炼钢

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1. 利用Ca、Zr和稀土的氧化物冶金技术最新进展

陈妍利, 杨健

炼钢 2023, 39 (1): 1-16.

摘要（125）

PDF（pc）（3846KB）（58）

为了研究氧化物冶金技术对提高厚钢板焊接性能的影响，归纳总结了国内外利用强脱氧剂Ca、Zr和稀土的氧化物冶金技术的最新进展。随着Ca含量的升高，亚微米级TiN粒子的平均尺寸变化不大，纳米级TiN粒子的平均尺寸下降，亚微米级TiN粒子和纳米级TiN粒子数量明显增多。在焊接热输入400 kJ/cm条件下，含质量分数25×10^-6的Ca对HAZ组织的细化效果和低温冲击韧性的改善效果最好。含质量分数150×10^-6的Zr钢，粗晶热影响区在钢样中获得了良好的冲击韧性，在热输入400 kJ/cm高达230 J。加稀土元素后，小尺寸夹杂物数量密度上升，平均尺寸下降。含质量分数23×10^-6的Ce钢，在热输入为25 kJ/cm条件下，冲击功提高到215 J左右，韧性增强效果尤为明显。对比加Ca、Zr和REM的氧化物冶金作用机理，加Ca可以促进纳米级TiN粒子的增量细化析出，具有一定的抑制奥氏体晶粒长大的效果，同时还可以明显促进晶内铁素体的生长。加Zr也具有一定的抑制奥氏体晶粒长大的效果，还容易形成大量含Ti的复合氧化物夹杂，通过吸附MnS夹杂，促进针状铁素体形核。添加稀土元素可以细化微米级夹杂物，从而细化奥氏体晶粒，也具有一定的促进针状铁素体生长的效果，但是容易造成连铸过程的水口堵塞问题。

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2. 140 t铁水包底吹氩混合特性物理模拟研究

王晓慧, 郑淑国, 朱苗勇

炼钢 2023, 39 (1): 17-22.

摘要（117）

PDF（pc）（1492KB）（33）

针对铁水包底吹搅拌工艺，以某厂140 t铁水包为原型，基于相似原理建立物理模型，探索了合理的混匀时间测定方法，研究了圆底及平底铁水包底吹氩的混匀特性，并考察了气量、透气砖位置及高径比对混匀特性的影响规律。提出一种合理的混匀时间测定方法，即：通过示踪流场找出混匀较慢的几个典型监测位置并测定其混匀时间，将所测数据的最大值作为本方案的混匀时间。研究结果表明：圆底铁水包中心底吹下，随吹气量增大，混匀时间整体呈减小趋势，最佳混匀气量为800 L/min，且混匀时间随高径比增加呈先增大后减小的趋势；中心底吹下，当吹气量小于200 L/min时，圆底铁水包的混匀效果要明显好于平底铁水包，当吹气量超过300L/min后，平底与圆底铁水包的混匀效果相差不大；就本研究而言，平底铁水包中，随高径比增大，混匀效果最佳底吹位置由中心向0.33R偏移，且0.67R孔底吹的混匀效果始终最差。

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3. 铁水预处理镁系脱硫渣流动性能调控研究

蒋武锋, 田亮, 郝素菊, 薄荷, 马腾飞, 张玉柱

炼钢 2023, 39 (1): 23-29.

摘要（75）

PDF（pc）（1425KB）（24）

镁系脱硫剂与硫的亲和力强，脱硫效率高，是铁水预处理脱硫过程常用的脱硫剂之一，但脱硫后的渣具有渣稀、不易扒渣等特点。为了改善脱硫渣的流动性、增加界面的粘接力、降低扒渣铁损，研究了脱硫渣改性剂碱度和添加量对脱硫渣黏度的影响。首先采用FactSage热力学软件对不同碱度和FeO加入量的脱硫渣黏度进行了模拟计算，分析了碱度和FeO加入量对脱硫渣黏度的影响。然后通过绘制CaO-SiO₂-Al₂O₃-MgO(10%)-FeO(11%)脱硫渣的等温液相线图，找到了脱硫渣扒渣难的原因。利用熔渣综合物性测定仪测定了加入脱硫渣改性剂前后熔渣的黏度。结果表明：未加入脱硫渣改性剂之前脱硫渣的黏度均偏低，达不到合适的扒渣黏度；加入脱硫渣改性剂后可以增大脱硫渣的黏度，适宜的脱硫渣改性剂添加量为脱硫渣改性剂与脱硫渣配比为2∶5、3∶5，此时在扒渣温度区间1330~1340℃，脱硫渣黏度在2.007~2.114、2.5~2.77 Pa·s，有利于脱硫渣的粘结。

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4. 转炉内废钢预热可行性的数值模拟分析

王伟, 魏国, 王行, 邵磊, 陈高强

炼钢 2023, 39 (1): 30-34.

摘要（64）

PDF（pc）（1270KB）（48）

废钢预热技术作为高炉-转炉长流程提高废钢使用量的重要手段，已成为当前钢铁企业关注的热点。相比于炉外预热，在转炉内部加热废钢可避免热废钢输运过程的热量散失。针对转炉内燃气加热废钢工艺，建立了转炉内天然气燃烧预热废钢的瞬态非热平衡流固耦合模型。模拟结果表明：转炉内天然气纯氧助燃产生的高温气流可快速预热废钢；可在20 min内将废钢平均温度预热到800℃以上，其燃气利用率在40%左右。随着燃气流量增加，加热废钢速度更快、温度更高，但煤气利用率降低。采用高枪位预热时，预热范围大，利于上层废钢的预热；低枪位时，气流的冲击能力增强，利于下层废钢的预热，枪位为1 m时，废钢温度、均匀性综合效果最佳。废钢空隙度为0.8左右时，炉内气流分布均匀，预热效果较优。

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5. 210 t转炉双马赫数氧枪超音速射流特性模拟与应用

牛海云, 晁霞, 董文利

炼钢 2023, 39 (1): 35-41.

