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    1. 2025年1期封面目录
    炼钢    2025, 41 (1): 0-0.  
    摘要249)      PDF(pc) (292KB)(28)    收藏
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    2. RH真空精炼的发展现状和展望
    曾 帅, 姜媛馨, 张 晗, 孙乙力, 罗洪杰, 雷 洪,
    炼钢    2025, 41 (1): 1-11.  
    摘要205)      PDF(pc) (1360KB)(77)    收藏
    RH真空精炼具有良好的精炼效果,被广泛应用于生产低碳钢、超低碳钢等优质钢材。在几十年的发展过程中,RH精炼功能不断丰富,衍生出多种类型的RH装置。冶金工作者们也对RH的精炼过程展开过诸多研究,提出了许多RH流场、脱碳、脱硫和夹杂物传输行为的数学模型。分析了RH装置结构和精炼功能的演变,给出了RH内流场、脱碳、脱硫和夹杂物传输行为的数学模型的联系和差异,展望了RH装置的发展趋势和RH理论研究发展方向。
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    3. 特厚板坯厚度方向上夹杂物分布及中心裂纹形成机理
    盖一铭, 徐龙云, 杨 健
    炼钢    2025, 41 (1): 63-73.  
    摘要178)      PDF(pc) (3635KB)(33)    收藏

    采用EVO18型扫描电镜-能谱仪(SEM-EDS)对特厚板坯厚度方向上非金属夹杂物的数量、尺寸、成分、分布规律进行了研究,同时对铸坯中心裂纹处金相组织进行了观察分析。结果表明,特厚板坯中夹杂物的主要类型为Al2O3、MnS、TiN以及上述三种夹杂物的复合夹杂物。特厚板坯厚度方向上主要存在距内弧面1/4处的夹杂物聚集区。由于Mn元素和Ti元素的偏析作用,夹杂物MnS、TiN、MnS-TiN夹杂物在坯厚度中心附近在氧化物表面析出,所以大尺寸夹杂物在厚度中心处数量密度较大。从Al2O3+MgO+CaS+TiN的三维形貌及能谱图可以看出,由于特厚板坯厚度较大,冷却速度较慢,Al2O3在降温过程中率先析出,随着温度的降低,硫化物、氮化物在Al2O3周围析出。特厚板坯中心裂纹主要有两种产生原因,一是细小析出物钉扎组织晶界造成晶界处产生聚合孔洞,孔洞进一步长大形成中心裂纹;二是在铸坯凝固前沿,矫直应变容易造成沿晶撕裂产生裂纹。

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    4. 基于加权聚类和DNN的KR法脱硫剂加入量预报模型
    李 威, 熊 凌, 罗钟邱, 吴经纬, 万诗斐, 但斌斌
    炼钢    2025, 41 (1): 12-18.  
    摘要164)      PDF(pc) (1687KB)(47)    收藏
    为了准确预测铁水KR脱硫工序中的脱硫剂加入量,提出了一种基于密度的聚类方法(DBSCAN)和深度神经网络(DNN)相结合的建模方法。首先计算Spearman相关系数筛选出与脱硫剂加入量相关性较强的6个输入特征;基于筛选后的特征,利用DNN对数据集建立脱硫剂加入量预测模型;通过SHapley Additive exPlanations(SHAP)方法解释DNN模型,计算出各个特征对模型输出的贡献程度,根据得到的权重代入DBSCAN聚类算法中对某炼钢厂的脱硫实际生产数据进行聚类,保留清洗后的数据集;最后,通过五折交叉验证的方法对比了数据清洗前后的支持向量回归(SVR)、随机森林(RF)、极限梯度提升(XGBoost)、BP神经网络、深度神经网络(DNN)的预测模型性能。试验结果表明,使用清洗后的数据集建立的脱硫剂加入量预测模型的均方根误差(RMSE)、平均绝对误差(MAE)、平均绝对百分比误差(MAPE)、决定系数(R2)较原数据集平均提高了33.6%、15.5%、12.9%、6.9%。
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    5. Nb微合金齿轮钢晶粒长大行为与析出相的影响
    代智鹏, 杨 健, 张庆松, 张银辉, 白 云, 吴小林
    炼钢    2025, 41 (1): 95-104.  
    摘要161)      PDF(pc) (3744KB)(33)    收藏

