基于产教融合的绿色低碳钢铁冶金专业学位研究生培养模式

传统钢铁冶金专业学位研究生培养存在校企联合培养基地不完善、联合培养动力不足、培养方案和培养模式有待优化等问题。围绕钢铁行业绿色低碳高质量发展的紧迫需求,建立京津冀低碳钢铁产教融合研究生联合培养基地,通过联合培养基地平台化运营,打造一支适应专业学位研究生创新实践能力培养的“双师型”导师队伍。提出以创新能力提升为核心的冶金工程专业学位研究生培养方案,制订基于产教融合联合培养的钢铁冶金专业学位研究生联培管理体制和课程体系,推动研究生培养模式改革,提升专业学位研究生的专业实践能力和工程创新能力。

变形量对冷拉拔低碳镀锌钢丝力学性能的影响

冷拉拔低碳镀锌钢丝以良好的耐蚀性能、焊接性能、与力学性能协同匹配的良好综合性能和低廉的价格广泛应用于轻工业及建筑行业,其中变形量是影响其力学性能、生产成本及良品率的关键因素。通过显微组织分析、力学性能测定、断口观察,研究了Q235冷拉拔低碳镀锌钢丝不同变形量下的加工硬化过程,并分析了断丝及钢丝表面出现箭头状裂纹的原因。结果表明:真应变从0增加到2.41的过程中,抗拉强度、横纵截面硬度随应变量增加呈抛物线状增加,抗拉强度从586.8 MPa增加到1157.1 MPa,横截面硬度比纵截面增加了5.8 HV。塑性变形初期,加工硬化率最大,为364.7 MPa。真应变从0增加到1.91过程中,加工硬化率从364.7 MPa降低到162.2 MPa,真应变从1.91增加到2.41的过程中,加工硬化率又增加到了172.0 MPa。钢丝中存在CaO夹杂物是导致钢丝出现断丝和表面箭头状裂纹的主要原因。

120t顶吹CO_(2)-O_(2)转炉氧枪二次燃烧射流运动模式研究

文章运用Fulent软件,对基于120 t转炉设计超音速氧枪和二次燃烧氧枪(5孔交错式和8孔均布式)进行模拟计算,对比分析掺混10%CO_(2)后三种氧枪的射流速度分布特点和对熔池搅拌能力的影响。模拟结果表明:在L>0.57 m处,8孔均布式氧枪的主氧射流速度略小于超音速氧枪的;在L<1.05 m处,由于副孔单孔流量较大,5孔交错式氧枪的主氧射流速度最大;在1.05 m<L<1.8 m处,5孔交错式氧枪的主氧射流速度最小。研究三种氧枪的搅拌强度发现1.45 m处为最佳枪位,在该枪位下,冲击面积大小排序为8孔均布式氧枪>超音速氧枪>5孔交错式氧枪,冲击深度大小排序为8孔均布式氧枪>5孔交错式氧枪>超音速氧枪,8孔均布式氧枪的冲击深度和冲击面积均最大,对熔池冲击能力最强。

镍基单晶涡轮叶片定向凝固过程温度场数值模拟研究进展

作为先进航空发动机不可缺少的核心部件之一,镍基单晶涡轮叶片(简称单晶叶片)的空心结构尺寸精度、合金元素的分布均匀性和表面及内腔冶金质量等要求极为苛刻。研究发现,定向凝固过程中温度梯度的控制直接影响单晶叶片性能和质量,能否持续获得稳定热流成为定向凝固技术的关键。随着计算机技术的不断进步,数值模拟已经成为单晶叶片定向凝固研究的重要手段之一。首先,对单晶叶片制备技术进行了介绍,分析了定向凝固过程中的传热方式。其次,总结了数值模拟界面换热系数边界条件的优化方法,重点介绍了Beck非线性估算法和有限差分法在界面换热系数求解中的应用,证明了两种方法均可以对铸件/型壳间的界面换热系数进行求解,有效提升了温度场模拟的准确性。最后,对定向凝固过程温度场数值模拟的研究进展进行了追踪,总结归纳出了工艺参数对温度场的影响规律。基于对镍基单晶涡轮叶片定向凝固过程温度场数值模拟研究进展的分析,提出了定向凝固工艺优化方向以及相关技术后续的发展趋势,以促进单晶涡轮叶片的高质量研发。

