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钢铁
钢铁

翁宇庆

月刊

0449-749X

gangtiebianjibu@163.com

010-62182345

100081

北京海淀区学院南路76号

钢铁/Journal Iron & SteelCSCD北大核心CSTPCD
查看更多>>本刊创刊于1954年，是由中国科协主管，中国金属学会主办，我国冶金界历史较长的综合性科技期刊，也是反映钢铁工业的科技成就的主要刊物之一，在国内外享有 较高的声誉。其宗旨是面向生产、结合实际，坚持为钢铁工业生产建设服务，报道钢铁工业的科技成就、生产工艺的技术进步、生产工艺的技术进步、品种质量的改善提高、新技术新产品的开发应用、企业经营管理经验和专业理论应用研究等，以提高钢铁行业科技工作者和干部的科技水平，促进钢铁工业的发展。
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    高锰钢研究进展:成分、组织和性能调控

    张福成陈晨刘帅张朋...
    1-18,78页
    查看更多>>摘要：自从1882年Hadfield高锰钢问世以来,吸引了国内外众多科研人员在高锰钢成分设计、组织调控、生产工艺及应用开发等方面做了大量研究工作,使这个具有百年历史钢种的应用领域从最初的耐磨钢领域,逐渐拓展到无磁钢、汽车钢、腐蚀及低温环境用钢,甚至功能材料领域,形成了多个关键钢铁材料品种,成为特种钢领域最典型、应用领域最广的钢种系列,极大地丰富了钢铁材料世界.这些高锰钢品种的研发、制造及应用,对推动钢铁制造技术创新及下游行业发展起到了极其重要的作用.介绍了高锰钢的起源和发展,重点梳理了典型应用领域中使用的高锰耐磨钢、高锰汽车钢、高锰低温钢、高锰无磁钢以及高锰阻尼合金的化学成分、微观组织及性能研究进展,并对这几类高锰钢微观组织和性能的调控方法及效果进行了较为详细的总结和举例说明.虽然高锰含量保证了高锰钢获得特殊的微观组织、力学和物理特性,但同时也导致了其在生产制造中面临连铸漏钢、焊接接头性能不稳定、扩孔性能不足等系列共性技术难题,这在一定程度上限制了高锰钢的推广和应用.通过统计当前不同类型高锰钢的碳-锰含量和微观组织特征,指明了新型高锰钢的化学成分设计思路,并探讨了未来高锰钢在理论研究和应用领域的主要发展方向.

    高锰钢化学成分微观组织性能研究进展

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    铜合金化轻质钢屈服强度及氢脆性能的研究进展

    李运刚任喜强齐艳飞吴志杰...
    19-31页
    查看更多>>摘要：随着全球能源危机及环境恶化的加剧,汽车行业在以高安全性为基础的前提下逐步推进汽车轻量化的发展模式,以实现低能耗低污染的目标.汽车所用材料中,钢铁材料约占整车质量的70%,因此,研发高性能的汽车用轻质钢迫在眉睫.目前,Fe-Mn-Al-C轻质钢,尤其是奥氏体基双相轻质钢和奥氏体轻质钢,凭借良好的综合性能及显著的减重效果成为发展潜力较强的汽车用钢,但是其同其他高强钢一样也面临屈服强度和抗氢脆断裂性能需要进一步提升的问题.基于此,聚焦国内外的相关研究现状发现添加铜元素是改善上述问题比较理想的合金化思路之一,钢中添加铜元素且配以合理的热处理工艺,可以实现晶粒内细小富铜颗粒和细小κ-碳化物颗粒的共同析出,且富铜颗粒的析出可以促进κ-碳化物颗粒的析出,充分利用各个析出相的特点达到提高轻质钢综合性能的目的.总结了铜元素对Fe-Mn-Al-C轻质钢屈服强度和氢脆性能的影响及作用机理,针对研究现状提出以下亟需解决的问题,即富铜颗粒和κ-碳化物颗粒共同析出的交互作用规律和耦合机制及其对钢变形行为的作用机制;富铜相和κ-碳化物的氢陷阱结合能及其对氢俘获位点及氢扩散速率的影响;富铜析出相的晶格转变类型及其与热处理工艺参数之间的关系.对进一步提高Fe-Mn-Al-C轻质钢的综合性能及促进其早日实现工业化生产应用具有一定的参考价值.

