第11届韩-中先进钢铁技术学术会议在韩国成功召开

              发布时间:2019-10-09


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20198月28-31日,11届韩-中先进钢铁技术学术会议The 11th Korea-China Joint Symposium on Advanced Steel Technology)在韩国济州召开。中国金属学会理事长干勇院士、常务副理事长赵沛教授、副秘书长高怀教授高工及北科大、东北大学、钢铁研究总院、中南大学、上海大学、首钢集团、河钢集团、沙钢集团、马钢集团、中天钢铁等单位的36位专家学者出席此次会议,韩国金属与材料学会会长、韩国工程院院士Sung-Joon Kim教授及首尔国立大学、延世大学、朝鲜大学、仁荷大学、汉阳大学、浦项技术、浦项制铁、现代制铁公司等单位的37位韩方专家学者出席。第11届韩-中先进钢铁技术学术会议的大会主席分别为王新华教授、 Jong-Jin Pak教授。中国金属学会理事长干勇院士和韩国金属与材料学会会长、韩国工程院院士Sung-Joon Kim教授分别代表双方在大会开幕式上致辞。

中韩双方的专家学者围绕着高温物理化学、炼铁、炼钢与连铸、大气污染物治理与资源综合利用技术、钢铁产品及其物理冶金学基础等方面,开展了广泛、深入的学术交流。双方大会交流了27篇报告,还进行了四十余篇的墙报交流与展示。本次交流反映了双方在这些领域科学研究与生产技术发展的新进展,交换了应对未来钢铁可持续发展的创新思想与观点。

1、炼铁领域研发与生产技术的新进展

首钢集团副总工程师张福明教授高工做了《首钢炼铁技术的进展与展望》报告,介绍了新世纪以来首钢搬迁改造总体情况的发展。重点介绍了首钢近年来炼铁技术进步,包括京唐钢铁公司发展低硅、含镁、钛复合球团改善由于矿石中Al2O3增加导致炉渣流动性恶化和利用Ti进行护炉的技术、烧结料面喷吹水蒸气改善烧结矿质量、降低烧结工艺过程中的CO(降低25%)和二噁英排放(降低50%)的新技术、长寿铜冷却壁技术、5500m3大型高炉的高球团矿比例(50%)炼铁技术、以及钢铁生产中大气污染物综合治理技术的进展等。并对首钢低碳、绿色、智能炼铁技术进行了探讨和展望,强调未来首钢在炼铁领域,将在继续强化原燃料技术和长寿技术的基础上,重点发展炼铁综合智能管控技术和发展超低硅原料技术实现大高炉绿色低碳生产,达到高炉吨铁炉渣小于200kg/HM、燃料比低于470kg/HMCO2减排20%的目标。浦项制铁公司(POSCO)Jung Jonghwun博士介绍了浦项制铁基于全流程建模的炼铁成本评价模型,即PosPLOT模型。浦项制铁利用该模型作为战略工具,优化炼铁过程的原材料选择和使用。该模型基于冶炼过程的物料平衡与热平衡,并结合炼钢、炼铁过程中的单元操作所回归得到的经验公式,对制造成本进行评估计算。采用该模型可以对钢铁联合企业从原材料到连铸过程进行总成本计算,其最终目的是增加POSCO未来在成本采购时的计划性降低市场波动风险与改进整体流程绩效、减少CO2排放。

