包燕平
北京科技大學(xué)鋼鐵冶金新技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100083
鋼鐵是國(guó)民經(jīng)濟(jì)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(guó),我國(guó)的鋼鐵工業(yè)為中國(guó)及世界經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展作出了重要貢獻(xiàn).但是在全球綠色低碳發(fā)展的時(shí)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(guó)鋼鐵工業(yè)面臨的低碳發(fā)展的路徑、如何進(jìn)一步提升產(chǎn)品質(zhì)量以滿足各行業(yè)對(duì)鋼鐵材料的需求、如何進(jìn)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(guó)鋼鐵工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的問題,必須加強(qiáng)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(xué)學(xué)報(bào)》組織“高品質(zhì)鋼冶金前沿技術(shù)專刊”,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(xué)學(xué)報(bào)》提供這個(gè)機(jī)會(huì),本??貏e邀請(qǐng)了來自國(guó)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?cè)诰o張的科研工作之余,按時(shí)完成了論文的撰寫.??彩珍浟?4篇論文,按照論文的內(nèi)容分為4個(gè)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).希望通過本專刊的發(fā)表,能夠?yàn)闊掍摷夹g(shù)的進(jìn)步做出貢獻(xiàn).
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(duì)轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)控制的影響”,結(jié)合CO2的高溫反應(yīng)特性,針對(duì)性地制定了CO2冶煉工藝,并對(duì)轉(zhuǎn)爐頂吹CO2比例對(duì)終點(diǎn)磷、氮和碳氧濃度積的影響進(jìn)行了工業(yè)試驗(yàn)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(dá)峰”和“碳中和”背景下的低碳排放煉鋼關(guān)鍵技術(shù),對(duì)全廢鋼電弧爐煉鋼技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)分析.徐安軍教授[3]的論文“國(guó)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(guó)的碳減排目標(biāo),并對(duì)低碳策略和技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)的分析,梳理了中國(guó)鋼鐵行業(yè)實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的應(yīng)對(duì)策略,指出減量化發(fā)展、流程結(jié)構(gòu)調(diào)整是未來我國(guó)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(duì)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(duì)比分析了Ce處理、Mg處理和Ce-Mg復(fù)合處理對(duì)氧、硫含量和夾雜物分布特征的影響,研究發(fā)現(xiàn),Ce-Mg復(fù)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(duì)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(jì)算方法,從微觀角度研究了稀土元素鈰(Ce)對(duì)J5不銹鋼中夾雜物的改性和夾雜物誘導(dǎo)腐蝕的機(jī)理,結(jié)合不銹鋼中復(fù)合夾雜物的實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn),Ce2O3誘導(dǎo)點(diǎn)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(guó)內(nèi)外氧化物冶金技術(shù)的進(jìn)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(duì)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(xì)異相鋼液潔凈化技術(shù)研究進(jìn)展”,從微細(xì)異相凈化鋼液技術(shù)原理出發(fā),介紹了微細(xì)異相去除細(xì)小夾雜物、脫硫、脫磷、渣料遷移、RH快速脫碳及中間包長(zhǎng)水口噴粉工藝特點(diǎn)及作用機(jī)理,并對(duì)其在工程領(lǐng)域應(yīng)用進(jìn)行了展望.
連鑄技術(shù)一直是煉鋼領(lǐng)域非常活躍和創(chuàng)新突出的方向,本專刊特約了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(duì)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(duì)某鋼廠Qste380TM低碳含鈮鈦微合金鋼薄板坯連鑄生產(chǎn)進(jìn)行系統(tǒng)深入研究,提出了沿高度方向有效補(bǔ)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(qiáng)冷工藝,促使鑄坯角部組織碳氮化物彌散析出,并促進(jìn)鑄坯窄面在液芯壓下過程金屬寬展流動(dòng)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(hù)渣’理論及應(yīng)用“,通過對(duì)保護(hù)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(hù)渣”設(shè)計(jì)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(kuò)散效應(yīng)保護(hù)渣并成功進(jìn)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(jī)理”,針對(duì)某石油套管鋼管壁內(nèi)缺陷,采用多種分析檢測(cè)方法及理論計(jì)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(kuò)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(yàn)研究”,對(duì)錳礦熔融還原過程和提高錳收得率的工藝參數(shù)進(jìn)行了熱力學(xué)研究和工業(yè)試驗(yàn)驗(yàn)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(guó)森教授[12]的論文“汽車車身用新型冷軋薄板研發(fā)進(jìn)展”,對(duì)近年來汽車車身用新型冷軋薄板的研發(fā)進(jìn)展進(jìn)行了綜述,指出在汽車用鋼市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈的趨勢(shì)下,滿足汽車零件高成形性需求的DH鋼在解決傳統(tǒng)高強(qiáng)鋼沖壓開裂和實(shí)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(shì),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(dòng)的轉(zhuǎn)爐二吹階段鋼水溫度動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)模型”,針對(duì)大多數(shù)轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)預(yù)測(cè)模型屬于靜態(tài)模型,只能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)爐吹煉終點(diǎn)鋼水溫度的預(yù)測(cè),無法實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)的問題,提出了一種基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)爐二吹階段鋼水溫度動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)模型,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:模型在重用案例個(gè)數(shù)為4,神經(jīng)元個(gè)數(shù)為10時(shí)模型對(duì)鋼水溫度的預(yù)測(cè)誤差在[-5℃, 5℃]、[-10℃, 10℃]和 [-15℃, 15℃]的命中率分別達(dá)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(duì)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(yù)脫氧、LF精煉采用爐渣擴(kuò)散脫氧、RH采用真空終脫氧.通過擴(kuò)散脫氧和真空碳脫氧不產(chǎn)生污染鋼液的脫氧夾雜物,達(dá)到凈化鋼液的目的.同時(shí)由于無鋁脫氧大大改善鋼液的流動(dòng)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?zé)掍摷夹g(shù),希望能夠?yàn)闊掍摷夹g(shù)的發(fā)展起到促進(jìn)作用,為實(shí)現(xiàn)我國(guó)從鋼鐵大國(guó)向鋼鐵強(qiáng)國(guó)的轉(zhuǎn)化貢獻(xiàn)力量.真誠(chéng)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(xué)學(xué)報(bào)》編輯團(tuán)隊(duì)的辛勤工作,讓??靡皂樌霭?