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中国冶金
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洪及鄙

月刊

1006-9356

zgyj1234@yahoo.com.cn

010-65276837

100711

北京东城区东四西大街46号

中国冶金/Journal China Metallurgy北大核心CSTPCDCSCD
查看更多>>本刊是中国金属学会主办的综合性期刊，是中国金属学会会刊，也是冶金行业唯一具有科技政策和技术导向性、多学科、多专业、实用性、国内外公开发行的科技期刊。
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    分形维数在钢中非金属夹杂物中的应用综述

    陈洁冰周秋月张立峰
    1-15页
    查看更多>>摘要：钢中簇状非金属夹杂物由大量细小、分布均匀的固态夹杂物碰撞聚合而成,并且具有不规则分形的特征,因此,可以采用分形维数对其形貌进行定量描述.为了定量化描述钢中非金属夹杂物的形貌,系统整理了簇状夹杂物的分形维数研究.首先,总结了分形维数的定义、不同分形维数的计算方法、三维分形维数(D3)的测量方法以及三维和二维分形维数之间相互转化的计算模型.其次,分析了影响夹杂物分形维数大小的主要因素,包括夹杂物成分和计算误差.在计盒维数计算方法中,计算误差来源于覆盖盒子最大尺寸的选取,当0.25≤ε/dmax≤1(ε为覆盖盒子的尺寸,dmax为夹杂物最大直径)时,夹杂物分形维数计算误差较小.最后,总结了分形维数在夹杂物研究上的应用.不规则簇状夹杂物在钢液中的理论上浮速度可以通过分形维数进行计算,且夹杂物的分形维数越大,夹杂物的上浮速度越大.分形维数可以用于簇状夹杂物碰撞聚合形成的聚集体形貌研究.分形理论发展出的有限扩散凝聚模型(DLA模型)可用于钢中夹杂物聚合的模拟研究,结果表明,随着粒子释放点到种子之间距离的减小、粒子尺寸的增加以及种子尺寸的增加,夹杂物聚集度增加,解释了塞棒或水口结瘤的原因.研究结果为深入研究钢中簇状夹杂物的碰撞聚合过程对其从钢液中上浮去除和有效提升钢水的洁净度提供了一定参考.

    分形维数簇状夹杂物计盒维数法夹杂物上浮碰撞聚合

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    钢渣资源化技术及展望

    崔心宇那贤昭
    16-25页
    查看更多>>摘要：随着中国钢铁产量不断提高,钢铁工业面临着严重的资源和环境问题,在钢渣的处理和利用方面尤为突出.目前的钢渣处理工艺中,钢渣热能大量浪费,金属铁回收过程能源消耗大;大部分钢渣填埋堆存,尾渣综合利用水平较低."双碳"背景下,发展低碳绿色钢渣资源化技术势在必行.总结了目前主流的钢渣处理工艺并分析讨论了不同方法的优缺点;归纳了钢渣主要的资源化利用途径,对近年来钢渣综合利用的技术进行分析.结合钢渣处理和利用现状,讨论并展望了钢渣资源化技术的发展方向.在"双碳"目标下,应该利用好熔融钢渣的热能,发展余热回收和热态钢渣提铁技术,利用钢渣碳化技术制备高附加值产品,实现热、铁、尾渣资源的全面回收与利用.

    钢渣处理工艺余热回收综合利用"双碳"目标

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    《中国冶金》广告版面征订(2025年)

    25页
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    精炼渣中Al2O3质量分数对U71Mn重轨钢中夹杂物影响

    高梓淇张瑜任强张立峰...
    26-36页
    查看更多>>摘要：精炼渣对钢液洁净度有着非常显著的影响,主要起兼顾脱氧、脱硫及吸附夹杂物的作用.MnS是重轨钢中常见的非金属夹杂物,大尺寸长条状MnS对钢的性能有极大危害.基于促进MnS在氧化物表面非均质形核、减小A类夹杂物危害的思想,结合工业试验与热力学计算,讨论了渣中Al2O3对夹杂物成分、尺寸、分布的影响,发现渣中Al2O3质量分数由13.72％降低至7.23％时,钢中总铝质量分数由0.002 4％降低至0.002 0％,钢轨夹杂物中Al2O3质量分数由83.35％降低到75.07％,氧化物夹杂数量密度由2.90个/mm2增加到5.69个/mm2,有利于增加MnS非均质形核位点,促进MnS在氧化物表面析出.评级结果表明,随着渣中Al2O3质量分数的降低,A法MnS评级粗系级别由2.0级下降至1.5级,细系级别由1.0级下降至0.5级;B法MnS评级粗系由0.744级下降至0.621级,细系保持在0.500级.热力学计算结果表明,渣中Al2O3含量通过影响渣中Al2O3活度来影响钢液中[Al]含量,从而影响夹杂物中Al2O3含量.控制MnS夹杂物在氧化物表面析出,有利于提高成品钢轨A类夹杂物的合格率.