炼铜用耐火材料研究进展

炼铜工艺的稳定顺行离不开耐火材料的有力支撑。本文概述了炼铜工艺及其所需的耐火材料,说明了炼铜炉不同部位耐火材料的主要类型、性能特点和制备工艺,重点介绍了炼铜过程中常用镁铬质耐火材料、镁铝质耐火材料和其他新型耐火材料。随着材料科学的不断发展和环保要求的不断提高,研究者针对镁铬质耐火材料的性能优化和带来的环境问题、镁铝质耐火材料的材料特性和渣蚀问题,以及其他新型耐火材料的性能调控问题等开展了系统研究,为炼铜工艺技术的不断优化提供了有力支持。尽管炼铜用耐火材料在服役性能方面的研究已取得显著进展,但仍面临应用成本高、对环境不够友好、新材料制备与开发困难等问题。基于此,提出下一步耐火材料性能提升和节能环保的研究方向。

高熵合金热变形行为研究进展

高熵合金颠覆了传统合金以一、两种元素为主的设计思想,其多主元和高混合熵的设计理念赋予了其高强、高韧、耐蚀、耐高温和抗氧化等优异的性能,已成为新型高性能结构材料领域的一个研究热点。高熵合金研发必然要走向工程应用,热加工是其中进一步调控组织性能的重要途径,表征热加工性能的热变形行为是一个新的研究重点和热点。本文从高熵合金热变形研究的现状出发,首先,将高熵合金按相结构进行分类总结,介绍其热变形本构关系和流变应力预测模型。然后,分析FCC,FCC+BCC和BCC结构高熵合金的热变形组织演变,系统综述热变形过程中的变形机制和再结晶机制。最后,强调了高熵合金热变形研究所面临的挑战,并对其未来研究方向提出以下建议:建立基于高熵合金物理性质的本构关系和结构特征的再结晶模型;加强不同制备工艺条件下和复杂载荷作用下的热变形行为研究,突破高熵合金关键制备工艺。

115 t量子电弧炉CO_(2)喷吹工艺的影响研究

为降低全废钢量子电弧炉出钢氮含量、优化电弧炉冶炼性能、减少电弧炉冶炼碳排放量,通过对量子电弧炉喷吹工艺进行优化改进,采用CO_(2)喷吹工艺替代原始喷吹工艺以实现上述目标。在115 t量子电弧炉上进行了大量CO_(2)喷吹工艺试验,分别对比了改进工艺前后的电弧炉出钢氮含量、冶炼电耗、冶炼周期、碳排放等性能指标的变化趋势。试验结果表明:使用CO_(2)喷吹工艺后,电弧炉出钢氮质量分数降低30.6×10^(-6)、冶炼电耗降低5.6 kWh/t、冶炼周期缩短3.2 min、平均出钢碳氧积降低了4.4×10^(-4)、渣中FeO质量分数降低了4.5百分点、碳排放降低8.4%。通过将CO_(2)载气喷吹碳粉工艺与Ar+CO_(2)动态混合底吹工艺结合应用于电弧炉炼钢中能够有效降低钢水出钢氮含量、冶炼电耗、碳排放量等性能指标,优化量子电弧炉喷吹工艺。