    高温渗碳可以降低碳排放,提高生产效率,是当前齿轮生产的发展方向。但是高温渗碳过程中容易产生晶粒异常粗大,为此,研究了质量分数0.0166 %Nb微合金化20MnCr5齿轮钢在不同加热温度下的晶粒长大行为与析出相的影响。对原始奥氏体晶粒组织进行观察分析的同时,用碳膜复型的方法萃取纳米析出相,并通过TEM和EDS分析了析出物的形貌和成分。结果表明,在加热过程中,晶粒演变是从缓慢长大,到晶粒异常长大和晶粒快速长大,平均晶粒尺寸由8.90 μm增加至244.83 μm。主要析出粒子有NbC、AlN与NbC+AlN复合粒子,利用Hillert模型对不同温度下较细与较粗晶粒的平均直径进行计算,可以得到了更加精准的奥氏体晶粒长大预测模型。随着加热温度升高,析出相粒子粗大和固溶是导致奥氏体晶粒异常长大的主要原因。

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    6. 脱氧合金化工艺对铝脱氧钢洁净度的影响研究
    程 林, 王 哲, 胡志远, 任 强, 张立峰
    炼钢    2025, 41 (1): 53-62.  
    摘要159)      PDF(pc) (2103KB)(66)    收藏
    夹杂物是影响钢液洁净度的重要因素,而脱氧过程是钢中内生氧化物夹杂的主要来源。通过实验室试验对铝脱氧钢的脱氧合金化工艺进行研究,对比分析了脱氧合金添加顺序,即“先铝后硅”和“先硅后铝”脱氧工艺。对钢液中夹杂物聚集行为的影响,使用1:1盐酸水溶液酸溶法和酸蚀法对钢中夹杂物的形貌进行了表征。试验结果表明,两种脱氧工艺对钢液中夹杂物的类型并无显著影响,稳定夹杂物都为Al2O3夹杂物。采用“先铝后硅”脱氧工艺的钢液更洁净,但是Al2O3夹杂物为团簇状;采用“先硅后铝”脱氧工艺的钢液中Al2O3夹杂物的平均尺寸更大。酸溶法可观察到“先铝后硅”工艺中Al2O3形貌为树枝状、团簇状、球状和多边形块状;酸蚀法可观察到“先硅后铝”工艺中Al2O3形貌为团簇状和球状。热力学计算结果表明,铝脱氧后钢液中的溶解氧质量分数会降至10×10-6以下,再次添加硅则只作为合金元素不参与脱氧反应;而硅脱氧后钢液中的溶解氧质量分数会降至29×10-6,再次添加铝会继续降低钢中溶解氧质量分数至10×10-6,并将SiO2夹杂物还原为Al2O3夹杂物,与试验所得结果一致。
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    7. 转炉喷吹石灰石粉分解CO2参与炼钢行为机制研究
    李晨晓, 赵 鹏 , 张 昀, 孟 鑫, 沈浩杰, 纪志浩,
    炼钢    2025, 41 (1): 37-44.  
    摘要156)      PDF(pc) (1239KB)(45)    收藏

    基于绿色低碳和高效冶炼理念,提出了转炉喷吹石灰石粉高效造渣炼钢技术,在炼钢温度下,石灰石粉分解产生的CO2会与熔池元素发生氧化反应,进而影响冶炼效果。基于热态试验分析石灰石粉分解CO2在铁水元素氧化过程中的反应规律,通过调控不同影响因素,系统研究了不同条件下脱碳规律。研究结果表明:与O2相比,石灰石粉分解产生的CO2脱碳速率较慢,O2的脱碳能力约为CO2的1.7倍。在不同初始碳含量下,平均脱碳速率约为0.0256 %/min,满足零级反应特征,即初始碳含量不影响脱碳反应速率。随着熔池温度从1450 ℃提高至1600 ℃,脱碳率提高了1.17倍,CO2脱碳反应的活化能为27.96 kJ/mol。在较大流量下脱碳率明显增加,反应速度提高了1.68倍。明晰了石灰石粉分解CO2参与脱碳行为热力学规律,进而明确了石灰石粉分解CO2对造渣脱磷行为的影响。