摘要（101）

PDF（pc）（1483KB）（25）

针对某厂210t转炉吹炼过程存在的氧枪喷头寿命低、喷溅严重、吹炼时间长、终点过氧化等问题，提出一种具备双马赫数的5孔拉瓦尔氧枪喷头优化设计方案，并通过建立计算流体动力学模型（CFD）对不同设计参数的氧枪喷头的超音速射流特性进行研究。基于氧枪喷头超音速射流速度、动压以及湍动能分布规律数值模拟结果，综合考虑转炉熔池搅拌控制要求，最终确定采用“中心拉瓦尔管Ma=2.0外围拉瓦尔管Ma=1.8、偏转角12°”设计方案。优选的双马赫数氧枪喷头在210t转炉应用后，喷头寿命较传统单马赫数喷头提高10.42%，纯吹炼时间缩短10.87%，终点钢水[O]质量分数降低9.56%，终点炉渣TFe质量分数降低20.21%。

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6. 碱度对转炉渣中磷富集的影响

吴旭峰, 王多刚

炼钢 2023, 39 (1): 42-46.

摘要（51）

PDF（pc）（957KB）（24）

基于离子和分子共存理论，通过理论计算与试验研究了1 673 K时转炉渣中磷的富集能力。研究结果表明：转炉渣中形成的复杂分子主要为2FeO·SiO₂、CaO·SiO₂、2CaO·SiO₂(C₂S)以及3CaO·SiO₂四种硅酸盐复杂分子和3FeO·P₂O₅、4FeO·P₂O₅、2CaO·P₂O₅、3CaO·P₂O₅(C₃P)以及4CaO·P₂O₅五种磷酸盐分子，其中C₂S的质量作用浓度显著高于另外三种硅酸盐，C₃P的质量作用浓度的数量级显著高于另外四种磷酸盐，其分别在碱度为1.8和1.7时达到峰值；磷主要富集于C₂S-C₃P固溶体中，随着碱度的增加，磷富集可能性（N_C2S-C3P）先逐渐增大，在碱度为1.75时达到峰值，随后逐渐降低；磷富集程度（R_C2S-C3P）与分配比（L_P^s/l）随碱度的变化趋势相一致，R_C2S-C3P和L_P^s/l分别在碱度为2.2和1.9时达到峰值，分别为87.1 %和11.4；工业试验显示炉渣的脱磷能力在碱度约为1.8时达到最大。

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7. 基于集成学习的转炉炼钢供氧量预测模型

柯凯, 彭其春, 彭霞林, 向往

炼钢 2023, 39 (1): 47-52.

摘要（56）

PDF（pc）（1098KB）（23）

针对大多数中小型转炉无法使用动态模型的现状，基于3种不同集成方式的集成学习算法（随机森林、XGBoost和stacking集成）建立了转炉炼钢供氧量预测模型。通过理论基础和相关性分析确定了模型的输入变量；利用五数概括法与孤立森林算法进行数据预处理；结合5折交叉验证和网格搜索方法确定模型的最佳参数。最后通过对比3种集成学习算法的预测结果，表明stacking集成模型的预测性能最好，供氧量在±200、±300m³精度下的命中率分别为84.04%、95.11%，均方根误差（RMSE）为147.31。

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8. 精炼渣组元对渣系物化性能和耐蚀合金中元素烧损的影响

周荣傲, 龚伟, 王鹏飞, 姜周华

炼钢 2023, 39 (1): 53-59.

摘要（93）

PDF（pc）（1201KB）（24）

在连铸流程生产Incoloy825耐蚀合金时，AOD精炼过程中精炼渣易与合金中Al、Ti元素发生反应造成氧化损失。因此，本研究在1kg MoSi₂电阻炉中通过渣-金平衡试验考察了（CaO-SiO₂-Al₂O₃-MgO-CaF₂-TiO₂）精炼渣系不同成分设计对Incoloy825合金Al、Ti氧化烧损的影响，并对渣系的熔点、黏度以及物相性质进行了分析。结果表明：增加 SiO₂的含量能降低平衡时合金中Al、Ti的含量，Al₂O₃组元会造成烧钛增铝的现象，适量TiO₂可以降低Ti元素的氧化烧损。提高渣系中CaO、TiO₂含量能提高精炼渣熔点，渣中SiO₂、Al₂O₃及CaF₂的含量增加会导致熔点下降；高温下精炼渣的黏度变化小且有明显的温度转折点，属于短渣类型，转折温度与熔点的规律一致；精炼渣配比为49.87%CaO-2.13%SiO₂-24.79%Al₂O₃-7.40%MgO-4.79%CaF₂-9.87% TiO₂时，Al、Ti烧损小且熔点和黏度均满足精炼要求。

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9. 电磁软接触方坯连铸凝固过程夹杂物碰撞长大行为

侯汉闯, 雷洪, 陈士富, 杨滨, 张晗, 丁长友,

炼钢 2023, 39 (1): 60-67.

摘要（100）

PDF（pc）（3421KB）（21）

电磁软接触对于方坯连铸而言是一项重要的电磁技术。采用数值模拟方法分析了电磁软接触连铸机内电磁力场、流场和夹杂物场的分布特点。数值结果表明，应用电磁软接触后，电磁力主要集中在靠近结晶器的铸坯表面；电磁力在水口两侧产生涡流，同时加快了液面处钢液的流动。电磁软接触下连铸机内夹杂物分布与无电磁软接触下夹杂物分布大体相似。在结晶器下方，随着距液面距离的增加，夹杂物数量密度逐渐降低，夹杂物特征半径逐渐增大。在液面处，电磁软接触下夹杂物浓度、数量密度和特征半径明显降低。

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10. MgO-C质塞棒侵蚀机理及改进措施

侴宏晔, 李支峰, 金从进, 王东, 杨政宏, 屈天鹏

炼钢 2023, 39 (1): 68-74.

摘要（99）

PDF（pc）（4368KB）（46）

针对某钢厂连铸MgOC质塞棒棒头侵蚀特征，结合XRF、XRD和电镜能谱等检测分析手段，研究了棒头侵蚀机理。结果表明，在连铸中间包控流点附近形成高真空区域，MgO被还原导致晶粒分解和碎化，向钢水供镁，并形成低强度多气孔结构反应层容易被钢水渗透和冲蚀。MgO晶间基质硅含量过高，易形成结晶相与缩孔微裂纹，恶化晶间强度，易导致MgO颗粒从棒头剥落进入钢液。上述结果造成塞棒控流失效，对连铸生产稳定与铸坯质量构成威胁，影响初始夹杂物成分恶化钢水洁净度；通过优化控流区流场、改善原材料等措施可降低塞棒侵蚀风险和相关负影响。

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11. 高钛钢连铸结晶器内“结鱼”的形成

王学友, 王云波, 王时松, 张旭彬, 何生平

炼钢 2023, 39 (1): 75-82.

