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低温冶金理论、技术及未来发展

钢铁 2024年

作者：郭培民王磊孔令兵赵沛中国钢研科技集团有限公司氢冶金中心钢铁研究总院有限公司先进钢铁流程及材料国家重点实验室

经过21年的研发，初步形成了低温冶炼理论体系，低温冶炼新装备、新工艺试验工程、生产线建设持续推进。与高温冶金相比，低温冶金过程耗碳少、化学热及物理热需求少。通过煤种、粒度、温度等工艺参数的改变，可控制自产煤气中CO2含量... 详细信息

经过21年的研发，初步形成了低温冶炼理论体系，低温冶炼新装备、新工艺试验工程、生产线建设持续推进。与高温冶金相比，低温冶金过程耗碳少、化学热及物理热需求少。通过煤种、粒度、温度等工艺参数的改变，可控制自产煤气中CO2含量。低温还原过程热负荷低于高温还原，通过上下加热为主、四周协同加热强化低温传热。提出了冷压球团-低温还原-电炉熔分钢铁冶炼新工艺流程，研制了低温还原反应新装备，开发了自产煤气低成本100%循环利用、低温还原炉废热梯级利用、抑制磷、硅还原等技术，实现了从原料预处理到炼钢过程的连续化（准连续化）生产，省去了烧结、焦化、氧化球团等炼铁工序和部分炼钢工序，实现了大幅度降低了冶炼能耗、煤耗、二氧化碳排放量以及炼钢过程的氧气和生石灰消耗。研制和建设了5万t /a级的低温还原炼铁新装备工业试验工程，打通了工艺流程、验证了冶炼各个装备，创造了吨金属煤耗300kg的煤基炼铁流程新记录，得到低磷、低硫、低碳钢水。低温冶炼技术还在金属铁粉制备、含锌粉尘制备金属锌锭、钒钛磁铁矿、钛铁精矿粉、高磷铁矿、废旧电池回收、废轮胎回收领域等多个领域应用。利用可再生能源生物质或生物炭逐步替代煤粉进行低温还原，有望实现冶炼过程的近零碳排放，为冶炼“碳中和”提供一种有效的低成本可实施途径。

关键词：低温冶金炼铁炼钢碳中和生物质新工艺

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钒钛磁铁矿直接还原的研究与发展

中国冶金 2024年第2期34卷 1-8,51页

作者：王新宇赵海泉齐渊洪王锋钢铁研究总院有限公司先进钢铁流程及材料国家重点实验室北京100081 攀枝花学院钒钛学院四川攀枝花617000

钒钛磁铁矿是中国重要的特色资源,其高效清洁利用具有重要意义。由于钒钛磁铁矿结构复杂,铁钒钛等矿物紧密共生,导致其难冶炼、难利用。当前高炉-转炉工艺实现了铁和钒的利用,但钒资源回收利用率较低、环境污染较大、运行成本较高,且钛... 详细信息

钒钛磁铁矿是中国重要的特色资源,其高效清洁利用具有重要意义。由于钒钛磁铁矿结构复杂,铁钒钛等矿物紧密共生,导致其难冶炼、难利用。当前高炉-转炉工艺实现了铁和钒的利用,但钒资源回收利用率较低、环境污染较大、运行成本较高,且钛资源尚未获得利用。直接还原工艺可在提铁的同时富集钒、钛,被认为是实现铁钒钛综合利用的可行工艺。从还原机理、还原效率和还原结果等方面,分别对不同的固态还原剂和气态还原剂进行了对比,阐述了还原强化的效果与机理,介绍了还原-钠化-熔分耦合新工艺的探索和研究进展。基于低碳、节能、高效等理念,提出了将氢冶金技术应用于还原-钠化-熔分耦合工艺的设想,即氢还原-钠化-熔分耦合工艺,以及该工艺需要开展的研究内容。兼顾低碳、短流程、高效的氢还原-钠化-熔分耦合工艺发展前景可观。

关键词：钒钛磁铁矿直接还原还原剂短流程氢还原

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氢冶金工艺技术发展现状及应用

钢铁 2024年第3期59卷 183-196页

作者：卢立金王海风王锋邱健平晓东钢铁研究总院有限公司先进钢铁流程及材料国家重点实验室北京100081 钢研晟华科技股份有限公司北京100081

钢铁行业为中国重要的经济支撑行业,也是主要的碳排放行业。氢能在冶金领域的应用是一种环保、高效的钢铁生产技术,是实现低碳发展的重要途经之一。在全面介绍富氢高炉、氢基直接还原、氢基熔融还原工艺的基础上,分析各种工艺在冶金工... 详细信息

