-RH-CSP工艺下精炼过程中夹杂物演变规律。研究结果为提高CSP工艺生产SPHE钢的可浇性提供了数据支撑。
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  含V微合金钢连铸坯高温热塑性的表征及应用

  李岩杰, 臧振东, 李立勋, 杨洋, 李哲

  中国冶金. 2025, 35(1): 70-76,120.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20240396

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  铸坯高温热塑性是表征铸坯性能质量的重要依据,传统试验方法是在不同温度下,以低应变速率缓慢拉伸圆柱试样,直至试样断裂,通过分析拉伸温度与断面收缩率的关系,对铸坯高温热塑性进行评定。但铸坯实际冷却过程较为复杂,且影响因素众多,若仅用单一变量对铸坯高温热塑性进行分析,得到的信息较为局限。为此,在常规高温拉伸试验的基础上,创新性地设计了铸坯冷却返温热塑性试验以及不同冷却速率热塑性试验,以含V微合金钢连铸坯为研究对象,分析了高温拉伸温度、冷却转折温度以及不同冷却速率对铸坯高温热塑性的影响,通过绘制连铸坯高温热塑性综合图,补充了铸坯边角位置冷却返温过程对热塑性的影响,实现了对铸坯高温热塑性更加系统、全面的表征,并为含V微合金钢边角开裂问题的技术攻关提供了有效的基础数据支撑;同时,通过绘制铸坯连续冷却热塑性图,实现了连铸冷却速率工艺控制的图形及数值表征,从而为制定最优连铸工艺路线提供了方法和依据。
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  方坯单辊重压下技术实践及工艺控制探讨

  钱亮, 黄雁, 高文星, 左小坦, 李泽林, 谢长川, 韩占光

  中国冶金. 2025, 35(1): 77-86.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20240362

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  单辊重压下作为重压下技术的实施方式之一,不是仅将重压下技术作为轻压下技术的补充或优化,而是作为区别于轻压下的独立压下技术来应用,很有必要对其工艺有效性进行验证,以及基于实践对其进行系统阐述。基于180 mm×180 mm方坯82B钢种单辊重压下的实践结果,在可靠的中心缩孔和中心偏析评价方法基础上,通过对不同压下位置进行单辊重压下改善效果分析,验证单辊重压下工艺独立改善铸坯质量的有效性,并结合实践给出单辊重压下工艺控制的机理方法及指导原则,最后说明单辊重压下工艺带来压下设备方案简化的优势。单辊重压下的实践及研究分析结果表明,连铸重压下改善中心缩孔最优的压下位置为补缩通道未关闭、缩孔未形成之前,而非在缩孔形成之后再进行焊合;重压下改善中心偏析最优位置也为补缩通道未关闭、缩孔未形成之前;中心疏松、缩孔和中心偏析的形成在机理上相互关联,通过在补缩通道未关闭、缩孔未形成的合适区域进行单辊重压下,可以同时改善中心缩孔和中心偏析,达到全面改善铸坯质量的效果;随着单辊压下量的增大,疏松、缩孔缺陷有向中心聚集的趋势,而伴随的中心偏析未见有明显增大趋势;82B钢种补缩通道结束的临界位置在中心固相率0.73左右。单辊重压下工艺会带来方坯压下设备的简化,大大降低方坯投用压下的成本。
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  高牌号硅钢UCMW冷连轧机辊径组合与辊形方案

  张海东, 王景聪, 贾大朋, 马丽坤, 江东海, 王蕾, 张勃洋

  中国冶金. 2025, 35(1): 87-100.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20240359