摘要（97）

PDF（pc）（2616KB）（25）

针对高钛钢连铸结晶器内“结鱼”问题，采用SEM-EDS分析方法，观察了结鱼物和铸坯缺陷的形貌，测定了结鱼物和铸坯缺陷化学组成，分析了高钛钢内TiN夹杂物形成的热力学条件，探讨了结鱼物形成的机制。结果表明：高钛钢连铸坯缺陷样主要由钢基体、孔洞、保护渣、钙钛矿和TiN等物质组成，其与结鱼物的组成较为接近，缺陷样内存在着7~8μm的TiN聚集现象；当钢中全氮质量分数低于46×10^-6时，高钛钢钢液的TiN夹杂物生成与非稳态生产有关；高钛钢结晶器内的结鱼物和连铸坯夹渣缺陷的产生与钢液中TiN的生成及其在钢渣界面处聚集有关。

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12. 脱氧工艺对U20Mn2SiCrNiMo钢中夹杂物的影响

朱君, 杨吉春, 谌智勇, 樊志明

炼钢 2023, 39 (1): 83-88.

摘要（82）

PDF（pc）（1578KB）（22）

研究了实际生产中脱氧剂硅钙钡的加入量及加入时间对U20Mn2SiCrNiMo钢中夹杂物的影响。研究结果表明，虽然试验炉次硅钙钡脱氧剂加入量较原工艺减少180 kg，但是调整其加入工艺，试验炉次终点钢中总氧量基本保持不变。精炼后期钢水发生增氧及增氮现象，表明钢水发生了二次氧化。应适当降低VD破空后软吹气体流量，加强中间包保护浇铸，防止钢液裸露造成二次氧化。减少硅钙钡的加入量后，精炼渣碱度及Al₂O₃质量分数较原工艺有所降低，VD精炼后夹杂物的平均尺寸较原工艺有所降低，夹杂物平均成分发生了较大变化，CaO质量分数降低，SiO₂质量分数升高，Al₂O₃质量分数降低，MgO质量分数升高，在相图中夹杂物平均成分朝高熔点区移动，更有利于夹杂物上浮去除。

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13. Mg处理对厚板中第二相粒子、HAZ组织及韧性的影响

张玉旗, 张银辉, 杨健

炼钢 2023, 39 (2): 1-17.

摘要（106）

PDF（pc）（38913KB）（41）

综述了Mg对钢中第二相粒子、HAZ组织及韧性的影响，同时讨论了w(Ti)/w(N)及Al、Nb和B等合金元素对Mg处理钢板组织和性能的影响。当w(Mg)=27×10^-6时，HAZ中IAF体积分数最高，为55.4 %，能够促进IAF生长有效夹杂物尺寸集中在2 μm左右。随着Mg含量增加，钢中纳米TiN粒子增量细化析出，HAZ的低温冲击功值随着纳米TiN粒子的体积密度增加呈直线关系上升。对于铁素体船板钢，Mg处理后促进了晶内针状铁素体的生长，添加49×10^-6的w(Mg)后，-40 ℃焊接热影响区的冲击韧性从20 J增加到167 J。对于贝氏体海工钢，添加42×10^-6的w(Mg)后，第二相粒子的高温下溶解量大，钉扎力下降，晶粒粗大，-40 ℃ HAZ韧性从加w(Mg)=2×10^-6的201 J降低到加w(Mg)=42×10^-6的58 J。w(Ti)/w(N)保持在3.42左右较为合适，此时第二相析出粒子数量较多，尺寸较小，增强了对晶界的钉扎作用。Al的添加会降低钢的HAZ韧性，当w(Al)=200×10^-6时，-20 ℃的冲击功从201 J降低到75 J。Nb添加后晶粒粗大，增加了钢中的脆性组织，Mg处理钢中加入160×10^-6的w(Nb)后，-40 ℃ HAZ冲击韧性从127 J降低到58 J。B会提高钢的淬透性，在晶界处的偏聚抑制了晶界铁素体的形成，Mg处理钢中加入22×10^-6的w(B)，-40 ℃冲击韧性从40 J提高到141 J。

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14. 精炼渣Al₂O₃含量对铝脱氧钢中夹杂物的影响

于会香, 邱光元, 郝丽霞, 赵艳宇, 王新华

炼钢 2023, 39 (2): 18-23.

摘要（94）

PDF（pc）（6317KB）（141）

为研究中等碱度精炼渣中Al₂O₃含量对钢洁净度和夹杂物的影响，在1 873 K温度下用MgO坩埚开展了初始碱度为4、不同Al₂O₃含量的CaO-SiO₂-Al₂O₃-MgO顶渣与铝脱氧钢的平衡试验。结果表明，渣钢反应后，夹杂物类型由反应前的MgO-Al₂O₃-MnS复合类转变为中心为MgO-Al₂O₃，边部为MgO-Al2O3-SiO2-CaO(-MnO)系的包裹体复合类；形貌由边界多棱角的块状和簇群状转变为边界圆滑的类球状。随着渣中Al₂O₃含量的增加，夹杂物中Al₂O₃含量显著增加，MgO含量减少，其他组分含量变化不大；夹杂物尺寸呈现增大的趋势；夹杂物数量密度增大，钢的洁净度降低。该试验条件下，当w(Al₂O₃)≈20 %时，夹杂物数量密度最小，钢液的洁净度最高。基于试验结果，对渣、钢的成分变化和夹杂物转变做了热力学讨论。

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15. IF钢RH脱碳结束氧含量对钢液洁净度的影响

安超, 李辉, 张普, 李利杰, 杜国峰, 刘晓明

炼钢 2023, 39 (2): 24-27.