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    8. RH工艺参数对钢液混匀效果影响的物理模拟
    刘文凭, 凌海涛, 王海军, 常立忠
    炼钢    2025, 41 (1): 45-52.  
    摘要156)      PDF(pc) (1609KB)(39)    收藏

    通过建立比例1﹕5的物理模型,分别研究了吹气流量、吹气孔数、浸渍管插入深度以及真空室内液面高度等参数对210 t RH内钢液混匀过程的影响。同时,研究了不同吹气孔堵塞方式对RH内混匀的影响。结果表明:增大吹气流量使得RH内混匀时间逐渐降低直至趋于稳定,与吹气流量0.41 m3/h相比,混匀时间降低比例由5.5%增加至37.9%,此后基本保持不变,对应的最佳吹气流量为0.76 m3/h;增加吹气孔数、浸渍管插入深度以及提高真空室内液面高度均能促进RH内钢液的混匀,缩短混匀时间。在8孔吹气条件下,采用下层吹气方式时,混匀时间最短,较单侧吹气方式下混匀时间降低幅度为37.7~56.8 s;在12孔吹气条件下,采用上层堵4孔吹气方式时,混匀时间最短,较单侧吹气方式下混匀时间降低幅度为5.5~21.3 s。

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    9. 铁水包脱硫吹气赶渣工艺多相流数值模拟研究
    富 强, 孙才权, 刘真海, 关 锐, 艾新港, 李胜利
    炼钢    2025, 41 (1): 19-28.  
    摘要155)      PDF(pc) (2016KB)(38)    收藏

    近年来吹气加机械扒渣的涌动式扒渣工艺在生产中以除渣效率高、铁损少、成本低等优点得到应用。但对于该工艺的研究大都停留在基于实验室的简单研究和企业的经验积累,缺少理论上的支撑。以125 t铁水包为研究对象,采用数值模拟的方法对扒渣过程进行了研究,建立了铁水-渣-空气流动的三维数学模型,探究了喷枪吹气流量、插入深度、插入位置、渣层厚度等工艺参数对无渣层区域面积、长度、宽度和液面波动高度的影响,结果表明:喷枪吹气流量为300 m3/h左右时,能达到较好的驱渣效果;喷枪插入深度在800~1000mm时满足涌而不喷溅的条件,此时最有利于扒渣;喷枪插入位置为0.4P左右时,驱渣效果最好,最有利于扒渣。经过修正换算后,确定工业生产中最佳的喷吹气体流量约为100 m3/h,最佳的喷枪插入深度范围为800~1000 mm,喷枪插入位置在距离后包壁600~700 mm处时能达到最佳的驱渣效果,提高扒渣效率,为铁水扒渣的实际工业生产提供理论依据,保证钢铁公司低硫钢的稳定生产。

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    10. 120 t转炉二次燃烧氧枪溅渣射流特性数值模拟
    赵 逸, 郑淑国, 朱苗勇
    炼钢    2025, 41 (1): 29-36.  
    摘要155)      PDF(pc) (3421KB)(45)    收藏
    以某钢厂120 t转炉为研究对象,建立二次燃烧氧枪枪头三维数学模型,采用数值模拟计算的方法对单流道二次燃烧氧枪溅渣过程的氮气射流特性进行研究,考察了不同的副孔直径、副孔倾角和副孔高度对氮气射流的影响规律。研究表明:随着副孔直径的增加,主孔和副孔的射流核心段轴向长度均逐渐增大,射流的径向宽度亦逐渐增大,且溅渣枪位下的主孔射流速度先增大后减小;随着副孔倾角的增加,主孔射流核心段轴向长度逐渐减少,溅渣枪位下射流面积逐渐增大,30°为溅渣合理的的副孔倾角;随着副孔高度的增加,主孔射流核心段轴向长度呈先增大后减小的趋势,且溅渣枪位下,75 mm的副孔高度有最大的主孔射流速度,其溅渣效果最佳。
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    11. 稀土La对20CrMnTi齿轮钢中TiN夹杂物改质影响研究
    汤 浩, 刘 爽, 刘丽霞, 彭 军, 王亚明, 王桂林
    炼钢    2025, 41 (1): 86-94.  
    摘要147)      PDF(pc) (4055KB)(27)    收藏