2、炼钢领域研发与生产技术的进展

中韩双方学者围绕炼钢脱氧及精炼工艺与钢材表面质量控制、炼钢工艺过程模拟仿真与数字孪生及电炉炼钢技术进行了交流。

POSCO技术研究室的Kim Wanyi博士针Al-Ti复合脱氧超低碳钢和不锈钢生产中存在的堵水口加重,而其二次氧化机制缺乏深入研究的问题,介绍了其通过高温共聚焦激光扫描显微镜对409超纯铁素体不锈钢Al脱氧、Ti稳定化钢中的夹杂物演变规律的研究,并采用FactSage软件对夹杂物的生成机理做了分析。随后在工厂进行了炼钢过程取样并对多元复合体系夹杂物进行了热力学计算,其研究结果表明Al脱氧后Ti稳定化超纯铁素体不锈钢中,夹杂物主要是三氧化二铝,当钢液暴露于空气中时夹杂物将转变为复杂的FetO-TiOx-Al2O3体系和CrOx-TiOx-Al2O3体系,基于此其通过热力学计算得到了Fe-Al-Ti-O稳定性相图和Fe-Cr-Al-Ti-O相图。该研究为对Al脱氧超低碳钢和不锈钢生产中二次氧化和夹杂物控制提供了理论参考。

针对热浸镀汽车外板表面缺陷成因复杂、难以控制的问题,上海大学杨健教授介绍了其课题组在汽车外板夹杂物控制方面的研究。杨健教授指出,汽车外板的表面缺陷与炼钢工艺控制有密切关系,实际生产中在超低碳烘烤硬化钢(BH)从RH结束至板坯连铸过程中,夹杂物造成的汽车板表面线状缺陷(sliver)主要有三种:1)保护渣颗粒卷入造成,此类缺陷的特征时宽度一般约为2-5mm,线状缺陷中往往断续分布5-20微米的保护渣颗粒;2)气泡造成的线状缺陷,该缺陷的特征是其宽度约为0.5-2mm、缺陷内分布有尺寸2-20微米的Al2O3颗粒;3Al2O3夹杂物造成的线状缺陷,该类缺陷的特征是宽度2-8mm、缺陷内分布尺寸20-100微米的Al2O3簇群。通过试验室分析和工业试验研究了板坯内部夹杂物数量和尺寸与工艺控制之间的关系,其研究揭示了热浸镀汽车外板多种夹杂物演变的规律,为降低热浸镀汽车外板表面缺陷提供了理论基础。

北京科技大学冶金学院院长张立峰教授介绍了其课题组在低碳冷轧薄板线性缺陷方面的研究,其研究指出冷轧薄板中诱发表面质量缺陷的夹杂物主要来源于保护渣卷入颗粒、水口结瘤物、钩状缺陷所捕捉的气泡和夹杂物。采用钉板浸入试验、水模型试验、数值模拟对结晶器流体流动及其卷渣行为进行了研究。研究表明:随着水口吹氩量的增加,板坯结晶器流场会由双涡旋流场转变为单涡旋流场,浸入式水口附近会出现最大湍动能,导致卷渣的可能性增加。因此控制浸入式水口吹氩流量对于提高冷轧板表面质量很重要。另外,通过减少炼钢过程下渣、增强炉渣还原性、优化RH循环时间能够有效减轻水口结瘤,采用高速连铸并适当降低结晶器中冷却水流速能够有效减少卷渣(钩状缺陷减轻)。除此之外应严格减轻浇注过程中的二次氧化。

针对超低碳、铝脱氧钢生产中如何确定最佳的炉渣成分以保证快速吸收夹杂的同时又不会由于炉渣导致二次氧化的问题,韩国浦项工科大学(POSTech)Kang You-Bae教授研究了Al2O3RH顶渣中的溶解行为(含FeO炉渣)。由于氧化性炉渣不透明,采用高温共聚焦观察的难度很大,因此他转而采用传统的经典的坩埚溶解法进行了试验,结果表明Al2O3颗粒在RH顶渣中的溶解非常快,10微米左右尺寸的Al2O3溶解仅需数秒即溶解于1823K的顶渣中,并与渣中FeO含量无关,从而表明:加速Al2O3夹杂的上浮速度是提高超低碳钢洁净度更重要的措施。