钢铁行业为中国重要的经济支撑行业,也是主要的碳排放行业。氢能在冶金领域的应用是一种环保、高效的钢铁生产技术,是实现低碳发展的重要途经之一。在全面介绍富氢高炉、氢基直接还原、氢基熔融还原工艺的基础上,分析各种工艺在冶金工业的应用情况,并且系统探讨了各工艺的探索及实践。综合各种工艺的优缺点,分析了中国低碳背景下氢冶金的发展趋势。目前中国钢铁行业的生产还是以长流程为主,要实现2035年减排30%的目标,富氢高炉工艺可作为现阶段工艺技术改进的首选方向。但是富氢高炉工艺实现碳减排的能力比较有限,碳减排幅度为10%~20%,无法满足未来碳中和的目标。相比于富氢高炉工艺,氢基直接还原铁工艺的碳减排可达到50%以上,因此,氢基直接还原工艺可作为未来发展的主要路线。氢基熔融还原也有较好的碳减排效果,且生产出的高纯铸造生铁可用于高端铸件领域,但是目前对其研究不够充分,还处于基础研究阶段,与大规模的工业化生产还有较大的差距。氢冶金作为钢铁行业低碳绿色发展的重要途径,中国起步较晚且还面临基础研究薄弱、短期成本高等问题,随着绿氢产业的发展,绿色氢冶金将是未来钢铁行业绿色发展的重要方向。

关键词：氢冶金高炉富氢直接还原熔融还原

熔融态铁氧化物碳氢还原热力学与动力学研究现状

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钢铁研究学报 2024年第2期36卷 150-162页

作者：卢立金王锋王海风邱健平晓东钢铁研究总院有限公司先进钢铁流程及材料国家重点实验室北京100081 钢研晟华科技股份有限公司北京100081

氢能在冶金领域的应用是实现低碳发展的重要途经之一。目前虽然在富氢高炉和氢基直接还原炼铁领域取得诸多成果,但在碳氢熔融还原炼铁仍有许多不足之处。通过分析碳、CO以及氢气还原熔融态铁氧化物的研究,总结熔融还原过程基本热力学特... 详细信息

氢能在冶金领域的应用是实现低碳发展的重要途经之一。目前虽然在富氢高炉和氢基直接还原炼铁领域取得诸多成果,但在碳氢熔融还原炼铁仍有许多不足之处。通过分析碳、CO以及氢气还原熔融态铁氧化物的研究,总结熔融还原过程基本热力学特点,并对影响动力学参数的因素进行分析。结果表明,在熔融温度(1369℃)以上氢气还原FeO在热力学上有一定的优势。还原温度高于1538℃,(即还原物和还原产物都为熔融态),还原气体流量为3 mL/min以及碱度为1.1~1.3时有利于熔融反应的进行。关于碳氢还原熔融态铁氧化物的研究还不充分,还需要进一步解析还原过程、限制环节以及微观机制等。

关键词：熔融还原氢冶金热力学动力学

电磁在线检测再生铝铸造流程中夹杂物的浓度与粒径分布

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中国冶金 2024年第6期34卷 136-143页

作者：鄢浩吴云飞王佳豪那贤昭王晓东中国科学院大学材料科学与光电技术学院北京100049 钢铁研究总院有限公司先进钢铁流程及材料国家重点实验室北京100081

再生铝由于其绿色、环保、可循环利用等优点成为铝工业未来重要的发展方向,如何实现再生铝中夹杂物的检测和控制成为再生铝技术的研究重点。为研究再生铝铸造流程中夹杂物粒径和浓度变化趋势,通过基于电敏感区法的测量方法对再生铝铸造... 详细信息

再生铝由于其绿色、环保、可循环利用等优点成为铝工业未来重要的发展方向,如何实现再生铝中夹杂物的检测和控制成为再生铝技术的研究重点。为研究再生铝铸造流程中夹杂物粒径和浓度变化趋势,通过基于电敏感区法的测量方法对再生铝铸造流程中的夹杂物进行了测量。该方法具有实时、在线、定量测量的特点和优势。设计了可用于再生铝熔体夹杂物检测的测量装置,通过对采样管中凝固的铝液进行金相检测,验证该装置对夹杂物的“捕获”能力,并利用该装置对铸造流程中的夹杂物进行测量。结果表明,夹杂物的粒径分布范围由熔炼前的[20,70]μm降低至过滤后的[10,40]μm;熔炼后浓度最高的粒径由49μm(1.39×103个/kg)下降至静置后的39μm(1.03×103个/kg)以及过滤后的21μm(0.74×103个/kg);过滤后夹杂物的N20~N60指标较熔炼后分别下降了76%、91%、97%、98%、98%。研究结果对再生铝铸造流程及工艺的优化具有参考价值。

关键词：再生铝铸造流程夹杂物电敏感区电磁测量

V含量对不锈钢TDVS2001组织性能的影响

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金属热处理 2024年第3期49卷 251-256页

作者：裴明德李国平秦宇航张峰范新智郭宏钢太原钢铁(集团)有限公司先进不锈钢材料国家重点实验室山西太原030003

研究了V含量对双相不锈钢TDVS2001组织及性能的影响。利用金相显微镜、SEM、EDS和TEM对析出相及组织进行了表征。结果表明,当V含量在0.11%以下时,显微组织中无钒的析出物,力学性能略有提升,但变化不大;当V含量为0.27%时,铁素体相中析出... 详细信息