    20CrMnTi齿轮钢中TiN夹杂物尺寸及分布直接影响钢的力学及服役性能,控制钢中TiN夹杂物形貌及尺寸分布是提升20CrMnTi齿轮钢性能的有效路径。利用试验及热力学计算等方法,研究了稀土La对20CrMnTi齿轮钢中TiN夹杂物的改质行为。结果表明:未加稀土La元素时,析出的TiN微粒会在Al2O3核心上析出长大,逐渐成为尺寸较大的方形Al2O3-TiN复合相夹杂物,此时钢中含TiN夹杂物主要为纯TiN或Al2O3-TiN复合相夹杂物。加入稀土La后,钢中LaAlO3先于Al2O3核心析出,析出的LaAlO3将作为TiN形核核心,后续析出的TiN会在LaAlO3核心上异质形核长大,逐渐成为尺寸较小的LaAlO3-TiN复合相夹杂物,且改质后的TiN夹杂分布较为均匀。稀土La的加入可有效改质钢中TiN夹杂物形貌及尺寸,使得钢中TiN夹杂物由大尺寸棱角尖锐的不规则形状转变为小尺寸夹杂物,此时,钢中含Al2O3-TiN复合相夹杂物被改质为LaAlO3-TiN复合相夹杂物,钢中含TiN夹杂物平均尺寸由4.825μm降至2.846μm。

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    12. 盾构机主轴承圆柱滚子用轴承钢中钛夹杂析出与控制
    杨雯蕊, 薛正良, 田 浩, 肖爱平, 刘东明, 徐 光,
    炼钢    2025, 41 (1): 74-85.  
    摘要140)      PDF(pc) (2546KB)(42)    收藏

    采用热力学和动力学方法研究了轴承钢GCr15凝固过程中溶质元素偏析、钛夹杂析出规律及影响钛夹杂长大的因素。研究表明:1)GCr15钢在凝固过程中Ti(CxN1-x)先于TiN在凝固前沿的固液两相区析出,降低钢液初始Ti、N含量均能推迟Ti(CxN1-x)在凝固前沿的析出。Ti(CxN1-x)夹杂中的x值随w(Ti)0下降而下降,但随w(N)0下降而升高。2)凝固冷却速率对GCr15钢中Ti、N元素的凝固偏析影响不大,但对钛夹杂的长大影响显著。随着钢液初始Ti、N含量下降,钛夹杂凝固析出推迟,尺寸变小。采用70 t EAF→EBT→LF→RH→IC(模铸)工艺生产轴承钢GCr15大钢锭,从30 t GCr15钢锭经热锻/轧成的Ф75 mm圆棒上取样,w(T.O)、w(Ti)和w(N)分别为0.0007%、0.0010%、0.0019%。光学显微镜下检测到的钛夹杂是呈土红色的碳氮化钛夹杂;扫描电镜下观察到钢中钛夹杂形状不规则,钛夹杂最大尺寸17.4 μm,平均尺寸为9.2 μm,这与大吨位模铸锭冷却速率小有关。对大钢锭模铸而言,严格控制各工序钢水增Ti量和增N量,降低钢液中Ti、N含量,推迟钛夹杂在凝固过程中的析出是控制盾构机主轴承圆柱滚子用轴承钢GCr15产品钛夹杂尺寸的有效措施。