首尔国立大学Jung In-Ho教授介绍了其基于热力学数据库和热力学计算,对智能工厂炼钢工艺控制方面的研究。他指出,第4次工业革命的特点是结合工厂大数据的和人工智能技术实现产品质量提升与制造效率的提高。炼钢过程属于复杂的高温多相反应体系,涵盖高温钢液、液态炉渣、固态耐火材料、非金属夹杂物、气相等,因此炼钢工艺的模拟和预测非常困难但同时极有必要。因此,Jung教授课题组基于CALPHAD热力学数据库并结合过程动力学开发了过程仿真模型。该工艺过程模拟模型基于有效平衡反应区(EERZ)模型模拟炼钢工艺过程相关单元,考虑了炼钢过程所有工艺参数和现场操作的复杂性。目前,该模型模拟的准确性已经得到实际应用的证实,并正在应用于工艺优化和智能工厂的可视化数据孪生工厂的研究。

在电炉炼钢方面,北京科技大学Conejo教授探讨了EAF采用全DRI(直接还原铁)冶炼技术。他认为,电弧炉炼钢的比例正在增加,在天然气资源比较丰富的国家和地区,采用全DRI进行电炉冶炼有利于增加电弧炉炼钢的比例,同时有利于减少废钢资源多样性带来的常规电弧炉冶炼时的不稳定性。

3、连铸领域研发与生产技术的进展

连铸领域是本次交流的重点之一,双方学者围绕钢的凝固特征与连铸坯表面质量控制、薄板坯连铸质量控制、薄带铸轧技术进行了深入的交流,特别是连铸坯角部裂纹控制得到广泛关注。

针对微合金化钢连铸过程中连铸坯表面角裂问题,东北大学冶金学院院长朱苗勇教授分析了凝固坯壳在结晶器与二冷段高温区的行为规律,指出在连铸过程中由于微合金化元素TiNbV及Al等与钢中C、N元素反应在奥氏体晶界形成链状碳化物、氮化物和碳氮化物,导致连铸坯韧性降低而产生横向角裂。基于此研究,其团队设计了新型曲面结晶器,能够有效改善连铸坯的角部传热,在二冷段的高温区能够实现角部强冷,以改善角部横向裂纹。该新型结晶器已经用于邯郸钢厂的CSP生产线,生产实践表明,连铸坯角部的碳氮化物分布均匀、微观晶粒得到有效细化(尺寸小于20微米),从而有效将连铸坯角部裂纹的发生率由6.75%降低至0.02%。钢铁研究总院王明林博士从不同的视角研究了微合金化钢连铸板坯角部横裂纹的控制问题,其研究通过数值模拟探讨了矫直过程中,常规板坯连铸与数种不同倒角结晶器连铸条件下连铸坯的温度场、应力场与应变场。结果表明,倒角角度增加时连铸坯角部的表面温度线性增加、小的倒角长度能够有效提高角部温度,倒角角度增加时倒角铜板的温度增加。倒角30-45度时连铸坯角部所受应力最小,仅为常规连铸坯的40-46%。当倒角长度控制在55-75mm以内时,倒角面所受应力小于常规板坯连铸。生产实践表明,采用倒角结晶器后连铸坯角部温度可提高100℃,微合金化钢连铸坯角部裂纹率控制在0.5%以下。目前,倒角结晶器技术应用于国内多见大型钢厂。韩国现代制铁公司Eun-kyu Lee博士研究了板坯连铸时二冷对角部横裂纹控制的影响,其研究表明二次冷却对角部横裂纹影响较大,因此其对连铸二冷段喷嘴的布置进行了调整,在连铸坯的角部采用了可90°旋转的喷嘴,在板坯的边部关闭或减弱喷淋水的冷却强度,将铸坯角部温度提高250℃,有效减少了角部裂纹。但是,该措施的使用也存在加重了连铸坯中心偏析的问题。