    重轨钢MnS非均质形核夹杂物热力学精炼渣

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    精炼渣w(CaO)/w(Al2O3)对铝脱氧高强钢夹杂物去除的影响

    苏赵民杨文高志滨李四军...
    37-46页
    查看更多>>摘要：钢中非金属夹杂物对钢的性能有重要影响,大尺寸夹杂物对钢的性能具有很大破坏性.为了研究在LF精炼工艺中精炼渣w(CaO)/w(Al2O3)对铝脱氧高强钢中非金属夹杂物的去除效果,以Q690高强钢为研究对象,开展不同w(CaO)/w(Al2O3)精炼渣工业试验并通过热力学计算进行定量分析.3炉精炼渣w(CaO)/w(Al2O3)分别为1.58、1.77和2.22,其中w(CaO)/w(Al2O3)为2.22的精炼渣对夹杂物去除效果最好.在LF精炼阶段,夹杂物数量密度从13.89个/mm2减小到6.56个/mm2,变化率为53％;面积分数从0.012 2％减小到0.003 4％,变化率为72％;平均直径从4.82μm减小到3.44 μm,变化率为29％.通过引入精炼渣的夹杂物容量Zh数并将其用于含一定固相成分的精炼渣热力学计算,3炉工业试验精炼渣的Zh数分别为0.001 940、0.000 307和0.000 320,由于w(CaO)/w(Al2O3)为2.22精炼渣的Zh数最大,其对夹杂物去除效果最好.根据夹杂物容量预测云图,Z数在渣中CaO质量分数大于55％的液相线上达到最大.在实际生产中为了保证夹杂物去除效果,当精炼渣中SiO2质量分数为15％时,精炼渣w(CaO)/w(Al2O3)为2.04～3.05;当精炼渣中SiO2质量分数为10％时,精炼渣w(CaO)/w(Al2O3)为 1.73～2.22;当精炼渣中 SiO2 质量分数为 5％时,精炼渣 w(CaO)/w(Al2O3)为 1.51～1.55.随着精炼渣中SiO2含量降低,合适的精炼渣w(CaO)/w(Al2O3)逐渐减小且范围变小.通过调节精炼渣w(CaO)/w(Al2O3),可为铝脱氧高强钢提供生产指导.

    铝脱氧高强钢精炼渣w(CaO)/w(Al2O3)工业试验夹杂物去除夹杂物容量

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    Ce对曲轴钢49MnVS3中硫化物形态的影响

    马彦硕李阳姜周华孙萌...
    47-57,126页
    查看更多>>摘要：曲轴是一种极为重要的机械零部件,通常应用于各种发动机中,是内燃机将直线运动转化为旋转运动的重要部件.针对曲轴钢49MnVS3中硫化物形态控制问题,通过Olympus金相显微镜、Zeiss扫描电子显微镜以及OTS钢铁夹杂物自动分析系统对不同Ce含量铸锭中硫化物形态、尺寸、分布及数量进行统计和分析,通过电解侵蚀的方法对硫化物的三维形态进行观察,并通过热压缩试验评价不同种类硫化物的变形能力.研究结果表明,随着钢中Ce含量的增加,钢中的大尺寸长条状MnS夹杂物逐渐转变为弥散分布的小尺寸球状(Ce,Mn)S复合夹杂物.钢中硫化物夹杂的长宽比和密度均发生了较大变化,夹杂物尺寸从4.6μm降到2.3 µm,长宽比由2.9降到1.8,单位面积(mm2)夹杂物数量由32个增加到65个,铸锭中夹杂物的球化率显著提高.热压缩后,未添加Ce的试验钢中MnS夹杂物尺寸为20μm左右,呈垂直压缩方向的长线状,而加入Ce的试样中含Ce夹杂物未发生明显变形,仍保持了良好的弥散分布特征,这为高品质非调质钢制备技术的发展提供理论指导与技术支撑.

    曲轴钢49MnVS3MnS夹杂物稀土Ce形貌热压缩

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    快速冷凝对高氮高锰钢氮含量控制的影响

    刘吉猛吕博赵定国陈晨...
    58-66页
    查看更多>>摘要：随着人们对高锰钢材料更高强度、韧性、耐磨性及耐蚀性要求的提出,高氮高锰钢应运而生.目前高氮高锰钢主要采用高压凝固方式生产,成本较高.为此提出在冶炼末期向钢液加入过饱和氮、在钢液凝固时采用快速冷凝方式减少钢液中氮的逸出以控制其氮含量的方法.用高温立式熔炼炉将氮质量分数为0.218％的高氮高锰钢熔化后分别进行空冷和水冷,检测不同冷却条件下高氮高锰钢的氮含量、微观组织和一次枝晶间距等,并建立一次枝晶间距计算模型.结果表明,空冷试样氮质量分数为0.181％、钢中氮逸出率为17％,水冷试样氮质量分数为0.206％、钢中氮逸出率仅为6％;空冷试样的平均一次枝晶间距为63.34 μm,水冷试样的平均一次枝晶间距为41.67 μm,水冷试样凝固微区较小;空冷试样局部含氮显微气孔较大,并且分布比较集中,呈疏松状态,水冷试样宏观上含氮显微气孔尺寸很小,在20μm以下,且显微气孔数量少;钢液凝固过程中显微气泡的形核长大动力学模型表明,环境压力越高,外界直接抑制力越大,显微气泡越难生成,凝固微区长度越小;一次枝晶间距计算模型表明,随着界面生长速度和温度梯度的增加,枝晶间距逐渐减小,可至50μm以下,钢中凝固微区也减小,有利于抑制氮的逸出.因此对高氮高锰钢进行快速冷凝、减少凝固过程钢液中氮的逸出是提高高锰钢中氮含量的有效方法.

