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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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    钢铁流程协同利用有机固废研究进展

    彭程龙红明范春龙丁龙...
    1-12页
    查看更多>>摘要：钢铁流程协同利用有机固废具有天然优势,高温条件和完善的污染物治理体系有利于有机固废无害化处置,不会对环境造成二次污染.有机固废作为燃料替代化石能源,既降低了钢铁生产成本,又减少了CO2排放,实现变"废"为"宝".钢铁流程协同利用有机固废具有绿色发展、保护生态环境等多重效益,符合钢铁企业的发展需求.总结了钢铁流程处置有机固废的研究进展,概述了有机固废在铁矿烧结、高炉炼铁、转底炉以及电弧炉炼钢等钢铁生产工序中的利用现状和所面临的技术瓶颈.结合转底炉工艺在固废处置领域的优势和特色,提出了以转底炉为中心的多炉窑集成有机固废处理新技术,包括有机固废热裂解系统、转底炉系统、氢等离子体熔融热解炉系统和烟气污染物控制系统.利用热解气化炉对有机固废进行热解,得到可燃气和热解碳.可燃气用以替代天然气为转底炉提供能源.热解碳可替代焦粉、煤粉与铁锌尘泥制备含碳球团,在转底炉冶炼条件下得到有价金属粉尘和金属化球团,有价金属粉尘富集后通过火法-湿法联合工艺得到高附加值的锌锭、铅锭、铟锭等金属,金属化球团则通过氢等离子体熔融热解炉生产铁水.整套工艺的烟气在转底炉烟气处理系统中集中减排实现污染物超低排放,为钢铁流程协同处理城市有机固废提供新思路.

    炉窑有机固废转底炉协同处理碳减排

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    钒钛磁铁矿还原-磨选工艺分离铁钛试验

    罗林根庞建明李新宋耀欣...
    13-18,49页
    查看更多>>摘要：以攀西钒钛磁铁矿为研究对象,分析了攀西钒钛磁铁矿综合利用工艺方案现状.考虑到传统工艺采用碳质还原剂或加入添加剂还原后产品中有过量的碳和添加剂残留,将对制得的产品造成污染,尤其是钠盐添加剂更是一种环境污染因子,工业化处理成本较高等弊端,提出采用氢气还原-磨选工艺处理钒钛磁铁矿以实现铁、钛2种元素的分离.研究过程先对钒钛磁铁矿用氢气还原,使矿中的铁氧化物绝大部分还原为金属铁,再通过细磨磁选分离钛和铁元素.研究表明,在 1 200℃还原 4 h,钒钛磁铁矿金属化率可达 86.21%;还原钒钛磁铁矿经细磨60 min,得到粒度D50 约为 10.5 μm的微粒,在磁场强度为 80 mT条件下进行湿式磁选,可得到TFe质量分数为89.34%、TiO2质量分数为 0.83%、V2O5质量分数为 0.33%的金属铁粉和TFe质量分数为6.22%、TiO2质量分数为36.82%、V2O5质量分数为2.35%的非磁性物,从而实现铁钛元素的分离.还原-磨选工艺应用于钒钛磁铁矿的铁、钛元素分离有较好的效果,获得的金属铁粉铁含量高、铁收率高,同时渣中钒、钛元素得到有效富集有利于后续提取钒、钛元素;氢气作为还原剂不会带来二次污染.还原-磨选工艺有望实现钒钛磁铁矿综合利用,有较好的应用前景,可进一步开展更大规模试验研究.