摘要（62）

PDF（pc）（5408KB）（126）

以IF钢为研究对象，结合首钢京唐钢铁联合有限责任公司300 t RH生产实际，采用生产密集取样、数据统计、夹杂物扫描电镜等分析手段，对IF钢精炼过程中RH脱碳结束氧含量与脱氧后的夹杂物尺寸、数量等进行了研究。研究发现，RH脱碳结束氧质量分数控制在(290～310)×10^-6时，钢液中产生的Al₂O₃夹杂物最少。基于此，对RH脱碳结束氧含量的控制方法进行研究，发现强制脱碳模式下脱碳结束氧含量命中率高、可控性强，且强制脱碳模式下顶渣氧化性弱于自然脱碳模式，可减少二次氧化导致的Al₂O₃夹杂物的生成。研究并建立吹氧计算模型以保证达到精确控制脱碳结束氧含量，可达到提高钢液洁净度的目的。

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16. 真空精炼过程底吹氩气工艺对风电钢中大颗粒夹杂物的影响

罗艳, 杨文, 刘占礼, 姜静宇

炼钢 2023, 39 (2): 28-35.

摘要（89）

PDF（pc）（7154KB）（52）

为提高Q345D风电钢VD精炼过程大尺寸夹杂物的去除效率，展开了VD底吹工艺优化试验研究。在VD真空处理前，方案1即VD精炼高真空的前10 min底吹单孔流量400 L/min、后5 min单孔流量250 L/min条件下，钢中夹杂物主要为高Al₂O₃含量的钙铝酸盐，而优化方案2～3即VD精炼高真空的前10 min底吹单孔流量500 L/min、后5 min单孔流量150～100 L/min条件下钢中夹杂物平均成分为更低熔点钙铝酸盐；VD处理后钢中夹杂物均为低熔点夹杂物。方案1中VD精炼过程大于10 μm和大于15 μm的夹杂物平均尺寸分别增加66.24 %和62.32 %；方案2中大于10 μm和大于15 μm的夹杂物的平均尺寸分别增加23.40 %和33.39 %，尤其夹杂物数密度仅分别增加16.33 %和28.57 %。这充分说明了VD精炼过程高真空的前10 min强搅拌、后5 min中强搅拌的工艺有利于对大颗粒夹杂物的去除，同时减小卷渣概率。

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17. 超低碳钢连铸过程中间包覆盖剂结壳机理研究

凌海涛, 吴锦圆, 王海军, 常立忠, 仇圣桃

炼钢 2023, 39 (2): 36-41.

摘要（77）

PDF（pc）（5489KB）（100）

通过工业试验和热力学计算研究了超低碳钢连铸过程中间包覆盖剂成分变化、物相组成以及发生结壳机理。结果表明，RH精炼出站时，钢包顶渣氧化性较高且渣中w(CaO)/w(Al₂O₃)偏低，顶渣成分需要进行改质处理；浇铸过程中由于大包下渣、引流砂的混入以及覆盖剂间相互混合，使得连铸过程中覆盖剂成分发生明显变化；高温下液相中镁铝尖晶石优先生成，促进了钙铝黄长石相和CaO·TiO₂相的形核和长大，进而引起中间包覆盖剂发生结壳。为此，需要严格控制浇铸末期大包下渣，将原始覆盖剂中SiO₂、MgO质量分数分别调整为（10±2.5）%、5.0 %～7.5 %，以抑制钙铝黄长石和镁铝尖晶石相的析出。

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18. 中间包结构对钢液流动及夹杂物去除的数值模拟研究

李中华, 田伟, 吴飞鹏, 陈宏亮, 陈威, 王新东, 张立峰

炼钢 2023, 39 (2): 42-48.

摘要（70）

PDF（pc）（12132KB）（76）

依据河钢集团唐钢新区72 t中间包建立三维数值模型，讨论对比了不同中间包结构包括湍流抑制器、挡墙和挡坝对钢液液位波动、速度分布、停留时间以及夹杂物上浮去除的影响。钢液湍流运动通过求解Realizable k-ε模型实现，钢液停留时间通过求解浓度标量方程（User-Defined Scalar, UDS）实现，夹杂物上浮去除则通过求解离散相模型（Discrete Phase Model，DPM）得到。结果表明，带檐湍流抑制器和开口湍流抑制器下中间包上水口附近的液面波动较大，是不设置湍流抑制器的情况的3～4倍；而带挡板湍流抑制器下钢液在挡板之间形成循环流动，液位波动较小，甚至小于无湍流抑制器的情况；中间包内挡墙和挡坝同时存在时增加了钢液在中间包的移动距离，有利于夹杂物的上浮去除；在目前条件下，挡墙和挡坝分别距离中间包宽度中心1 060 mm和2 000 mm时钢液平均停留时间较长以及夹杂物上浮去除率较高。

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19. 高硅含钛奥氏体不锈钢“结晶器结鱼”分析及改进

陈兴润, 马国财, 魏维岗, 胡桓彰, 刘斌, 潘吉祥

炼钢 2023, 39 (2): 49-55.

摘要（58）

PDF（pc）（15496KB）（24）

通过对“结晶器结鱼”物和中间包夹杂物检测，系统分析了高硅含钛奥氏体不锈钢“结晶器结鱼”现象发生的根本原因。结果表明：“结晶器结鱼”物和中间包中夹杂物类型主要为纯的TiN和以镁铝尖晶石为核心的TiN。TiN夹杂物是导致“结晶器结鱼”产生的根本原因。结合热力学计算和试验结果，TiN夹杂物在1 455 ℃的液相线温度下就会析出。通过控制钢水w(N)<0.01 %，中间包钢水温度大于1 500 ℃，可以避免“结晶器结鱼”的发生。

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20. 碲对46MnVS非调质钢中硫化物分布的改质规律

沈伟, 李志伟, 田钱仁, 付建勋

炼钢 2023, 39 (2): 56-61.

摘要（78）

PDF（pc）（7365KB）（34）

以工业生产的含碲46 MnVS非调质钢铸坯中的硫化物为研究对象，结合夹杂物三维腐刻和扫描电镜，观察并分析了铸坯中硫化物等效直径、数量密度和三维形貌的变化规律，总结了碲对硫偏析及硫化物分布的影响规律。研究发现碲改质后的铸坯激冷层到混晶区硫化物等效直径由2.6 μm逐渐增大至5.8 μm，中心等轴晶区硫化物等效直径先减小再增大，椭球型和八面体型硫化物从边部到中心占比由84.2 %逐渐降低至25.7 %。相对于未改质铸坯，碲改质后硫偏析指数减小，最大硫偏析指数由1.13降低到1.06；硫化物的等效直径有所降低，铸坯中椭球型和八面体型硫化物占比增加，激冷层中占比提升最大。

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21. 50钢板表面龟裂纹的形成原因与控制

王冠, 郑万, 许博

炼钢 2023, 39 (2): 62-67.