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  高牌号薄规格硅钢冷轧时易边裂、难变形、板形控制难度大,因而一直采用单机架20辊轧机可逆轧制生产,导致生产效率与效益相对较低。近年来,国内外均开始探索高牌号薄规格硅钢的冷连轧生产工艺基本设备,国内也率先改造或新建成基于6辊轧机的4机架、5机架、6机架的硅钢专用冷连轧生产线,其辊形、辊径、辊系结构都各不相同,为新的同类工程设计带来困惑。为研究适用于高牌号硅钢冷连轧机的具体轧机结构,开展以下工作。首先,取样35WD1900热轧硅钢板并通过模拟连轧试验与常温拉伸试验得到了硅钢的应力-应变曲线。然后,针对1 500 mm UCMW轧机,基于Abaqus平台建立轧件辊系一体化单机架轧制与模拟连轧的有限元仿真模型。并通过大量工况仿真比较,确定出连轧机门户机架工作辊最优辊径范围为320~360 mm,中间机架工作辊最优辊径范围为300~340 mm,成品机架工作辊最优辊径范围为300~340 mm。同时,在冷连轧工艺中,5机架连轧一直是主流选择,通过深入对比5机架、6机架和7机架连轧对轧后带钢凸度遗传与演变的影响规律,并综合考虑经济成本,认为6机架是较优机架数选择。最后,针对高牌号硅钢的连轧生产优化设计对应的中间辊与工作辊辊形。研究结果对高牌号薄规格硅钢冷连轧机的设计有参考价值,为硅钢连轧工艺的改进和优化提供了指导方向。
节能环保
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  钢铁产品碳足迹评价标准现状与发展建议

  樊赛, 李梦龙, 苗海涛, 高华, 田京雷

  中国冶金. 2025, 35(1): 101-109.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20240518

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  经过多年的发展,国外已构建了成熟的碳足迹评价体系,中国虽起步较晚,但在各行业共同努力下,碳足迹标准的转化与编制工作正迅速推进。然而,不同标准在同一工序核算结果存在显著差异,导致钢铁企业在面对下游客户多样化评价要求时遭遇了核算混乱、工作重复等挑战。为应对此现状,钢铁企业需与上下游紧密合作,推进绿色供应链构建、工艺流程调整、能效提升、低碳技术创新、强化应对标准配套能力建设5个方面的工作布局。但要从根本上解决此问题,制定统一的碳足迹标准最为有效。钢铁行业已经深刻认识到建立统一评价标准的重要性,正在结合中国实际情况逐步构建适合中国钢铁行业特点的产品碳足迹评价标准。但标准推广并非易事,仅靠政策的指引难以达到理想的效果。为提升上下游对标准的认可度和接受度,需充分发挥市场的优势,以经济效益为驱动,推动全行业开展产品碳足迹评价工作;确保评价工作更科学、规范、有效,为行业的可持续发展奠定坚实的基础。
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  矿热炉镍铁渣熔融改性制备镁橄榄石耐火材料技术

  汪召豪, 徐州, 徐钰鹏, 郭正启, 徐贤庆, 黄学忠

  中国冶金. 2025, 35(1): 110-120.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20240431

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  随着镍铁合金产量的增加,镍铁渣的排放量逐年激增。镍铁渣中含有大量的镁橄榄石和顽火辉石结晶相,是制备镁橄榄石耐火材料的良好原料。为了充分利用熔融镍铁渣及其蕴含的高温潜热,开发了矿热炉镍铁渣熔融改性制备镁橄榄石耐火材料新技术。先将镍铁渣与高纯度氧化镁改性剂充分混合,然后加热至预定温度,通过两步法模拟熔渣在出炉过程中的高温在线改性过程,研究改性温度、时间和冷却方式对镁橄榄石耐火材料的微观结构、体积密度、显气孔率和重烧线收缩率的影响。研究结果表明,在熔融温度1 550 ℃下改性2 h,可制备出抗压强度达91.41 MPa、重烧线收缩率为0.87%、显气孔率为10.71%、体积密度为2.63 g/cm³的高性能耐火材料。该技术不但能够充分利用镍铁渣的高温潜热、降低能耗,同时能够实现镍铁渣的综合利用,具有良好的环境经济效益。
有色冶金
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  高铁三水铝石磁化焙烧对铝铁分离的影响