    氢还原直接还原铁钛分离钒钛磁铁矿磁选

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    喷吹城市生活垃圾对高炉冶炼过程的影响

    刘思贤王广乔宇峰王静松...
    19-26页
    查看更多>>摘要：中国城市生活垃圾产生量大,其蕴含的能量也十分可观,且城市生活垃圾中的其他垃圾主要成分为碳氢物质,热值较高,可用于钢铁行业部分工序使用,既能实现城市生活垃圾中碳氢组分的资源化利用,又能降低自身化石燃料消耗及对应的碳排放.基于物料平衡和热平衡计算,在高炉喷吹城市生活垃圾后对煤比、理论燃烧温度、煤气性质及高炉碳排放的影响进行分析讨论.研究结果表明,城市生活垃圾的分解热为1 731.69 kJ/kg,高于煤粉分解热;固定理论燃烧温度为2 121℃时,城市生活垃圾代替煤粉喷吹的最大喷吹量为73 kg,固定鼓风氧体积分数为22%时,城市生活垃圾代替煤粉喷吹的最大喷吹量为83 kg;炉腹煤气量随城市生活垃圾喷吹量的增大而减小;炉腹煤气中H2 占比随城市生活垃圾喷吹量的增大而增大;40%城市生活垃圾粒化产物 1∶1代替煤粉进行喷吹时,生产1 t生铁最多可降低碳排放169 kg.基于物质平衡和热平衡计算,城市生活垃圾代替煤粉进行高炉喷吹的最大值为83 kg,与国外高炉喷吹废塑料的喷吹量接近.喷吹城市生活垃圾后高炉理论燃烧温度保持在中国经验值范围内,炉腹煤气中还原气体占比增大、炉腹煤气指数降低、高炉利用系数提高、碳排放降低.研究结果可为高炉炼铁过程协同处置城市生活垃圾减污降碳技术的开发提供理论基础.

    城市生活垃圾高炉喷吹煤比理论燃烧温度碳排放

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    铁水预脱磷温度对脱磷渣结构及行为的分析与探讨

    周朝刚陈庆功闫占辉赵长亮...
    27-39页
    查看更多>>摘要：为探究不同铁水温度下脱磷熔渣结构演变对脱磷效果及磷迁移富集行为的影响,在铁水温度为1 340～1 420℃条件下进行了实验室试验,利用XRD、SEM-EDS、FTIR和Raman光谱对试验后脱磷终渣的结构进行了表征.热力学理论分析表明,随着温度的升高,磷的分配比逐渐降低.铁水脱磷试验表明,当铁水温度为1 380℃时,铁水脱磷效率最高,温度过高或过低均不利于脱磷,且铁水硅质量分数随着温度的升高逐渐降低.XRD和SEM-EDS分析结果表明,磷主要富集在2CaO·SiO2结晶区,富磷相由2CaO·SiO2-3CaO·P2O5 固溶体组成,温度的升高会降低富磷相的比例.拉曼和红外分析结果表明,Si—O—Si键受温度升高的影响较小.当温度较低时,炉渣中Q1(Si)、Q2(Si)和Q3(Si)的含量增加.当温度升至1 380℃时,Si—O—Si键断裂,Q0(Si)增大.低聚合度的硅酸盐结构促进磷的迁移和聚集,以Q1(P)形式存在的磷逐渐增加.当温度为1 380～1 420℃时,较高的铁水温度抑制了磷的迁移,进入渣中的硅往往以高聚合度的形式存在,随着脱硅反应的进行,渣的聚合度逐渐增加.此外,由于FeO6八面体的显著增加和硅酸盐聚合度的提高,磷向硅氧网络结构中的迁移受到抑制,以Q0(P)形式存在的磷逐渐增加,磷在炉渣中的扩散程度增加.可以为钢铁企业解决铁水磷质量分数超标问题和控制合理的预脱磷温度提供理论指导和参考.

    预脱磷铁水温度氧化铁皮红外光谱拉曼光谱熔渣结构

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    基于耦合反应机理的转炉冶炼模型

    张强杨勇戴雨翔林路...
    40-49页
    查看更多>>摘要：转炉内部发生着复杂的多元多相耦合反应,由于静态控制模型只能考虑转炉冶炼过程的始态和末态,无法获知整个冶炼过程中连续的熔池钢水成分和温度变化情况,导致难以对转炉炼钢终点进行精确控制,因此转炉冶炼过程的机理模型搭建对实际生产具有重要的指导意义.在静态模型的基础上基于耦合反应机理建立了转炉冶炼过程模型,并使用C#语言编写了能够用于模型计算的软件.该模型可以计算出冶炼过程中所需造渣剂、冷却剂和耗氧量等,并可以计算熔池温度、熔池成分和熔渣成分随吹炼时间的变化,对钢水终点温度、成分以及熔渣成分进行较为精准地预测.通过改变模型的操作参数,研究了不同供氧强度对脱碳速率的影响和底吹氩气流量对脱磷速率的影响.研究结果表明,供氧强度的变化对脱碳过程前期和中期的影响较为明显,对脱碳过程后期影响较小.底吹氩气流量的增大对脱磷过程前期的影响较大,可以增加脱磷反应的速率,但随着氩气流量的增加,渣中的FeO含量降低,导致脱磷速率降低.通过对比某钢厂转炉100炉实际数据与模型计算结果发现,钢水终点碳质量分数偏差为-0.02%～0.02%的命中率为89%,终点钢水温度偏差为(t±10)℃的命中率为83.0%,实际测量数据和理论计算值在一定范围内的偏差较小,具有指导实践生产的意义.