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    13. VD精炼技术的研究进展
    易昌鑫, 于会香, 刘金刚, 贾刘兵
    炼钢    2024, 40 (4): 1-10.  
    摘要115)      PDF(pc) (12465KB)(114)    收藏
    VD(Vacuum degassing)精炼在真空气氛下有强烈的渣钢反应,具有脱气、脱硫以及控制非金属夹杂物等功能,是生产高品质洁净钢的重要精炼方式。介绍了VD精炼技术的发展历程和工业应用,详细阐述了在脱气、脱硫、夹杂物控制等方面的研究和生产应用情况,并对VD工艺提出了建议。VD精炼中真空脱气(O、N、H)的研究主要集中在优化工艺参数和提升设备性能方面,能将钢中氢质量分数控制在(1~2)×10-6,氮质量分数控制在(40~60)×10-6,且VD真空脱氮具有一定的优势。脱硫方面,VD精炼有良好的热力学和动力学条件,能将钢中硫含量控制在很低水平。夹杂物控制方面,通过优化炉渣成分和工艺参数,VD精炼可以减少夹杂物数量、对夹杂物进行改性。相关的研究结果对VD精炼的研究与生产具有一定的指导意义,为降低钢中杂质元素含量、控制非金属夹杂物、提高钢的洁净度提供了有益的参考。
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    14. 邯钢新区铁钢界面汽车“一罐到底”运行实践
    刘志朝, 程子波, 王宗德
    炼钢    2024, 40 (4): 85-90.  
    摘要104)      PDF(pc) (7405KB)(47)    收藏
    河钢集团邯钢新区系邯钢东区退城整合搬迁项目,受山区地形及土地面积限制,该项目采用紧凑式布局,高炉到转炉最近距离450 m,吨钢占地面积仅0.3 m2,铁钢界面采用汽车“一罐到底”模式进行铁水驳运,铁水罐受铁完毕后10 min即可拉到炼钢生产,并运用了数字、物联网等新技术加以辅助,经过投产以来的改进优化,新区铁水罐周转率达到7.0 次/日、进炼钢铁水温度1 440 ℃、“一罐到底”比例99 %,较搬迁前分别提高4.0 次/日、98 ℃、39百分点;铁水温降降低到
    82 ℃,较搬迁前减少81 ℃,界面热量损耗大幅降低,为炼钢工序增钢降耗创造了有利条件,符合国家节能减排的理念,对行业“双碳”战略具有一定借鉴意义。
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    15. 电弧炉冶炼超低碳汽车用钢的工艺实践
    彭 飞, 王立辉, 张庆宇, 赵晓磊, 宋 帅, 孙江波
    炼钢    2024, 40 (4): 74-79.  
    摘要93)      PDF(pc) (6424KB)(71)    收藏
    介绍了“废钢管理→EAF→RH真空处理→板坯连铸”工艺生产超低碳汽车板DC04钢的情况,针对短流程冶炼过程中C、N及残留元素难以控制的问题,围绕反应原理及生产流程进行了重点分析,并分别采取了从废钢管理、电炉、真空精炼到连铸全过程的针对性工艺改进方案及技术性措施,包括建立废钢数字化管理模式、优化电炉终点控制及废钢预热工艺、RH真空度精确控制及渣系优化、连铸原辅料标准修订及过程参数优化等措施,将钢中碳、氮元素质量分数分别降至25×10-6、30×10-6以下,钼、镍、铜、硼残余元素质量分数分别降至0.02 %、0.05 %、0.08 %、0.000 6 % 以下,满足超低碳汽车板DC04钢的标准要求,提升了产品质量。
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    16. 120 t转炉顶底复吹过程多相流数值模拟研究
    罗 康, 辛同泽, 魏代春, 王 栋, 王 峥, 王 敏,
    炼钢    2024, 40 (5): 29-37.  
    摘要80)      PDF(pc) (5952KB)(54)    收藏
    以120 t五孔氧枪顶底复吹转炉为原型,基于Fluent数值模拟,对多组不同氧枪枪位与底吹气体流量方案进行建模计算,分析了五孔喷头顶吹超音速射流行为,以及不同方案下熔池冲击面积及冲击深度的变化规律。模拟结果与前人实测结果吻合,证明了模拟的准确性。模拟结果表明,由于顶底复吹作用,速度集中在钢液面附近,顶吹和底吹气流周围的区域钢液流速变慢;随着氧枪高度不断升高,冲击深度逐渐减小,冲击面积先增大后减小;当氧枪高度1.8 m时熔池冲击面积最大,单孔底吹流量为60 m3/h,底吹效果最好。
