高品質(zhì)鋼冶金前沿技術(shù)?？蜓?/h1>
2023-01-20 04:57:01包燕平
工程科學學報 2022年9期
包燕平
北京科技大學鋼鐵冶金新技術(shù)國家重點實驗室，北京 100083
鋼鐵是國民經(jīng)濟建設(shè)重要的基礎(chǔ)材料.作為世界上最大的鋼鐵生產(chǎn)國，我國的鋼鐵工業(yè)為中國及世界經(jīng)濟的快速發(fā)展作出了重要貢獻.但是在全球綠色低碳發(fā)展的時代主旋律下，鋼鐵工業(yè)的發(fā)展面臨巨大的壓力：包括如何破解中國鋼鐵工業(yè)面臨的低碳發(fā)展的路徑、如何進一步提升產(chǎn)品質(zhì)量以滿足各行業(yè)對鋼鐵材料的需求、如何進一步提升鋼鐵生產(chǎn)過程的智能化和綠色化的水平，等等.解決這些制約我國鋼鐵工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的問題，必須加強基礎(chǔ)理論研究與創(chuàng)新技術(shù)研發(fā)，為鋼鐵行業(yè)的發(fā)展提供技術(shù)支撐！為此，《工程科學學報》組織“高品質(zhì)鋼冶金前沿技術(shù)?？?，主要從煉鋼角度探討如何解決這些制約鋼鐵技術(shù)發(fā)展的瓶頸問題.
感謝《工程科學學報》提供這個機會，本?？貏e邀請了來自國內(nèi)知名高校、研究院所和企業(yè)的科技人員，他們都是近年來活躍在煉鋼領(lǐng)域的知名專家教授，感謝他們在緊張的科研工作之余，按時完成了論文的撰寫.專刊共收錄了14篇論文，按照論文的內(nèi)容分為4個部分：（1）低碳煉鋼技術(shù)；（2）潔凈鋼及夾雜物控制技術(shù)；（3）連鑄技術(shù)；（4）高品質(zhì)鋼生產(chǎn)技術(shù).希望通過本?？陌l(fā)表，能夠為煉鋼技術(shù)的進步做出貢獻.
綠色低碳化是鋼鐵工業(yè)發(fā)展的必然途徑，專刊特約了3篇此方向的論文.朱榮教授[1]的論文“CO2頂吹比例對轉(zhuǎn)爐終點控制的影響”，結(jié)合CO2的高溫反應(yīng)特性，針對性地制定了CO2冶煉工藝，并對轉(zhuǎn)爐頂吹CO2比例對終點磷、氮和碳氧濃度積的影響進行了工業(yè)試驗研究，得到了優(yōu)化的轉(zhuǎn)爐頂吹CO2比例.李京社教授[2]的論文“‘雙碳’背景下低碳排煉鋼流程選擇及關(guān)鍵技術(shù)”，分析了“碳達峰”和“碳中和”背景下的低碳排放煉鋼關(guān)鍵技術(shù)，對全廢鋼電弧爐煉鋼技術(shù)進行了系統(tǒng)分析.徐安軍教授[3]的論文“國內(nèi)外鋼鐵行業(yè)低碳發(fā)展策略分析”，概述了全球鋼鐵行業(yè)CO2排放現(xiàn)狀，以及主要產(chǎn)鋼國的碳減排目標，并對低碳策略和技術(shù)進行詳細的分析，梳理了中國鋼鐵行業(yè)實現(xiàn)“雙碳”目標的應(yīng)對策略，指出減量化發(fā)展、流程結(jié)構(gòu)調(diào)整是未來我國鋼鐵行業(yè)低碳發(fā)展的主攻方向.