摘要（87）

PDF（pc）（6516KB）（79）

针对50钢200 mm厚连铸坯轧制钢板的严重表面龟裂（发生率7.92 %）问题，采用扫描电镜、光谱分析等方法，研究了表面龟裂的形貌、分布、成分等特征。结果表明，表面龟裂随机出现在钢板上，宽度方向上表面龟裂没有固定位置，裂纹深度较浅，两边呈现高亮度组织和氧化原点特征，光谱分析显示裂纹处碳含量比基体高，增碳质量分数0.2 %～0.3 %。分析认为，连铸过程中铸坯局部增碳，在加热、粗轧过程中热塑性不均匀而导致裂纹及明显的高温氧化特征。根据连铸保护渣增碳机理，优化了结晶器渣线调整模式、铸坯拉速、水口形状、结晶器保护渣成分等连铸工艺参数，有效降低了连铸坯表面局部增碳及钢板龟裂的发生率。

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22. 基于双相变控冷技术的微合金钢板坯表面裂纹控制技术研发及应用

王迎春, 徐国栋, 华骏山, 蔡兆镇

炼钢 2023, 39 (2): 68-72.

摘要（50）

PDF（pc）（13582KB）（21）

铸坯表面裂纹发生的原因之一是铸坯表层组织晶粒粗大和晶界析出导致的高温塑性较低。为了提高铸坯塑性，利用高温共聚焦技术研究和开发铸坯表层组织双相变控冷技术，研究钢种在双相变控冷工艺下的晶粒尺寸变化和晶界析出状态，并通过模拟计算获得铸坯表层双相变控冷工艺的关键技术参数。针对铸坯角部裂纹，通过冷却设备改造满足铸坯角部双相变控冷技术需求。在现场以包晶钢为对象钢种进行铸坯表层组织双相变控冷工艺的工业试验。通过分析铸坯相组织发现双相变控冷技术消除了铸坯表层晶界铁素体膜，并细化了表层晶粒尺寸。铸坯角部清理检查结果也证实了该技术对包晶钢角部裂纹的改善作用。

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23. 重轨钢钢液与镁质耐火材料的润湿行为

刘京龙, 罗艳, 刘南, 张立峰

炼钢 2023, 39 (2): 73-81.

摘要（51）

PDF（pc）（10326KB）（34）

采用座滴法研究了MgO、MgAl₂O₄和MgO-CaO三种镁质耐火材料与重轨钢钢液在1 550 ℃下的润湿行为，结合电子显微镜分析了润湿过程中钢液对不同耐火材料的渗透程度和不同耐火材料对钢液洁净度的影响。结果表明，1 550 ℃下，重轨钢与MgO、MgAl₂O₄和MgO-CaO耐火材料的起始接触角分别为116.8°、133.5°和147.1°，其平衡接触角分别为97.6°、91.0°和109.4°。MgAl₂O₄耐火材料会大量溶解于重轨钢钢液中，导致钢珠表面形成大量的MgAl₂O₄夹杂物，同时容易被钢液侵蚀渗透，平均渗透深度为163.4 μm；MgO-CaO耐火材料与重轨钢钢液在界面处会生成致密Ca-Si-O反应层，阻碍了钢液向耐火材料的渗透，但反应物会进入钢液并弥散在其表层；MgO耐火材料与钢液的相互作用最小，最不易对钢液的洁净度产生影响，被钢液侵蚀的程度也较小。

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24. 稀土加入时机对重轨钢成分及夹杂物影响

白国君, 杨吉春, 梁文京

炼钢 2023, 39 (2): 82-88.

摘要（52）

PDF（pc）（17905KB）（32）

针对重轨钢“BOF→LF→VD→CC”生产工艺中不同时机添加稀土的效果进行工业试验研究，通过对不同工序加入稀土的重轨钢铸坯进行取样，对样品的稀土含量及夹杂物尺寸、数密度、形貌等进行分析。结果表明：VD后加稀土生产的铸坯中稀土收得率为11.73 %，高于LF后加稀土生产的铸坯中稀土收得率2.83 %。结合全流程氧含量分析结果，表明稀土加入钢中后就参与脱氧反应，反应产物上浮去除；稀土的加入可有效降低钢中夹杂物尺寸，相较于不加稀土的重轨钢，LF后加稀土和VD后加稀土生产的稀土重轨钢铸坯样品中，夹杂物长度平均值分别由9.28 μm降低至7.91、1.42 μm，平均宽度由5.71 μm降低至4.81、2.27 μm；稀土的加入可降低夹杂物评级，对A类、B类、D类夹杂物评级降低效果明显，其中VD后加稀土生产的重轨钢铸坯样品夹杂物评级更优。通过不同工序加入稀土试验对比发现，VD后加稀土的工艺更能提高重轨钢夹杂物变质的能力。SEM及EDS分析结果表明，稀土主要存在于硅钙镁铝系夹杂物中，并使硅钙镁铝系夹杂物由水滴形变为球形，表面发生硫的富集；对硫化锰夹杂分析结果表明，VD后加稀土工艺可使钢中硫化锰与硅钙镁铝系夹杂共生，降低硫化锰对钢带来的危害。

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25. 低硅钢种LF精炼控硅脱硫技术进展

盖一铭, 杨健

炼钢 2023, 39 (3): 1-15.

摘要（110）

PDF（pc）（16499KB）（82）

对前人开发的低硅钢种控硅脱硫技术的最新进展进行了总结。通过控硅热力学分析，明确了为达到目标Si含量，钢液中Al和Ca的控制目标含量。为防止脱硫过程中回硅，应重点控制转炉下渣量、脱硫LF精炼时间、LF进站铝含量，采用合适的渣系，还应控制钢液中钙含量。由于脱硫要求增加吹氩量以强化钢渣间界面反应，但控硅要求吹氩量不宜过大，所以存在最佳吹氩量。为提高脱硫率，应采用碱度为5.0~8.0的精炼渣，还应控制钢水温度高于1 565 ℃。

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26. 转炉底吹流量对气柱长度影响的数值模拟

郎茂信, 刘和平, 轩阳, 李相臣, 袁旭东, 曹青

炼钢 2023, 39 (3): 16-24.