  梁栋, 陈朝轶, 李军旗, 刘念, 李若昕

  中国冶金. 2025, 35(1): 121-129.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20240355

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  高铁三水铝石由于铝铁“同晶置换”形成了铝针铁矿,难以实现铝铁分离。以H₂作为还原剂,采用悬浮磁化焙烧的方式对典型高铁三水铝石进行预处理,经拜耳溶出分离,使铁富集于赤泥,从而实现铝铁的高效分离;考查焙烧条件对其物相结构、微观形貌、比表面积与溶出性能的影响,分析焙烧前后其磁性变化。结果表明,焙烧矿疏松多孔,比表面积大幅提升;铝矿物转变为γ-Al₂O₃,溶出活性良好,赤铁矿转变为磁铁矿,铝针铁矿转变为多孔的铝取代磁铁矿结构,铝元素未发生迁移;改善了铝铁分离效果,较佳焙烧条件为温度500 ℃、时间10 min、H₂体积分数20%、总气体流量500 mL/min;氧化铝相对溶出率达到96.47%,溶出赤泥中铝含量减少、铁含量增加,TFe质量分数达到60.56%,较原矿赤泥提升11.28个百分点;铁矿物仍然保持磁铁矿结构,饱和磁化强度为54.1 A·m²/kg。后续通过磁选进一步提升铁品位有利于实现赤泥减量化。
冶金流程工程学实践
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  基于规则推理的炼钢厂钢包选配方法及系统开发

  夏一杰, 汪红兵, 徐安军, 石雪卓, 温宁, 解欢

  中国冶金. 2025, 35(1): 130-137.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20240452

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  生产调度是流程工业中的重要事项,其中钢包选配是炼钢生产过程中必不可少的环节,设计并应用高效的钢包周转模式,能够有效降低生产成本、提高生产效率。钢包选配往往存在时间、温度和品种等诸多约束,采用人工方式进行钢包选配具有主观性,易发生错误且效率低下。规则推理是在规则库中的规则约束下,基于事实库中的已知事实,推理出符合规则的所有事实,具有充分性、客观性以及高效性。为了提高钢包选配效率,提出并设计了一种基于规则推理的炼钢厂钢包选配方法和系统,能够针对当前生产计划,基于规则约束和已知钢包状态等,实时推理出优选钢包;能够通过灵活调整规则库中的规则,支持过程的动态演化而无须修改代码。该方法对于保证钢包使用的安全、高效,减少或杜绝钢包使用过程的质量和安全事故具有重要作用,对钢铁流程绿色化和智能化有着重要意义。
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  专用炉模式下的长驻炉钢种加热炉群仿真

  张宏亮, 叱晓岗, 阎磊, 王鲸量, 张翔博, 冯光宏

  中国冶金. 2025, 35(1): 138-145.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20240498

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  针对热轧板带生产线某些钢种在炉时间偏长、影响正常生产轧制节奏和效率的问题,采用Anylogic智能体流程软件对2050热轧带钢生产线长驻炉钢种的专用炉生产模式进行流程仿真,分析不同专用炉生产模式条件下的板坯生产效率和加热炉各项指标变化规律。研究结果表明,采用专用模式可以有效降低长驻炉钢种的平均在炉时间,提高与常规轧程的衔接效率,有效提高轧钢的机时产量;管线钢X80平均在炉时间从267 min下降到239 min,缩短10.5%;轧机的最大利用效率由65.09%增加到71.90%,提高了10.4%。该专用炉生产模式优化了板带铸轧界面生产流程效率,为现场生产提供了理论和数据支撑。
冶金科技英才
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  王臣

  中国冶金. 2025, 35(1): 146-146.

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  文新理

  中国冶金. 2025, 35(1): 147-147.

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冶金科学技术奖
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  MCCR多模式全连续铸轧一体化技术集成与创新

  中国冶金. 2025, 35(1): 148-148.

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  信息物理系统融合的钢铁制造流程智能化研发及应用

  中国冶金. 2025, 35(1): 149-149.

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