潔凈鋼及夾雜物控制技術(shù)一直是煉鋼技術(shù)發(fā)展的重要方向，本?？丶s了4篇此方向的論文.姜周華教授[4]的論文“Ce/Mg處理對M50軸承鋼潔凈度的影響”，采用真空感應(yīng)熔煉工藝冶煉航空軸承鋼M50，對比分析了Ce處理、Mg處理和Ce-Mg復合處理對氧、硫含量和夾雜物分布特征的影響，研究發(fā)現(xiàn)，Ce-Mg復合處理可以顯著降低鋼中夾雜物的尺寸和數(shù)量，將鋼中的氧含量降低至7.5×10-6.張立峰教授[5]的論文“稀土元素鈰對鋼中非金屬夾雜物改性和腐蝕影響的第一性原理研究”，通過原位腐蝕觀察和基于密度泛函理論的第一性原理計算方法，從微觀角度研究了稀土元素鈰（Ce）對J5不銹鋼中夾雜物的改性和夾雜物誘導腐蝕的機理，結(jié)合不銹鋼中復合夾雜物的實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，Ce2O3誘導點蝕發(fā)生的概率最高，CeAlO3可以有效提高鋼的耐腐蝕性能.朱立光教授[6]的論文“基于氧化物冶金的微合金化研究”，總結(jié)了國內(nèi)外氧化物冶金技術(shù)的進展，分析了微合金體系中各元素的協(xié)同及交互作用，以及夾雜物、第二相粒子析出、演變對鋼的相變、組織結(jié)構(gòu)和性能的影響規(guī)律，提出了基于氧化物冶金的微合金化思想.王曉峰教授[7]的論文“基于微細異相鋼液潔凈化技術(shù)研究進展”，從微細異相凈化鋼液技術(shù)原理出發(fā)，介紹了微細異相去除細小夾雜物、脫硫、脫磷、渣料遷移、RH快速脫碳及中間包長水口噴粉工藝特點及作用機理，并對其在工程領(lǐng)域應(yīng)用進行了展望.
連鑄技術(shù)一直是煉鋼領(lǐng)域非?；钴S和創(chuàng)新突出的方向，本?？丶s了3篇相關(guān)論文.朱苗勇教授[8]的論文“微合金鋼薄板坯連鑄邊角裂紋控制”，針對微合金鋼薄板坯連鑄過程高發(fā)邊角部裂紋這一共性技術(shù)難題，對某鋼廠Qste380TM低碳含鈮鈦微合金鋼薄板坯連鑄生產(chǎn)進行系統(tǒng)深入研究，提出了沿高度方向有效補償坯殼凝固收縮的窄面高斯凹型曲面結(jié)晶器及其足輥區(qū)超強冷工藝，促使鑄坯角部組織碳氮化物彌散析出，并促進鑄坯窄面在液芯壓下過程金屬寬展流動而降低角部壓下應(yīng)力，大幅降低了微合金鋼薄板坯邊角部裂紋發(fā)生率.文光華教授[9]的論文“連鑄結(jié)晶器‘自適應(yīng)保護渣’理論及應(yīng)用“，通過對保護渣中以鋁為代表的網(wǎng)絡(luò)形成中間體元素具有適應(yīng)結(jié)晶器工況環(huán)境的系統(tǒng)研究，提出連鑄結(jié)晶器“自適應(yīng)保護渣”設(shè)計理論（Smart mold powders, SMP）.利用這一理論開發(fā)出環(huán)境友好、非牛頓流體及熱擴散效應(yīng)保護渣并成功進行了工業(yè)應(yīng)用.楊健教授[10]的論文“石油套管鋼管壁內(nèi)缺陷的形成機理”，針對某石油套管鋼管壁內(nèi)缺陷，采用多種分析檢測方法及理論計算，得到這些缺陷由煉鋼及連鑄過程中 形 成的 CaO·Al2O3·SiO2, CaO·Al2O3·MgO， CaO·Al2O3·SiO2·MgO 3 種類型的夾雜物，在圓管坯在穿孔變形過程中，在縱向拉應(yīng)力和橫向切應(yīng)力作用下，使卷入的大型渣滴沿縱向及橫截面延伸擴展，最終形成鋼管壁內(nèi)的缺陷.