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    17. 底吹氩钢包内流动及界面传热行为的数值模拟研究
    秦绪锋, 王凤良, 程常桂, 李 阳, 卫 卫, 金 焱
    炼钢    2024, 40 (5): 49-59.  
    摘要77)      PDF(pc) (12580KB)(38)    收藏
    钢包底吹氩是二次精炼中的常用手段,在均匀温度和成分、促进钢渣界面反应、去除夹杂物等方面效果显著,然而底吹氩在搅拌钢液的同时会加剧壁面耐材熔损,降低钢液洁净度,影响钢包寿命和使用安全性。采用数值模拟的方法研究了底吹氩钢包内钢渣流动及固液间传热行为,分析了单孔和双孔吹氩下气泡上浮及钢渣界面行为,对比了钢包不同结构界面处温度分布,探讨了吹氩量对钢包内流动传热及界面温度分布的影响。结果表明:底吹氩钢包内气泡羽流呈倒锥状分布,随着距渣眼距离的增加,钢渣界面速度和温度逐渐降低;同一气量下,相较于单孔吹氩,双孔吹氩下气泡羽流扩张角增大,渣眼面积减小,钢渣界面最大速度和湍动能较小;钢包不同结构界面温度由内向外逐渐降低,各界面渣线高度位置和底部存在较大的温度梯度;底吹氩所形成的局部循环流会导致工作层壁面的近钢渣界面位置形成高温热点区域。增大吹氩量,壁面高温热点区域温度和范围增大,近钢渣界面壁面的最大周向温差在20 K左右,双孔吹氩模式和低吹氩量有利于减小壁面周向温差。
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    18. 气泡在钢包冶金中行为与作用的研究进展
    王书桓, 王向翠, 赵定国, 赵 帅, 吕 博, 陈 晨
    炼钢    2024, 40 (5): 1-17.  
    摘要77)      PDF(pc) (14436KB)(70)    收藏
    综述了气泡在钢包冶金中的行为与作用的研究进展,结合气泡行为研究使用的试验装置和研究方法,分析了液体中气泡的运动行为与原理,包括气泡形成、上浮、长大、破碎、聚并和逸出破裂过程,阐述了气泡形成、气泡尺寸、上升速率、运动轨迹和破裂液滴等特征及其变化规律。讨论了气泡在钢包冶金中的作用,主要涉及均匀钢液成分和温度、去除夹杂物以及渣金界面气泡夹带等方面。充分发挥气泡的冶金作用,可有效改善冶金工艺流程,提升钢铁性能和品质。
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    19. 基于Stacking算法的转炉吹炼终点钢水磷含量预测
    于 飞, 罗辉林, 柯 凯, 张 天
    炼钢    2024, 40 (4): 11-16.  
    摘要70)      PDF(pc) (6951KB)(75)    收藏
    根据中天钢铁集团有限公司120 t转炉的实际生产数据,建立基于Stacking集成学习算法的转炉终点钢水磷含量预测模型。通过脱磷热力学分析确定影响脱磷的主要因素,进而确定模型的输入变量。在数据预处理完成后使用6种机器学习算法(RF、ET、XGBoost、LightGBM、CatBoost、NN)分别建立模型,再将这6种模型的预测结果使用多元线性回归算法进行Stacking集成建模。通过对比这7种模型的预测结果可以得到:Stacking集成模型的预测效果最好,其预测终点钢水磷质量分数误差为±0.004 %、±0.00 5 %时的命中率分别为90.59 %、97.56 %。
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    20. 稀土处理铝脱氧钢的研究进展
    张 妮, 孙 亮, 于会香
    炼钢    2024, 40 (6): 1-12.  
    摘要67)      PDF(pc) (1931KB)(43)    收藏
    在钢中添加稀土能改善钢材的洁净度并提高钢材性能。综述了近些年稀土处理铝脱氧钢的研究进展。概述了含稀土钢的发展历史与现状,归纳总结了稀土加入钢液后,对钢液洁净度、夹杂物改性、显微组织与力学性能、耐腐蚀性与耐氧化性四个方面的影响。其中重点阐述了稀土处理对钢中夹杂物的影响,包括夹杂物的改性机理、演变规律、尺寸、密度及分布状况等方面。此外,从电渣重熔和渣-钢反应两方面介绍了稀土渣的相关研究。最后对所述内容进行了总结与展望,以期为稀土处理钢的相关研究和应用提供一些参考。
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