    转炉冶炼终点控制机理模型耦合反应动力学

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    拉速对MCCR工艺生产低碳铝镇静钢轧板中夹杂物的影响

    杨文王乐瑶刘金刚袁天祥...
    50-57,93页
    查看更多>>摘要：多模式薄板坯连续铸轧生产线(MCCR)既不同于传统连铸-轧制工艺,又异于传统薄板坯连铸连轧工艺,目前在国内外只有一条产线.MCCR工艺生产采用高拉速浇铸,具有大的通钢量,拉速对此工艺生产的轧板洁净度尤其是钢中非金属夹杂物特征影响较大.基于此,采用自动扫描电镜探究了 4.7～5.2 m/min范围内拉速对MCCR工艺生产的低碳铝镇静钢轧板中非金属夹杂物特征的影响规律.结果表明,轧板中夹杂物主要为Al2O3-CaO类型,夹杂物中Al2O3质量分数为69%～72%、CaO质量分数为16%～22%,夹杂物成分随着拉速的增加基本不发生改变.轧板中5 μm以上夹杂物随拉速的变化规律与2 μm以上夹杂物随拉速的变化规律相反.随着拉速的增加,轧材中尺寸大于2 μm夹杂物的数密度和面积分数整体呈小幅上升趋势,但平均尺寸变化不大.然而,随着拉速由4.7 m/min升高到5.0 m/min的过程,轧板中尺寸大于5 μm夹杂物的数密度、面积分数和检测到的最大尺寸均呈现减小趋势,且在轧板宽度方向的波动也减小.拉速升至5.0 m/min以上后轧板中尺寸大于5 μm夹杂物特征变化不大.从凝固前沿夹杂物受力的角度解释了钢中大尺寸夹杂物数量随拉速升高而降低的现象.基于研究结果,建议MCCR工艺生产低碳铝镇静钢时宜采用5.0 m/min以上的连铸拉速.

    多模式连铸连轧低碳铝镇静钢高拉速夹杂物凝固前沿

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    浇注末期堵流操作对中间包内钢液特性的影响分析

    吴正义武豪江雪婷孙陶安...
    58-69页
    查看更多>>摘要：以某钢厂八流方坯中间包为研究对象,通过数值模拟和物理模拟互相结合及相互验证的方式对浇注末期中间包堵流操作后的温度场、流场、液面波动、死区分布以及夹杂物去除率情况进行了研究分析,综合确定了最佳堵流方案,为现场生产提供理论指导.结果表明,堵流操作会使死区体积分数达到原来的2.0～2.5倍,液面波高变化增强.其中Outlet1被堵时4号位波动最强,数值、物理模拟以及死区可视化结果下死区体积分数分别为24.9%、31.7%以及26.2%,Outlet3和Outlet4被堵时5号位波动最强,数值、物理模拟以及死区可视化结果下死区体积分数分别为23.5%、29.6%以及24.3%左右.相较于正常浇注时的死区分布情况及夹杂物去除率情况,Outlet1被堵时远流区域死区扩大、夹杂物去除率平均提高4.87%,Outlet3被堵时中间区域死区扩大、夹杂物去除率平均提高5.29%,Outlet4被堵时近流区域死区扩大、夹杂物去除率平均提高7.61%.另外,Outlet1被堵时,数值和物理模拟下出口最大响应时间差分别为14 s和9 s,最大平均停留时间差分别为27 s和18 s,停留时间分布曲线(RTD)重合度较高,温度场也较为均匀.因此,基于多角度表征结果来看,实际生产过程中若出现必要堵流操作时,为保持中间包内钢液原有流动特性,以减少堵流操作的无序性和盲目性,堵Outlet1流为最佳方案.此外,流体死区临界速率0.008 8 m/s可用于流体死区速率标定,其准确性通过数值模拟和物理模拟得到了相互验证.