摘要（95）

PDF（pc）（28038KB）（57）

采用欧拉双流体模型和群体平衡模型(PBM)，考虑气泡的破碎与聚并，建立了转炉底吹的三维空气水的数学模型。对文献中的水模试验进行模拟，对比试验值与计算值，结果表明此模型能较好地预测转炉内的流场分布。进一步耦合Multifluid VOF模型，使其对两相区、相界面结构和气柱长度的计算更加精确。对典型入口流量下气液两相流动及喷嘴处气柱形态进行模拟研究，结果表明随底吹气体流量增大，气柱长度增大，且增大幅度逐渐减缓。底吹流量为20、60、100、150、200 L/min时，气含率大于50 %的气柱长度分别为35.99、52.75、65.27、75.16、81.07 mm。最终对工业转炉吹气搅拌过程进行模拟计算，证明此模型计算工业转炉气液运动和气柱长度的可行性。

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27. 120 t复吹转炉底吹布置对熔池混匀的影响

储焰平, 袁晓峰, 葛君生, 封伟华, 杨利彬

炼钢 2023, 39 (3): 25-29.

摘要（80）

PDF（pc）（3904KB）（50）

转炉底吹的布置和流量控制对转炉熔池混匀的影响至关重要，是决定碳氧反应、脱磷反应的动力学条件。为了给国内某钢厂120 t转炉的底吹供气元件布置方式提供理论依据，通过水模试验，研究了不同底吹布置方案及底吹流量对熔池搅拌均匀混合时间的影响，为确定最优底枪布置方式提供参考。结果表明，在保持其他参数一致的条件下，转炉底吹采用环形布置，底枪夹角为40°、底吹半径R=0.55D的混匀效果较好；通过比较发现，非对称布置混匀效果要优于环形对称布置。实际应用过程中，若考虑对炉龄的影响，建议选择环形对称布置方式（夹角40°、R=0.55D）；若忽略对炉龄的影响，建议选择非对称布置方式。

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28. 100 t复吹转炉冶炼IF钢终点磷分配比预测模型

马德刚, 王耐, 李建英, 李经哲, 王建兴, 马光宗

炼钢 2023, 39 (3): 30-34.

摘要（85）

PDF（pc）（4272KB）（62）

基于某公司具有LOMAS 烟气分析自动化炼钢系统的100 t 复吹转炉冶炼IF钢工业生产数据，分析了冶炼终点[%C][%O]、[%C](%FeO)与[%C]的关系，结果显示[%C][%O]、[%C](%FeO)与[%C]^1/2线性关系显著。计算了吹炼终点的磷容量C_PO实，并与Turkdogan提出的半经验公式计算的磷容量C_PO算进行了对比分析，探讨了C_PO实大于C_PO算原因是终渣处于过氧化状态。分析了C_PO实和C_PO算二者差值与[10^-6 O]/(%FeO)的关系，结果显示二者线性关系显著。根据分析结果构建了转炉冶炼IF钢吹炼终点磷分配比预测模型，模型包含了吹炼终点温度T、终点[%C]、终渣(%CaO)和(%MgO)等因素，构建的磷分配比预测模型很好地重现了生产数据。

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29. 210 t钢包底吹气过程传输现象的水模型研究

单庆林, 孙宇, 段豪剑, 李中华, 贾宁, 陈威

炼钢 2023, 39 (3): 35-43.

摘要（64）

PDF（pc）（14111KB）（51）

通过建立1：5水模型对某厂210t钢包底吹过程流场、混匀时间和渣眼分布进行了研究，讨论对比了不同钢包底部吹气流量、吹气位置和吹气孔夹角的影响。结果表明，吹气孔径向位置越靠近壁面，钢包内流体流动速度越大。混匀时间整体上随着吹气流量的增大而减小，并且在小吹气流量情况下混匀时间下降幅度较大，而在大吹气流量情况下混匀时间下降幅度较小；吹气孔间之间夹角不变时，混匀时间随着吹气位置离钢包中心的距离增加而减小；大吹气流量下吹气孔间的夹角的变化对钢包内流体混匀时间影响较小；通过不同吹气孔径向位置及夹角流场PIV测量及混匀时间试验得出的最佳吹气分布位置为(0.80R，0.80R，110^o)。相较于吹气孔位置的影响，吹气流量是决定渣眼面积大小的关键因素。渣眼面积随着吹气流量的增大而增大，但当吹气流量大于12.6 L/min后，渣眼面积的变化趋于平缓。

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30. 120 t LF精炼过程钢水吸氮量控制

邓南阳, 孙波, 解养国, 王勇, 孙涛, 刘前芝

炼钢 2023, 39 (3): 44-51.

摘要（65）

PDF（pc）（8202KB）（82）

为了实现低氮钢种的稳定生产，基于氮溶解热力学和动力学理论，在结合某厂生产实践的基础上，分析了LF精炼过程中电弧特性、渣层厚度、埋弧程度、吹氩流量以及原辅料含氮质量分数对钢水增氮的影响。通过采取回收连铸热态铸余钢渣、合理选择加热过程电极档位；精确控制氩气流量、减少钢水裸露；严格控制原辅料中氮质量分数、使用优质增碳剂替代普通增碳剂、优选转炉入炉废钢等措施，钢水增氮质量分数分别从优化前的0.001 44 %、0.001 15 %、0.001 35 %降低至0.000 52 %、0.000 49 %、0.000 11 %，精炼过程钢水总增氮质量分数由优化前0.003 94 %降低到0.001 12 %，LF终点氮质量分数可控制在0.004 50 %以内。

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31. 中间包气幕挡墙去除夹杂物的数值模拟

李键, 卢金霖, 罗志国, 邹宗树,

炼钢 2023, 39 (3): 52-57.