    Fe-Mn-Al-C轻质钢铜屈服强度氢脆性能

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    高炉高比例球团矿冶炼关键工艺技术分析

    张福明徐文轩程相锋陈艳波...
    32-45页
    查看更多>>摘要：高炉采用高比例球团矿冶炼,可以显著提高熟料率和入炉品位,降低高炉渣量和燃料消耗,同时还可以大幅度降低炼铁工序CO2排放,是实现高炉炼铁绿色低碳的重要技术途径.研究了高炉采用高比例球团矿、炉料结构发生较大变化的条件下,炉料分布及运动行为的变化及其规律,通过炉料运动过程的离散元仿真模拟计算,分析得出球团矿比例提高时,炉料分布和下降运动的特征.根据球团矿还原过程的反应特性,解析了球团矿还原过程中发生还原膨胀的机理及控制机制.从理论上计算并讨论了球团矿入炉比例提高以后,高炉透气性的变化及其规律.为适应高比例球团矿冶炼工艺条件,设计优化了高炉内型参数,以适应高比例球团矿冶炼的工艺特性.试验测定并研究了不同球团矿入炉比例条件下,炉料综合的软化、熔滴等物性参数的变化及其规律.采用高碱度烧结矿、碱性球团矿、酸性球团矿、块矿四元炉料结构时,综合炉料的高温软熔性能参数得到优化,软熔带区域的阻力损失下降,为高炉冶炼稳定顺行创造了有利条件.结合特大型高炉生产实践,研究开发了适用于高比例球团矿冶炼的关键工艺技术.采用炉料精准分布控制技术、富氧喷煤、提高顶压等综合技术措施,使首钢京唐高炉在球团矿入炉比例达到55%条件下,获得了显著的高效低碳生产运行实绩.

    高炉炼铁球团矿冶炼低碳软熔带炉料分布

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    铁矿粉烧结原料智能制备研究进展

    丁成义常仁德薛生江枫...
    46-57页
    查看更多>>摘要：随着智能冶金技术的不断发展,利用人工智能、物联网等技术来实现原料智能化制备已经成为冶金行业的重要趋势.通过原料智能化制备可以实现烧结过程配料、制粒以及布料等方面的精确控制和优化,进而提高烧结矿产量和质量,同时减少生产成本和环境污染.介绍了铁矿粉烧结工艺中原料智能制备技术的应用现状和发展趋势,并通过铁矿粉烧结中的生产效率、成本、能源消耗以及烧结矿产质量指标等多方面综合分析智能制备技术的优缺点.智能配料部分系统介绍了烧结配料发展过程和智能配料模型及其算法,指出了物联网和人工智能等技术的促进作用.智能制粒部分详细介绍了混合料配水控制模型的发展阶段和研究进展,并重点分析了基于3层BP神经网络和Litster优化模型的智能制粒技术研究现状,尤其是结合数据清洗和预处理、引入正则化和dropout技术以及采用批量训练和并行计算等方法来实现智能制粒预测.智能布料部分讨论了利用多种技术来实现厚料层和料层偏析优化控制,以达到高效、高产烧结的目的,同时指出三元尺寸图、磁偏析以及EDEM软件仿真模拟等技术存在的问题,并给出相应的技术优化建议.系统总结了烧结原料制备过程中的配料、制粒和布料工序智能化现状和未来发展趋势,为烧结工艺低碳化、绿色化发展助力.