高品質(zhì)鋼生產(chǎn)是煉鋼技術(shù)的主要任務(wù)和發(fā)展方向，本?？丶s了4篇相關(guān)論文.曾加慶教授[11]的論文“轉(zhuǎn)爐錳礦熔融還原工業(yè)試驗研究”，對錳礦熔融還原過程和提高錳收得率的工藝參數(shù)進行了熱力學研究和工業(yè)試驗驗證，研究結(jié)果為錳礦熔融還原技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用提供了技術(shù)支撐，為打通轉(zhuǎn)爐煉鋼過程錳礦熔融還原技術(shù)路徑，提高錳的收得率提供了重要依據(jù).朱國森教授[12]的論文“汽車車身用新型冷軋薄板研發(fā)進展”，對近年來汽車車身用新型冷軋薄板的研發(fā)進展進行了綜述，指出在汽車用鋼市場競爭日益激烈的趨勢下，滿足汽車零件高成形性需求的DH鋼在解決傳統(tǒng)高強鋼沖壓開裂和實現(xiàn)汽車輕量化方面、鋅鋁鎂鍍層鋼板在提高耐蝕性方面以及高鮮映性汽車外板在車身綠色涂裝方面展現(xiàn)出了巨大優(yōu)勢，具有廣闊的應(yīng)用前景.徐安軍教授[13]的論文“基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的轉(zhuǎn)爐二吹階段鋼水溫度動態(tài)預測模型”，針對大多數(shù)轉(zhuǎn)爐終點預測模型屬于靜態(tài)模型，只能夠?qū)崿F(xiàn)對轉(zhuǎn)爐吹煉終點鋼水溫度的預測，無法實現(xiàn)動態(tài)預測的問題，提出了一種基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的轉(zhuǎn)爐二吹階段鋼水溫度動態(tài)預測模型，實驗結(jié)果表明：模型在重用案例個數(shù)為4，神經(jīng)元個數(shù)為10時模型對鋼水溫度的預測誤差在[-5℃, 5℃]、[-10℃, 10℃]和 [-15℃, 15℃]的命中率分別達到40.33%、68.92%和88.33%.包燕平教授[14]的論文“基于非鋁脫氧工藝的高品質(zhì)軸承鋼關(guān)鍵冶金技術(shù)研究”，通過對軸承鋼生產(chǎn)過程的研究，提出了基于非鋁脫氧的高品質(zhì)軸承鋼生產(chǎn)工藝，其主要特色是出鋼過程硅錳合金預脫氧、LF精煉采用爐渣擴散脫氧、RH采用真空終脫氧.通過擴散脫氧和真空碳脫氧不產(chǎn)生污染鋼液的脫氧夾雜物，達到凈化鋼液的目的.同時由于無鋁脫氧大大改善鋼液的流動性，有效地減少鋼中Ds夾雜物.
本?？偨Y(jié)了高品質(zhì)鋼冶金的部分前沿煉鋼技術(shù)，希望能夠為煉鋼技術(shù)的發(fā)展起到促進作用，為實現(xiàn)我國從鋼鐵大國向鋼鐵強國的轉(zhuǎn)化貢獻力量.真誠地感謝所有作者的高水平論文和所有審稿專家的審稿意見.最后，衷心地感謝《工程科學學報》編輯團隊的辛勤工作，讓?？靡皂樌霭?
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感謝《工程科學學報》提供這個機會，本?？貏e邀請了來自國內(nèi)知名高校、研究院所和企業(yè)的科技人員，他們都是近年來活躍在煉鋼領(lǐng)域的知名專家教授，感謝他們在緊張的科研工作之余，按時完成了論文的撰寫.專刊共收錄了14篇論文，按照論文的內(nèi)容分為4個部分：（1）低碳煉鋼技術(shù)；（2）潔凈鋼及夾雜物控制技術(shù)；（3）連鑄技術(shù)；（4）高品質(zhì)鋼生產(chǎn)技術(shù).希望通過本?？陌l(fā)表，能夠為煉鋼技術(shù)的進步做出貢獻.
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連鑄技術(shù)一直是煉鋼領(lǐng)域非?；钴S和創(chuàng)新突出的方向，本?？丶s了3篇相關(guān)論文.朱苗勇教授[8]的論文“微合金鋼薄板坯連鑄邊角裂紋控制”，針對微合金鋼薄板坯連鑄過程高發(fā)邊角部裂紋這一共性技術(shù)難題，對某鋼廠Qste380TM低碳含鈮鈦微合金鋼薄板坯連鑄生產(chǎn)進行系統(tǒng)深入研究，提出了沿高度方向有效補償坯殼凝固收縮的窄面高斯凹型曲面結(jié)晶器及其足輥區(qū)超強冷工藝，促使鑄坯角部組織碳氮化物彌散析出，并促進鑄坯窄面在液芯壓下過程金屬寬展流動而降低角部壓下應(yīng)力，大幅降低了微合金鋼薄板坯邊角部裂紋發(fā)生率.文光華教授[9]的論文“連鑄結(jié)晶器‘自適應(yīng)保護渣’理論及應(yīng)用“，通過對保護渣中以鋁為代表的網(wǎng)絡(luò)形成中間體元素具有適應(yīng)結(jié)晶器工況環(huán)境的系統(tǒng)研究，提出連鑄結(jié)晶器“自適應(yīng)保護渣”設(shè)計理論（Smart mold powders, SMP）.利用這一理論開發(fā)出環(huán)境友好、非牛頓流體及熱擴散效應(yīng)保護渣并成功進行了工業(yè)應(yīng)用.楊健教授[10]的論文“石油套管鋼管壁內(nèi)缺陷的形成機理”，針對某石油套管鋼管壁內(nèi)缺陷，采用多種分析檢測方法及理論計算，得到這些缺陷由煉鋼及連鑄過程中 形 成的 CaO·Al2O3·SiO2, CaO·Al2O3·MgO， CaO·Al2O3·SiO2·MgO 3 種類型的夾雜物，在圓管坯在穿孔變形過程中，在縱向拉應(yīng)力和橫向切應(yīng)力作用下，使卷入的大型渣滴沿縱向及橫截面延伸擴展，最終形成鋼管壁內(nèi)的缺陷.