摘要（57）

PDF（pc）（7450KB）（31）

气幕挡墙技术是改善钢液洁净度的重要方法，吹入的气泡不仅可以改善中间包流场，还可以黏附去除夹杂物，大大提高夹杂物的去除率。采用EulerLagrangeLagrange方法来研究钢液、气泡和夹杂物三相交互作用行为，该模型考虑了钢液与气泡、钢液与夹杂物、气泡与夹杂物之间的相互作用。在正常连铸条件下，研究了气泡黏附与吹气量对不同粒径夹杂物去除的影响。模拟结果表明，考虑气泡黏附的夹杂物去除率比不考虑黏附去除提高了19.12 %~28.94 %，气泡黏附夹杂物是去除夹杂物的重要方式之一，在气幕挡墙的研究中不可忽略。在本研究的吹气范围内，夹杂物的上浮去除率和黏附去除率都随着吹气量的增加而增大。与传统的挡墙挡坝中间包相比，使用气幕挡墙取代传统挡坝更有利于夹杂物的去除。

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32. 超高速薄板坯连铸结晶器内的坯壳形变行为

刘增勋, 杨垚森, 肖鹏程, 朱立光, 朱荣

炼钢 2023, 39 (3): 58-65.

摘要（76）

PDF（pc）（8067KB）（26）

针对薄板坯漏斗型结晶器内，漏斗区坯壳受到挤压形状变化，铸坯表面裂纹发生机率极大增加的问题。基于节点温度继承和接触算法，建立了一种新的薄板坯漏斗型结晶器内的三维应力分析模型，解析了FTSC结晶器内铸坯的传热和形变行为。结果表明：高拉速条件下，漏斗过渡区的坯壳在结晶器上部呈现向平行区偏移趋势，并随着坯壳向下行至结晶器中部开始反向移动。在拉速为4.0~6.0m/min的条件下，随着拉速的增加，坯壳向漏斗区方向位移量减小，位移方向偏转的转折点由结晶器液面下300 mm下降至600 mm处；在结晶器出口处，坯壳宽面中心、窄面中心及角部的温度上升明显；坯壳厚度减薄；角部气隙的厚度减薄，坯壳第一主应力增加。针对位移形变，通过补偿角部延展的形变空间设计新的窄面铜板应用于生产，铸坯角部裂纹的比例由21.3%下降到0.5%。

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33. 提高扇形段在线辊缝控制精度影响因素分析及对策研究

孔意文, 陈将, 秦文彬, 韩志伟, 刘强, 邓比涛

炼钢 2023, 39 (3): 66-72.

摘要（48）

PDF（pc）（7798KB）（25）

针对影响提高扇形段在线辊缝控制精度的问题，分析对比了扇形段的主要几种结构型式及存在的不足，研发出了具有自主知识产权的无间隙辊缝调节扇形段，并在多台板坯连铸机上成功运用。对于扇形段刚度引起的辊缝控制偏差，基于仿真分析与样机测试相结合的方法，获得了扇形段在不同夹紧液压缸压力条件下的弹性变形量，通过该变形量对辊缝进行补偿，提高了在线辊缝控制精度，获得良好的应用效果。对于扇形段不同倾动角度的影响，通过对扇形段在不同倾动角度条件下的受力分析，推导获得了扇形段不同倾动角度与进出口辊缝偏差之间的补偿关系。研究所提出的改进方法对实现扇形段辊缝的在线精准控制具有重要的指导意义。

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34. 高锰高强IF钢转炉-连铸过程中夹杂物演变与控制

贾刘兵, 罗衍昭, 董文亮, 周海忱, 季晨曦, 温瀚

炼钢 2023, 39 (3): 73-78.

摘要（72）

PDF（pc）（6178KB）（53）

为了摸索高锰高强IF钢钢液洁净度及夹杂物演变规律，采用Thermofisher Explorer 4全自动夹杂物分析仪对转炉-连铸过程中夹杂物进行分析和研究。结果表明：高锰高强IF钢RH结束、中间包和铸坯中全氧含量依次降低，铸坯全氧随着宽度方向由边部向中心位置移动而逐渐增加。高锰高强IF钢RH进站时主要夹杂物为椭球状或球状含有P₂O₅的FeO-MnO夹杂，加铝脱氧后主要夹杂物转变为Al₂O₃夹杂，RH结束、中间包Al₂O₃主要类型为小型块状和不规则形状。铸坯中主要夹杂物为块状、棒状、不规则形状Al₂O₃，尺寸多在10μm以下，边部位置TiN、MnS析出物较少，中心位置MnS析出物进一步增加，也存在少量TiN析出。热力学计算普通IF钢、高锰高强IF钢TiN析出温度分别为1745K、1589K，MnS析出温度分别为1450K、1675K。通过增加铝钛间隔时间、降低脱氧前氧、进行钢包渣改质，高锰高强IF钢钢液洁净度得到显著改善。

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35. 钢液Ca含量控制对Ds夹杂物的影响研究

屈志东, 杨博, 孟晓玲, 贺佳佳, 林俊

炼钢 2023, 39 (3): 79-85.

摘要（83）

PDF（pc）（6351KB）（72）

分析研究了某公司生产的GCr15钢、45钢钢液Ca含量对Ds夹杂物的影响。研究了GCr15钢、45钢在LF精炼过程加入含Ca硅铁合金，钢液增Ca质量分数约（4~5）×10^-6。控制硅铁合金在BOF出钢时加入，同时取消Ca处理，可控制中包钢液w（Ca）≤3×10^-6。GCr15钢、45钢控制硅铁合金全部在BOF出钢过程加入，LF结束时夹杂物均主要为MgO·Al₂O₃；控制硅铁合金全部在LF精炼过程加入，LF结束时夹杂物主要为CaO-Al₂O₃和MgO·Al₂O₃。随钢液Ca含量增加，轧材Ds夹杂物数量密度正比例增加；钢液Ca含量增加，Ds夹杂物极值尺寸并未明显增加。分析了多组不同钢种钢液Ca含量同轧材Ds夹杂物的关系，随钢液Ca含量增加，Ds夹杂物数量密度及极值尺寸均呈增加的趋势，但Ca含量降低Ds夹杂物极值尺寸并非必然降低。控制钢液Ca含量只能减少Ds类夹杂物的数量，但Ds夹杂物尺寸仍不能得到有效控制。

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36. 硫含量对KR脱硫渣中CaS氧化行为的影响

李孟雄, 蒋佳君, 李建立

炼钢 2023, 39 (3): 86-90.