    算法原料配料布料制粒效果

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    基于工艺理论与数据挖掘的铁水提钒关键措施分析

    段一凡刘然刘小杰李欣...
    58-78页
    查看更多>>摘要："高炉+转炉"法是中国主流的钒钛矿冶炼工艺,针对钒钛高炉冶炼数据探究铁水最终钒含量的影响机制,并量化具体的参数调控方案对钒钛烧结矿的高效冶炼具有重大意义.首先梳理了钒钛烧结矿的矿物组成及冶炼机理,结合不同反应的吉布斯自由能变化曲线分析了钒、钛元素的热力学特征,从理论方面确定了铁水钒、钛含量之间存在促进关系以及与渣中TiO2含量存在抑制关系的主要结论.其次,以承德某钢铁厂的钒钛矿冶炼数据为基础,提出了一种高效的特征选择算法用于提取铁水钒含量的影响特征,计算参数之间的斯皮尔曼相关系数确定相关性;计算参数之间的互信息度判断冗余特征;结合最大相关-最小冗余的思想和工艺原理最终选取17个特征变量作为铁水钒含量的主要影响特征,同时引入"信息传递熵"的概念衡量高炉调参过程中的效果链式传递现象.最后,给出了提高铁水钒含量的具体措施,并结合控制变量法量化了不同的高炉调参策略对铁水钒含量的影响.有利于进一步明确钒、钛元素在高炉冶炼过程中的演变行为,通过试验数据的分析结果为铁水提钒的关键参数调控提供了操作依据,促进了钒钛高炉的稳定顺行与高效冶炼.未来,相关研究应致力于将数据分析与专家经验进行更深层次的融合,推动钒钛高炉的智能制造与调控进一步深入.

    钒钛烧结矿铁水提钒特征选择参数调控链式传递现象

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    基于随机森林预测转炉物料的废钢比计算模型

    王健豪方庆王家辉罗霄...
    79-91页
    查看更多>>摘要：在"双碳"背景下,提高废钢消耗比例和降低铁钢比已成为钢铁行业能效提升和节能降碳的重要途径.随着废钢资源的不断积累和环保压力的增加,钢铁企业迫切需要找到一个平衡点,既能有效利用废钢资源,又能控制成本和提高经济效益.基于某厂实际生产数据,首先通过物料平衡和热平衡分析构建了一个静态估计模型,结果显示,物料平衡的计算误差为0.13%,热平衡的计算误差约为0.18%,证实了静态模型的准确性,并通过模型的矫正,调整废钢加入量以减少计算误差.其次,为了进一步提高模型预测的准确性,采用随机森林算法对钢水产量、轻烧白云石加入量和石灰加入量进行预测.测试集数据预测的均方根误差RMSE分别为 1.925 9、0.256 14 和0.433 36,预测方差分别为0.837 41、0.861 33和0.876 14,这证明随机森林算法在预测中的可靠性和有效性.最后,结合原料价格和预测结果,构建了最佳废钢比的计算模型.根据当前原料价格,模型计算出最佳废钢比例为27%.而当钢水价格上涨、废钢价格下降时,最佳废钢比例增至32%.该模型可以基于原料的不同价格计算出使吨铁水利润达到最大的废钢比,优化废钢利用比例,实现高效利用废钢资源、降低碳排放和提高能源效率,为相关企业实现转炉智能、低碳、高效和低成本生产提供一定的理论基础.

    转炉吨铁水利润废钢比随机森林算法物料预测

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    Fe-Mn-Al-C低密度钢中AlN夹杂物的聚集与吞噬行为