高品質(zhì)鋼生產(chǎn)是煉鋼技術(shù)的主要任務(wù)和發(fā)展方向，本?？丶s了4篇相關(guān)論文.曾加慶教授[11]的論文“轉(zhuǎn)爐錳礦熔融還原工業(yè)試驗研究”，對錳礦熔融還原過程和提高錳收得率的工藝參數(shù)進行了熱力學研究和工業(yè)試驗驗證，研究結(jié)果為錳礦熔融還原技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用提供了技術(shù)支撐，為打通轉(zhuǎn)爐煉鋼過程錳礦熔融還原技術(shù)路徑，提高錳的收得率提供了重要依據(jù).朱國森教授[12]的論文“汽車車身用新型冷軋薄板研發(fā)進展”，對近年來汽車車身用新型冷軋薄板的研發(fā)進展進行了綜述，指出在汽車用鋼市場競爭日益激烈的趨勢下，滿足汽車零件高成形性需求的DH鋼在解決傳統(tǒng)高強鋼沖壓開裂和實現(xiàn)汽車輕量化方面、鋅鋁鎂鍍層鋼板在提高耐蝕性方面以及高鮮映性汽車外板在車身綠色涂裝方面展現(xiàn)出了巨大優(yōu)勢，具有廣闊的應(yīng)用前景.徐安軍教授[13]的論文“基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的轉(zhuǎn)爐二吹階段鋼水溫度動態(tài)預測模型”，針對大多數(shù)轉(zhuǎn)爐終點預測模型屬于靜態(tài)模型，只能夠?qū)崿F(xiàn)對轉(zhuǎn)爐吹煉終點鋼水溫度的預測，無法實現(xiàn)動態(tài)預測的問題，提出了一種基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的轉(zhuǎn)爐二吹階段鋼水溫度動態(tài)預測模型，實驗結(jié)果表明：模型在重用案例個數(shù)為4，神經(jīng)元個數(shù)為10時模型對鋼水溫度的預測誤差在[-5℃, 5℃]、[-10℃, 10℃]和 [-15℃, 15℃]的命中率分別達到40.33%、68.92%和88.33%.包燕平教授[14]的論文“基于非鋁脫氧工藝的高品質(zhì)軸承鋼關(guān)鍵冶金技術(shù)研究”，通過對軸承鋼生產(chǎn)過程的研究，提出了基于非鋁脫氧的高品質(zhì)軸承鋼生產(chǎn)工藝，其主要特色是出鋼過程硅錳合金預脫氧、LF精煉采用爐渣擴散脫氧、RH采用真空終脫氧.通過擴散脫氧和真空碳脫氧不產(chǎn)生污染鋼液的脫氧夾雜物，達到凈化鋼液的目的.同時由于無鋁脫氧大大改善鋼液的流動性，有效地減少鋼中Ds夾雜物.
本?？偨Y(jié)了高品質(zhì)鋼冶金的部分前沿煉鋼技術(shù)，希望能夠為煉鋼技術(shù)的發(fā)展起到促進作用，為實現(xiàn)我國從鋼鐵大國向鋼鐵強國的轉(zhuǎn)化貢獻力量.真誠地感謝所有作者的高水平論文和所有審稿專家的審稿意見.最后，衷心地感謝《工程科學學報》編輯團隊的辛勤工作，讓?？靡皂樌霭?
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