摘要（56）

PDF（pc）（5357KB）（63）

KR脱硫渣中主要成分（CaO）为转炉冶炼的优质造渣原料，但KR脱硫渣中含有质量分数为1.0 %～2.5 %的硫，直接将其代替活性石灰用作转炉造渣料回用于冶炼工艺会导致钢液增硫。因此，为了实现KR脱硫渣的氧化脱硫，分析渣中硫氧化行为随炉渣中硫含量变化的机理，通过实验室制取KR脱硫渣样品，采用SEM和XRD分析了氧化后炉渣的微观结构、矿物成分，采用红外碳硫分析仪测定了氧化渣样的硫含量。研究表明，在1 693 K，随硫含量增加炉渣脱硫率先增加后减小，炉渣脱硫率均达到80 %以上；随硫含量增加氧化渣样中析出的硅酸盐固相质点数逐渐增加。

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37. 钢中硫化锰夹杂控制的机理分析与工业实践

刘洪波, 康举, 谢荣圆, 康旭

炼钢 2023, 39 (4): 1-12.

摘要（67）

PDF（pc）（9560KB）（64）

钢中MnS夹杂的控制是一个涉及到包括冶炼、凝固、加热和轧制过程等多工序，需要多变量协同控制的系统工程。详细论述了国内外MnS夹杂的研究现状，阐述了不同元素、热处理和轧制工艺对MnS夹杂的影响机理；整理总结了当前MnS夹杂的工艺控制措施，通过采用合适的脱氧工艺提高凝固前沿氧含量、降低精炼渣碱度、采用合适的钙处理工艺、采用低碱度中间包覆盖剂、提高二冷水量加强冷却、降低电磁搅拌强度等方式能够有效地控制MnS夹杂形貌、尺寸和数量。近年来，针对MnS夹杂的变性处理和弥散化分布等控制难点，提出了一些新思路，即向钢液中添加Mg、Ca-Mg、Zr、Ce、Te等元素能够有效控制钢中MnS夹杂形貌、尺寸和数量。

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38. CaF₂和Al₂O₃对KR脱硫剂性能的影响研究

鲍光达, 吴婷, 熊晨光, 操瑞宏, 王海军, 王海川

炼钢 2023, 39 (4): 13-20.

摘要（46）

PDF（pc）（12361KB）（30）

为降低钢中有害杂质硫元素含量，KR脱硫法广泛应用于钢铁企业生产低硫钢，脱硫剂对脱硫效果影响尤为关键。基于单纯形格子法，综合FactSage 8.1热力学软件、半球点熔点仪、旋转黏度计、渣-金接触试验等，分析了CaO-Al₂O₃-SiO₂-CaF₂-MgO渣系组分对脱硫剂的液相线温度、硫容量、脱硫剂消耗量、熔化温度、黏度、脱硫率的影响规律。结果表明，脱硫剂液相线温度随CaO含量增加而增加，随CaF₂含量增加而降低；脱硫剂硫容量随CaO含量增加而增加，随Al₂O₃和CaF₂含量增加而降低；增加CaF₂和Al₂O₃含量，当脱硫剂中SiO₂含量低时，脱硫剂消耗量及熔化温度变化不大，而当SiO₂含量高时，脱硫剂消耗量大幅增加，熔化温度明显降低；熔化温度为1 400～1 424 ℃、w(SiO₂)=0～10 %、w(Al₂O₃)和w(CaF₂)均为5 %～15 %、w(MgO)=6 %的脱硫剂，其脱硫效率明显优于企业现用脱硫剂，并且CaF₂的综合脱硫能力较Al₂O₃强；结合脱硫剂高温黏度，综合脱硫效果以及后续扒渣工艺， 2号脱硫剂为KR脱硫的最佳选择。

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39. 转炉终渣成分和溅渣时间数据驱动预测模型开发

洪科, 赵自鑫, 钟良才, 于海岐, 刘承军

炼钢 2023, 39 (4): 21-27.

摘要（46）

PDF（pc）（4987KB）（27）

基于260 t转炉实际生产数据，通过机器学习算法XGBoost（eXtreme Gradient Boosting，极限梯度提升树）、弹性回归、线性回归、AdaBoost(Adaptive Boosting，自适应提升树)四种算法建立了终渣主要成分CaO、SiO₂、TFe和MgO的预测模型。通过优化调参，XGBoost终渣成分预测模型的决定系数R²均在0.8以上。溅渣时间模型采用SVR（Support Vector Regression, 支持向量机回归）、LGBM （Light Gradient Boosting Machine，轻量梯度提升机回归）、GBDT（Gradient Boosting Decision Tree, 梯度提升树回归）、RF（Random Forest, 随机森林）和XGBoost五种算法进行建模。通过探究，将SVR、XGBoost、GBDT算法使用集成方法得到Stacking集成溅渣时间预测模型，Stacking集成溅渣时间预测模型提升了单个模型的预测效果，偏差为±20 s的预测命中率达89.95 %。

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40. 基于机器学习算法的“全三脱”工艺转炉终点预测

张聪聪, 董文亮, 季晨曦, 李海波, 陈斌, 赵长亮

炼钢 2023, 39 (4): 28-36.

摘要（56）

PDF（pc）（5876KB）（21）

建立精准的转炉终点预测模型对生产效率和钢液洁净度的提升尤为重要。以首钢京唐钢铁联合有限责任公司“全三脱”工艺转炉为
研究对象，对历史生产数据进行皮尔逊相关性分析，得到与转炉终点温度、碳含量最相关的15个自变量。利用BP神经网络、极限学习机（ELM）和支持向量机（SVM）3种机器学习算法分别建立了转炉终点预测模型。随后选取160组新样本数据来检验3种模型的预测精度，结果表明：SVM模型下转炉终点温度、碳含量预测模型精度更高，终点温度预测误差在±15 ℃内的命中率为90.6 %，终点碳质量分数预测误差在±0.01 %内的命中率为93.8 %。另外，基于支持向量机算法建立的转炉终点预测模型，全三脱工艺比常规工艺的终点温度误差±15 ℃内、碳质量分数±0.01 %内命中率分别提高了9.1百分点和14.4百分点。

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