    曹磊郭宇航王国承魏建峰...
    92-99,116页
    查看更多>>摘要：Fe-Mn-Al-C低密度钢中聚集长大的AlN夹杂物对钢质量有严重影响.通过高温共聚焦激光扫描显微镜结合场发射扫描电子显微镜对Fe-Mn-Al-C低密度钢液态及凝固过程中AlN夹杂物演变行为进行原位观察.发现AlN夹杂物在液态钢中发生聚集现象,形成尺寸较大的多颗粒聚集型AlN夹杂物;在随后的降温凝固过程中聚集型AlN夹杂向液-固界面靠近并被液-固界面前沿推动;随着液相量的减少,聚集型AlN夹杂物最终被固相吞噬.为了明晰聚集机理,由于观察的大部分单颗粒AlN半径为1～10 μm,通过受力分析计算了钢液中半径为1～10 μm的AlN夹杂物的黏性阻力和夹杂物之间的腔桥力大小.发现腔桥力远大于黏性阻力,腔桥力是导致AlN夹杂物聚集的主要作用力.基于腔桥力理论进一步分析了腔桥形成的总自由能变化,以2个半径均为8 μm的单颗粒AlN夹杂物为例,计算了腔桥形成的总自由能变化,发现2个AlN夹杂物之间形成稳定腔桥的临界距离dc 为 1.5 μm;当2个AlN夹杂物之间的距离d大于 dc时,AlN夹杂聚集过程的总自由能变化大于0,不会形成稳定腔桥;当d 小于 dc时,聚集过程的总自由能变化小于0,AlN夹杂物之间可以形成稳定的腔桥从而发生聚集.试验观察和液-固界面处夹杂物受力平衡计算发现,范德瓦尔斯力对凝固过程中的AlN夹杂物运动起到关键的作用.AlN夹杂物先被液-固界面前沿推动,随着温度降低和液相量减少,AlN夹杂物最终被固相捕捉并吞噬.

    Fe-Mn-Al-C低密度钢AlN夹杂物聚集腔桥自由能变化临界距离

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    铈对Fe-28Mn-10Al-1C低密度钢中非金属夹杂物的影响

    周杰朱航宇王蓝卿潘雨桐...
    100-106页
    查看更多>>摘要：为了研究稀土铈对Fe-28Mn-10Al-1C低密度钢中非金属夹杂物的影响机理,通过扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)及Image J软件对比分析了稀土处理前后夹杂物的形貌、成分、尺寸和数量,并基于热力学计算阐明了稀土铈对夹杂物的改性机理.研究结果表明,低密度钢中典型夹杂物为AlN和AlN-MnS复合夹杂物,钢中AlN夹杂物较多,尺寸较大,平均直径为3.64 μm;向低密度钢中添加(质量分数)0.001 9%铈后,夹杂物以球状AlN-Ce2S3、AlN-Ce2S3-MnS、AlN-MnS复合夹杂物和单一AlN夹杂物为主,整体夹杂物数量最少,夹杂物平均直径及长宽比降低,平均直径为3.08 μm;向低密度钢中添加(质量分数)0.013%铈后,夹杂物则以球状Ce2S3、附着态AlN-Ce2S3和单一AlN夹杂物为主,夹杂物数量异常升高,1～4 μm夹杂物所占比例较大,平均直径为2.52 μm.稀土处理可有效细化夹杂物尺寸并改善大尺寸氮化物和硫化物夹杂的形貌特征,未检测到单一MnS及Al2O3夹杂物.此外,通过FactStage 8.0热力学计算软件分析了稀土铈对Fe-28Mn-10Al-1C低密度钢中AlN、MnS夹杂物影响规律、稀土夹杂物的析出行为及演变过程,计算表明,AlN在冶炼温度下即可形成,MnS倾向于异质形核,生成AlN-MnS复合夹杂物;加入(质量分数)0.001 9%铈后,Ce2S3 以AlN为核心析出形成AlN-Ce2S3,钢中硫含量降低,抑制了MnS的析出;加入(质量分数)0.013%铈后,析出大量小尺寸Ce2S3夹杂物.