120 t转炉顶吹CO_(2)冶炼工艺研究与应用

基于CO_(2)参与炼钢反应的热力学和动力学研究基础,开展了120 t转炉顶吹CO_(2)的工业应用,分析了转炉顶吹混掺不同比例CO_(2)对冶炼终点钢水P含量、碳氧积、钢渣FeO含量、转炉煤气和粗灰总量的影响。本研究共使用3种不同混气模式开展工业试验,其CO_(2)喷吹总量分别为98、203、290 m^(3)。工业试验结果表明,转炉冶炼过程中CO_(2)顶吹总量由98 m^(3)逐渐提高到290 m^(3),转炉终点钢水碳氧积、炉渣FeO含量和粗灰产量呈降低趋势,煤气回收量呈升高趋势,而脱磷率和煤气CO浓度变化趋势为先升高后降低。CO_(2)喷吹总量影响冶炼指标,当顶吹CO_(2)总量为290 m^(3)时,碳氧积降低1.15×10^(-4)、炉渣FeO质量分数降低3.03%,煤气量增加2.73 m^(3)/t、粗灰总量减少55.1 kg;当顶吹CO_(2)总量为203 m^(3)时,脱磷率提高2.89%、煤气中CO浓度提高2.43%。

基于转炉COMI技术的二次燃烧氧枪射流运动特性研究

设计了基于COMI(CO_(2)and O_(2)Mixing Injection)技术的三种二次燃烧氧枪与一种传统氧枪结构,并利用数值模拟方法研究不同工况下二次射流与主氧射流的相互作用特点,及对熔池的冲击搅拌能力,用于明确二次燃烧氧枪过程的工作效能,并提出二次燃烧氧枪的优选结构模式。研究结果表明随着二次喷管数量的提高,及二次射流喷孔与主氧喷管径向夹角的减小,二次射流与主氧射流的轴向交汇位置更靠近氧枪喷头。相比于传统氧枪,4孔映射式与8孔均布式二次燃烧氧枪在典型操作枪位下,其射流截面平均速度、理论冲击面积与深度均得到明显提升,可综合提升高速射流对熔池的冲击搅拌效果。但相同工况下,4孔交错式氧枪的理论冲击面积与横截面平均速度均最小,表明该二次燃烧氧枪结构抑制了高速射流对熔池的化渣效率与搅拌效果。

镍基单晶高温合金中Ru元素作用的研究进展

具有优异的高温抗蠕变、抗疲劳、抗氧化和耐热腐蚀等综合性能的先进镍基单晶高温合金,是当代先进航空发动机热端部件的首选材料。研究者发现,Ru元素的引入对镍基单晶高温合金的组织稳定性和高温蠕变性能有重大影响。但是相关研究开始较晚,不够充分,因此Ru元素具体作用机制尚不明晰。此外,Ru的添加提高了镍基单晶高温合金的制造成本,所以高代次单晶合金目前仍处于试验阶段,并未在实际生产中实现大规模应用。本文从Ru元素对镍基单晶高温合金铸态组织、热处理态组织、组织结构稳定性和蠕变性能的影响4个方面出发,总结了Ru元素在单晶高温合金中具体作用的研究进展。

基于EDEM的衬板改型及提升筒速补偿低效能机理研究

为提高破煤效率,以黄河大通发电厂内?4.04 m×5.54 m磨煤机为研究对象,探究了不同腔型衬板磨损前后磨介运动的演变过程,以磨介流动状态、碰撞关系、破煤效率、衬板承受冲击能量等进行了衬板改型优化,同时采用调节筒速促进磨损衬板高效破煤的方式,探究了筒速变化带来的介质流动变化规律。结果表明,改进后的衬板型腔使得破煤效率提高了21.7%,同时延长了衬板使用寿命。采用提高筒速补偿衬板磨损带来的破煤率低下是可行的,最大可使破煤率提升98.6%,也造成衬板法向、切向累计接触能量分别提高144.9%,54.9%,加速磨损衬板的淘汰,两种方式均可为提高煤料利用率和生产效益提供理论指导。

超大规格风电用连铸圆坯的氢含量控制

针对直径大于等于800 mm的超大规格风电用连铸圆坯因氢含量高出现探伤不合缺陷的问题,通过检测原辅料水分、利用Hydris定氢仪探究全工序钢水氢含量的变化规律。结果表明,铸坯氢含量的主要来源是原辅料水分、炉气气氛潮湿、耐火材料不完全分解。为降低铸坯氢含量,提出了工艺改进措施:转炉吹炼8 min后应不加或加入水分含量较低的原辅料;LF精炼工序投入较少的原辅料;入VD工序前小渣量控制,破空后低速喂线,控制喂线数量及种类在较小范围;小火烘烤连铸中间包60 min,定期清理中间包透气孔。工艺优化后,VD到站钢水w(H)≤3.6×10^(-6),VD离站钢水w(H)≤0.77×10^(-6),连铸中间包首炉钢水w(H)≤2.0×10^(-6),第2炉w(H)≤1.6×10^(-6),连浇炉次w(H)≤1.1×10^(-6),成功降低了超大规格风电用连铸圆坯的氢含量,保证了成品锻件的质量。