    高氮高锰钢快速冷凝氮含量枝晶间距氮气泡

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    冷速对20MnCr5齿轮钢凝固偏析影响

    张媛婷白云王锦陈玉凤...
    67-75,83页
    查看更多>>摘要：齿轮钢作为航空航天、铁路运输和机械传动等领域的关键材料,其性能直接影响齿轮的使用寿命和可靠性.针对齿轮钢在较低冷却速率凝固时带状组织会使其性能恶化的问题,通过原位激光共聚焦扫描显微镜(CLSM)、电子探针X射线显微分析仪(EPMA)以及JMatPro软件等多种试验和理论计算相结合的方法,对20MnCr5齿轮钢在不同冷却速率下微观结构和溶质元素的微观偏析行为进行了探究.结果表明,随着冷却速率的加快,二次枝晶臂间距由318.63μm减小至138.08μm.20MnCr5齿轮钢凝固过程中,主要发生L→L+δ→γ的相变.随着温度的降低,铬和锰元素在晶界处有偏聚的倾向,同时,MnS、TiN和碳化物等相继析出.构建了一个溶质元素微观偏析模型,预测了齿轮钢凝固过程中元素的偏析行为,其结果与EPMA面扫元素分布一致,可为连铸工艺优化控制与铸坯质量控制提供依据.

    齿轮钢原位观察凝固组织冷却速率偏析模型

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    干熄焦系统焦炭烧损率实时测算及其变化规律

    徐荣广崔利芳刘森林王文斌...
    76-83页
    查看更多>>摘要：干熄焦系统中硫化物和CO主要源自焦炭烧损,而焦炭烧损普遍存在于干熄焦工艺中.通过研究干熄焦系统中焦炭烧损率变化规律,可为相关污染物治理提供理论支撑.基于干熄焦系统气态碳平衡推导焦炭烧损率的实时测算方法,需要先获得干熄焦环境除尘气中CO和CO2的体积分数.为此,研究了干熄焦环境除尘气组分变化规律,其中的CO2、CO以及少量NO均呈周期性变化,在装焦作业时含量快速升高并出现峰值,随后快速降低并趋于平缓.结合上述检测数据,最终得到真实的焦炭烧损率变化规律.正常生产时焦炭烧损率呈周期性变化,而一定时间内未装焦时其呈下降趋势.装焦作业造成焦炭烧损率出现峰值,其对干熄焦系统焦炭烧损率的贡献比例约为10％.对比焦炭烧损率3种实时测算方法可知,由导入空气法得到的焦炭烧损率数值偏高,而碳(放散气)平衡法得到的焦炭烧损率数值偏低.当循环气体中CO浓度控制过低时焦炭烧损率偏高,通过提高循环气体中CO浓度等措施,可将焦炭烧损率降低至设计水平.

    干熄焦焦炭烧损烧损率气态碳变化规律

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    双层预烧结支撑工艺

    刘杰张辉徐礼兵靳殉...
    84-90页
    查看更多>>摘要：为实现鞍钢本部高炉和烧结产能的匹配,提高烧结矿产量,并解决高比例精矿烧结时料层厚度难以超过900 mm的难题,鞍钢集团开发了双层预烧结工艺,但在实际生产过程中出现了烧结矿成品率下降、[5,10)mm准粉末级别烧结矿升高的问题,为此在实验室开展了 1 000 mm双层预烧结支撑工艺的基础研究.结果表明,双层预烧结时,在第二次点火后CO2和CO体积分数升高,O2体积分数急剧下降到8％左右,底部混合料层一定时间内为低氧气氛燃烧.双层预烧结时透气性指数变化分为3个过程,加入支架后,第1阶段平均提高10.37％,第2阶段平均提高12.61％,第3阶段中最低处平均提高28.95％;加入支架后,氧含量最低点时间提前,氧含量提高,烧结矿转鼓强度下降,但成品率上升,利用系数可以达到2.12 t/(m2·h),[5,10)mm的准粉末级别比例明显下降,350 mm支架较400 mm支架能取得更好的技术指标.支架烧结在实验室证明可以解决双层预烧结应用的关键难题,可以进一步释放其提产能力.

    双层预烧结支撑烧结透气性指数氧含量超厚料层

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