    非金属夹杂物低密度钢稀土处理热力学计算Fe-Mn-Al-C

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    基于氧枪喷头磨损的熔池搅拌特性

    吕明陈双平郝翊杰邢相栋...
    107-116页
    查看更多>>摘要：研究氧枪喷孔出口磨损程度对射流动力学参数及熔池搅拌效果的影响可以为氧枪喷头设计和冶炼工艺优化提供理论支持.建立了0°、10°和20°磨损角度氧枪自由射流几何模型,分析了喷孔出口磨损程度对射流轴向和径向动力学参数分布的影响,发现入口压力相同时,喷孔出口磨损程度增大,射流速度、动压和马赫数衰减加快,射流聚合程度增强.在喷孔出口0.18 m范围内,磨损后氧枪的湍动能大于未磨损氧枪,且磨损程度越大,射流湍动能越大.超过此范围后,未磨损氧枪湍动能大于磨损后氧枪.在喷孔出口1 000 mm处,射流径向最大速度、动压、马赫数和湍动能均随着喷孔出口磨损程度的增大而减小.建立了120 t转炉和5孔氧枪1∶4水力学试验模型,研究了枪位和气体流量变化对不同磨损程度氧枪冲击效果和混匀时间的影响,分析了枪位和气体流量相同时氧枪喷孔出口磨损对熔池流场的影响.发现气体流量相同时,随着枪位升高,熔池冲击深度减小,冲击直径增大,混匀时间增大.枪位相同时,随着气体流量增大,熔池冲击深度和冲击直径增大,混匀时间减少.枪位和气体流量相同时,喷孔出口磨损程度增大,冲击深度和冲击直径减小,混匀时间增大,高锰酸钾溶液完全扩散时间增大.磨损角度由0°增至20°,高锰酸钾溶液完全扩散时间由47 s增至59 s.

    转炉炼钢喷头磨损水模拟熔池搅拌混匀时间

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    Ce2O3对CaF2-CaO-Al2O3-MgO电渣重熔渣系熔化行为的影响

    李世森陈宇新臧喜民杨杰...
    117-128页
    查看更多>>摘要：目前,采用电渣重熔(ESR,electroslag remelting)还原稀土渣是一种有效的稀土添加工艺,而稀土氧化物的加入势必会改变渣系熔化性质,进而影响ESR工艺顺行及稀土钢质量.基于分子离子共存理论(IMCT)建立了CaF2-CaO-Al2O3-MgO-Ce2O3五元渣热力学模型,从热力学角度分析了渣中各组元对Ce2O3活度的影响规律.采用半球法测定了不同Ce2O3含量和w((CaO))/w((Al2O3))(C/A)条件下渣系熔点,结合SEM-EDS和XRD对渣系物相和微观形貌进行测试与分析.研究结果表明,当温度为1 873 K时,C/A、MgO、Ce2O3含量增加均增加渣系中Ce2O3 的活度,且影响顺序为Ce2O3＞C/A＞MgO;w((Ce2O3))≥18%、w((MgO))≥4%以及C/A≥1.1时,钢中的铈元素不再烧损.随着Ce2O3添加量由0增加到24%,渣系熔点呈先降低后增加的趋势,加入少量Ce2O3能够促进稀土渣系熔点降低.但过量的Ce2O3会导致渣系中生成较多高熔点相2CeAlO3,从而使得稀土渣系的熔点升高.随着C/A从1.1增加至1.4,渣系的熔点呈降低趋势,主要原因是高熔点物相减少,导致稀土渣系熔点降低.试验测得的平衡铈含量与理论计算值相差不大,且变化趋势一致.渣金平衡试验证明了w((Ce2O3))为 18%～20%能够减少铈元素的烧损,进一步证明该热力学计算模型和根据该模型得到的五元渣系范围是正确的.抑制稀土元素烧损的最佳渣系配比范围为w((CaF2))/w((Al2O3))=1.4、w((Ce2O3))=18%～20%、w((MgO))=4%～5%、w((CaF2))=50%～60%,为稀土渣ESR提供理论指导.

    电渣重熔渣系Ce2O3离子分子共存理论铈烧损熔点

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