研究了V含量对双相不锈钢TDVS2001组织及性能的影响。利用金相显微镜、SEM、EDS和TEM对析出相及组织进行了表征。结果表明,当V含量在0.11%以下时,显微组织中无钒的析出物,力学性能略有提升,但变化不大;当V含量为0.27%时,铁素体相中析出大量纳米级的钒化物,材料屈服强度提高了68 MPa,冲击吸收能量无明显变化,透射电镜分析钒化物为VN。晶粒尺寸、纳米级VN析出相是其强度升高的主要原因。

关键词： TDVS2001不锈钢强度 VN析出相铁素体相冲击吸收能量

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黏结剂喷射成形技术研究进展

中国有色金属学报 2024年第4期34卷 1329-1354页

作者：杨紫涵苏捷刘咏中南大学粉末冶金国家重点实验室长沙410083

黏结剂喷射成形是一种基于粉末床的增材制造技术,通过液态黏结剂的沉积以选择性地连接粉末颗粒,实现近净成形,最后通过烧结进行固结。该技术因为工艺简单、材料适应性广、成形效率高、批量化生产潜力大而受到关注。本文对黏结剂喷射成... 详细信息

黏结剂喷射成形是一种基于粉末床的增材制造技术,通过液态黏结剂的沉积以选择性地连接粉末颗粒,实现近净成形,最后通过烧结进行固结。该技术因为工艺简单、材料适应性广、成形效率高、批量化生产潜力大而受到关注。本文对黏结剂喷射成形的工艺流程进行了概述,总结了影响黏结剂喷射成形过程的因素。粉末特性、铺粉方式、黏结剂种类及其与粉床的相互作用是控制生坯密度、尺寸精度的关键。烧结及熔渗是主要的后处理方式,借助助烧剂、分步烧结工艺、超固相线液相烧结等方式可实现更高程度的致密化。黏结剂喷射成形已在铸造、医疗器械、3C行业等得到了广泛的应用,通过进一步优化黏结剂体系、全流程自动化设备和提升致密化及后处理技术可推动黏结剂喷射成形技术的大规模产业化。

关键词：黏结剂喷射成形粉床质量黏结剂打印参数烧结熔渗

工业化生产N06625镍基合金板材组织性能

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锻压技术 2024年第3期49卷 47-51,93页

作者：王岩李吉东谷宇韩东曾莉太原钢铁(集团)有限公司先进不锈钢材料国家重点实验室山西太原030003

以太原钢铁(集团)有限公司工业化生产的N06625镍基合金板材为研究对象,采用金相显微镜、扫描电镜、能谱分析等手段,对其组织性能开展了研究。结果表明:工业化生产的N06625镍基合金板材的轧制态析出物主要以条状的(Nb, Ti)(C,N)以及细小... 详细信息

以太原钢铁(集团)有限公司工业化生产的N06625镍基合金板材为研究对象,采用金相显微镜、扫描电镜、能谱分析等手段,对其组织性能开展了研究。结果表明:工业化生产的N06625镍基合金板材的轧制态析出物主要以条状的(Nb, Ti)(C,N)以及细小的MoNbC复合析出物为主;高强度等级N06625镍基合金板材的适宜热处理温度为1000℃左右,低强度等级N06625镍基合金板材的适宜热处理温度为1150℃左右;所生产的N06625镍基合金板材具有优异的冶金纯净度、力学性能及耐腐蚀性能,可为用户选材提供数据支撑。

关键词： N06625镍基合金组织性能热处理温度析出物

固溶处理对高速轧制N06625镍基合金线材组织与性能的影响

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金属热处理 2024年第4期49卷 182-185页

作者：谷宇王岩李吉东曾莉韩东太原钢铁(集团)有限公司先进不锈钢材料国家重点实验室山西太原030003

采用高速线材轧制机组实现了大卷重N06625合金线材的生产,并对其不同温度(1000~1200℃)固溶后的组织与性能开展了研究。结果表明,N06625合金高速轧制线材的轧态晶粒尺寸极其细小,其合理的固溶处理制度为1180~1200℃×40 min;经1200℃固... 详细信息

采用高速线材轧制机组实现了大卷重N06625合金线材的生产,并对其不同温度(1000~1200℃)固溶后的组织与性能开展了研究。结果表明,N06625合金高速轧制线材的轧态晶粒尺寸极其细小,其合理的固溶处理制度为1180~1200℃×40 min;经1200℃固溶后,线材的强度和硬度较低,伸长率及断面收缩率优异,完全满足后续拔丝生产,且此时合金的组织调整完全,即发生完全静态再结晶,基体中只有少量小尺寸的Nb析出物,不会对后续冷拔变形产生不利影响。

关键词： N06625合金高速线材显微组织性能