45钢水口结瘤原因及控制

研究了45钢生产过程中中间包水口结瘤问题的原因并提出了改进措施。利用高速数据采集系统及EDX荧光分析技术监测了钢液波动情况及水口结瘤物的成分。结果表明:高熔点Al_(2)O_(3)非金属夹杂物和钙处理过程形成的CaS在中间包浸入式水口内壁聚集是水口结瘤的原因。减少Al_(2)O_(3)的产生量,同时防止过量的[Ca]与[S]形成CaS是解决水口结瘤的根本措施。通过将钢水成品钙含量控制在6×10^(-6)~10×10^(-6);LF过程渣料配比二元碱度控制在3.5~5范围,做到硫含量可控,同时硫合金化前置到VD真空前;将LF离站铝含量控制在≤0.015%;VD真空后减少合金化种类,铝合金化后进行钙处理,间隔时间设定为3~5 min;钢水过热度控制在25~35℃等工艺措施改善了45钢的可浇性,实现了整浇次稳定生产,中间包水口结瘤问题随之解决。

机器学习在金属材料服役性能预测中的应用

在材料基因工程的背景下,数据驱动的机器学习技术推动着材料研究进入了新的范式.机器学习能够充分利用已有的实验数据,在不明晰机制原理的情况下实现对材料服役性能的准确预测,极大地减少了实验所需的时间与成本.本文以机器学习预测金属材料的典型服役性能为主题,总结并分析了四种预测金属材料服役性能的常用机器学习模型.以疲劳、蠕变、腐蚀这三种常见的服役性能为代表,介绍了机器学习在这三个性能方面的研究情况,并列举了几个具体的案例进行简要分析.最后,总结了机器学习预测金属材料服役性能的特点,分析了当下机器学习预测金属材料服役性能存在的一些科学问题,并对其发展前景进行了讨论和展望.

稀土掺杂对半导体光催化剂性能影响的进展(特邀)

光催化是能够利用太阳能进行能源转化和环境治理的环保方法。稀土元素在光催化中具有独特的电荷调控机制和光学改性机制,能够有效提升传统半导体的光催化活性。首先,从提升半导体光催化剂光电性能和降低载流子复合率方面,介绍了稀土元素的掺杂对半导体光催化剂性能的调控,并根据稀土元素的分类和掺杂所占组元数的不同,分别从一元稀土掺杂、二元共掺杂到多元及高熵稀土掺杂的角度综述了稀土改性半导体光催化剂的研究进展和相应的光催化动力学机理。通过总结可知,稀土元素较大的原子半径能够有效地引起半导体光催化剂的晶格畸变从而增加半导体的缺陷,达到细化颗粒度,暴露催化剂活性位点的作用;同时,稀土元素特殊的能带结构能有效调整半导体光催化剂的光电性能,促进载流子的高效分离并拓宽其可见光的响应范围,促进光催化反应高效进行。最后,阐述和总结了稀土元素改性对于半导体光催化剂活性改善的重要意义并进行了展望。

改善弹簧钢小方坯中心偏析及线材性能工艺优化

针对某钢厂生产的55SiCr弹簧钢,用户加工后的油淬火钢丝断面收缩率在40%以下,影响后续卷簧过程和弹簧的使用寿命,通过低倍酸洗试验,拉伸试验,油淬火调质处理,钻屑试验等方法对铸坯和线材进行评价检测,发现铸坯中心偏析是导致拉拔性能差的主要原因,通过开展连铸工艺优化试验,研究结果表明:高过热度控制对铸坯偏析及线材拉拔性能有显著影响,过热度为35℃相较于过热度18℃,断面收缩率和伸长率分别提高2%和0.8%;结晶器电磁搅拌电流从150 A增加到320 A,中心等轴晶率由8%~8.5%增加到10.5%,但是中心碳平均偏析指数也随之增加;相同结晶器电磁搅拌工艺时,降低凝固末端电磁搅拌强度有利于改善中心偏析;铸坯中心碳平均偏析指数由1.10降低到1.02时,油淬火调质态线材断面收缩率由39%增加到47%。