    中间包数值模拟物理模拟堵流夹杂物

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    电磁制动对FTSC结晶器内流场和钢渣界面的控制

    史敬培尚晓娴李学凯张彩军...
    70-82页
    查看更多>>摘要：针对高拉速时薄板坯连铸结晶器内流场及钢渣界面不稳定问题,以某钢厂FTSC(flexible thin slab caster)结晶器和多模式电磁制动MM-EMBr(multi-module electromagnetic braking)系统为研究对象,采用LES+VOF模型对不同电磁感应强度条件下的结晶器流场进行多物理场耦合计算,重点研究在水口浸入深度为190 mm、拉速为6 m/min条件下不同磁感应强度对结晶器内流场和钢-渣界面的影响.研究结果表明,无电磁制动时,结晶器内流场随着冲击深度的增加由最初的双环流逐渐转变成单环流模式,钢渣界面不稳定,起伏波动大,最大速度值超过0.65 m/s,最大波高值超过40 mm,出现卷渣甚至"渣眼"现象,部分上返流钢液的湍动能转化为势能,使钢-渣界面位置逐渐上升,液渣层减薄;开启多模式电磁制动系统后,当水口正下方位置C处磁感应强度不低于0.09 T时,可以有效控制主射流的速度和角度,使窄面冲击点在一定范围内上下波动,从而控制结晶器内流场;随着磁感应强度的增加,结晶器内湍动能总值逐渐减小,当AB、C、DE的磁感应强度增加到0.17、0.15、0.12 T时,能将钢渣界面的最大速度值控制在0.30 m/s以内,最大波高值控制在10 mm以内,钢渣界面位置平均高度控制在-2～2 mm,钢渣界面的湍动能控制在0.045 J/kg以内,此时电磁制动效果最理想,结晶器内流场和钢渣界面的稳定性最好;继续增大磁感应强度时,结晶器内和钢渣界面的湍动能反而增加,这说明磁感应强度并不是越大越好,需要各模块协同配合才能达到最佳制动效果.

    电磁制动薄板坯结晶器钢渣界面卷渣湍动能

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    《钢铁》杂志征稿启事

    82页
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    CVC工作辊热辊型演变机理及其对板形的影响

    赵海金李旭张君婷邢俊芳...
    83-93页
    查看更多>>摘要：CVC技术是20世纪80年代出现的先进的板形控制技术,该技术通过轧机工作辊轴向横移获得所需辊缝凸度,从而控制出口带钢板形.热轧过程中CVC工作辊的热辊型变化对辊缝凸度影响显著,精确预报工作辊的热辊型对提高带钢板形控制精度和减小轧辊磨损有着重要的意义.以某厂 1 780 mm带钢热连轧生产线为研究对象,运用大型有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA分别建立第4机架的工作辊三维热凸度有限元仿真模型和三维有限元轧制仿真模型.分析不同轧制时间、轧制速度、轧制间隙时间等轧制工艺对热辊型的影响.将不同轧制工艺下得到的热辊型代入到轧制仿真模型中,分析不同轧制工艺下的热辊型对带钢板形的影响.轧制初期工作辊热辊型发生明显变化,工作辊热凸度增加,带钢凸度降低,4 000 s后工作辊热辊型达到稳定状态,带钢凸度不再变化;轧制速度对热辊型影响较小,在热凸度稳定后对板形影响较小;工作辊随着轧制间歇时间的增加,冷却时间增加,热膨胀量减小,导致带钢凸度增加;随着带钢宽度的增大,工作辊边部吸收热量增加,工作辊热辊型边部发生明显变化,带钢凸度增大.仿真结果表明,轧制时间、轧制间隙时间、带钢宽度对板形影响较大,轧制速度影响较小,研究成果能为现场轧辊原始辊型曲线设计和板形控制提供参考.

    热辊型CVC工作辊板形有限元分析温度场

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