产-研-教融合的先进钢铁材料设计及轧制技术教学改革

基于产-研-教融合理念,开展先进钢铁材料设计及轧制技术教学改革与实践,激活学生科研兴趣,从教学内容丰富、国际与校企合作反哺、课程案例资源建设及解决问题能力培养等方面阐述教学改革措施。增强学生科学思维和责任精神,培养有本领、有能力的高素质人才。

材质对谐波减速器刚轮的耐磨性能影响

采用3种谐波减速器用刚轮材料——2Cr13不锈钢、40Cr中碳合金钢、45钢,通过对其显微组织、硬度、三维及二维形貌的显微磨损、摩擦因数的分析,探究不同材料耐磨性能的差异。结果表明,2Cr13、40Cr的显微组织为回火索氏体,45钢的显微组织为铁素体与珠光体。2Cr13、40Cr硬度相近且远大于45钢。2Cr13磨损形貌为黏着与剥落,磨损机制为黏着磨损;40Cr、45钢磨损形貌为犁沟与剥落、犁沟与黏着,磨损机制为磨粒磨损。3种材料的摩擦因数相差可忽略不计。2Cr13、40Cr、45钢截面的磨损面积分别为5008、1645、6535μm2。硬度相近下,40Cr表现出比2Cr13更优异的耐磨性能。45钢与摩擦副材料的硬度值相差最大,耐磨性能最差。

浸入式水口结瘤机制及优化措施

在钢铁实际生产过程中,浸入式水口结瘤会对结晶器流场的稳定性产生严重影响。这种现象不仅影响了连铸过程的顺利进行,还可能导致结瘤物剥落,从而降低铸坯质量。阐述了浸入式水口结瘤机制的研究现状,从优化水口结构、优化水口材质、提高钢液洁净度以及施加外部电场共4个方面总结了防止浸入式水口结瘤的措施,并对浸入式水口防结瘤未来的研究方向进行了展望。

Mn-S与Mn-V-S非调质钢热塑性规律对比

采用Gleeble-3800热模拟试验机测定了Mn-S、Mn-V-S两种非调质钢不同高温条件下的热塑性,并分析了不同温度区间两种钢的断裂失效机制。结果表明,两种钢在800~850℃温度区间均出现了抗拉强度下降幅度最小的现象,主要原因为800~850℃温度区间处于部分再结晶区,温度升高再结晶程度升高,晶粒得到进一步细化,强度得到补充。Mn-S钢在850~1200℃温度区间平均每升高100℃,抗拉强度降低53.9 MPa。Mn-V-S钢的抗拉强度变化总体较为均匀,平均每升高100℃,抗拉强度降低53.9 MPa。Mn-V-S钢中V元素在950℃以下析出第二相粒子,减少了固溶C含量,抗拉强度低于Mn-S钢,在950℃以上V发生回溶,两者强度趋于相近。两种非调质钢断面收缩率变化可分为线性上升和平台期两部分,以1000℃为分界线,Mn-S钢750~850℃温度区间断面收缩率随温度升高增长幅度较小,850~950℃温度区间塑性得到较大幅度提升,900~1200℃范围内钢断面收缩率均超过90%。Mn-V-S钢750~1000℃温度区间断面收缩率随温度升高增长幅度较为均匀,在900℃后断面收缩率均在90%以上,1200℃达到最高,最高值为99.4%。750~850℃温度区间两种钢的断面收缩率低于80%,主要原因是先共析铁素体沿晶界呈网状分布,导致拉伸时产生应力集中,建议实际生产中避开该温度范围变形。