针对宽厚板坯连铸普遍存在的中心偏析、疏松及缩孔等问题,北京科技大学姜敏副教授研究了连铸宽厚板坯大压下技术中,连铸坯的非均匀凝固现象,研究指出宽厚板坯连铸过程中在连铸坯的宽度方向上凝固并不同步,凝固前沿呈现“W”形态(或成哑铃型、或眼镜型),该不均匀凝固现象对于实施大压下有重要不利影响,造成宽度方向上连铸坯内部质量的不一致。研究指出,造成宽度方向凝固不均匀的主要原因是二冷区冷却制度不合理,通过优化二冷区的冷却能够有效减轻不均匀凝固现象。

中南大学王万林教授研究了薄板坯连铸时的铸坯质量控制。他指出,随着薄板坯无头连铸连轧技术的进一步发展,紧凑型带材生产时连铸拉速已经可以达到6m/min。随着连铸拉速的提高,连铸坯表面缺陷更加容易发生,有必要对铸坯表面质量控制进行深入研究(特别是表面扒皮处理环节取消)。王万林教授首先探讨了薄板坯表面裂纹的形成机理,指出薄板坯连铸初生坯壳的热应力是传统连铸的1.5倍,薄板坯初始凝固时的热流密度增加至2-3MW/m2,明显高于其它连铸工艺,结晶器高冷却强度会导致结晶器传热不均而引起表面纵裂纹的产生。他提出通过采用结晶器上部弱冷、结晶器下部强冷,同时采用低熔点、高熔速的结晶器保护渣等措施,可以有效减少薄板坯的表面纵裂。因此,为了适应薄板坯连铸无头轧制技术的发展,王万林教授认为连铸护渣体系有待进一步优化,以优化结晶器传热、增加熔化速率和夹杂物吸收能力等。

马钢公司沈昶所长交流了对150mm2高碳连铸方坯施加低频振改善凝固糊状区钢液流动性以改善连铸方坯中心疏松与缩孔的新进展。介绍了其团队对外部机械振动改善小方坯中等轴晶形成机理的研究及其工业应用试验。其研究表明:150mm方坯外部施加机械振动时(振动频率20Hz、振动施加部位约在结晶器出口后10m处),中心疏松、中心碳偏析明显减轻,中心缩孔则几乎消失,成分偏析有所缓解;同时,工业试验还发现在150mm方坯外部施加机械振动后,连铸坯中心密度明显提高,为提高连铸坯中心质量探索了新的途径。POSCO公司Jung Sung-Suk博士采用差式扫描量热法研究钢液的初始凝固现象,差式量热仪的热流图形可以得到亚包晶钢、中碳钢等裂纹敏感性钢种的碳当量的准确关系,揭示包晶转变的存在以及程度,同时显示了合金钢成分在铁-碳相图中的位置。研究表明亚包晶钢转变会导致表面纵裂纹的产生,同时揭示了在板坯初始凝固时,坯壳的不均匀导致表面纵裂纹发生率增加,以更为准确地指导实际的连铸生产提供了理论依据,其研究方法也很新颖。

沙钢研究院副院长李华龙博士介绍了沙钢CASTRIP技术进步,沙钢与纽柯公司合作在沙钢建设了双辊薄带连铸生产线并于2018.3投产,从钢包回转台到1#热轧卷曲机的产线总长度为48.5m,热轧卷产品最大宽度为1590mm,薄带连铸坯厚度为1.4-2.1mm,热轧板厚度为0.7-1.9mm,连铸拉速平均为75m/min,年产量65万吨。其吨钢能源消耗仅为传统流程的16%CO2仅为传统流程的25%。生产的主要产品Q235、Q345以及ASTM40、ASTM50等,产品显示出了独特的力学性能和表面精度,可超过常规连铸的同类产品,并已经用于多个不同场合。目前正在开发耐候钢板、高碳钢板以及高强钢板。

4、钢铁产品及其物理冶金学研究进展

中信金属刘中柱博士在《中国含铌压力容器用钢进展》的报告中,介绍了中国压力容器用含Nb钢(C-Mn系、低温容器钢、Cr-Mo钢、高强容器钢)的使用情况。铌在钢中的固溶和析出特性、与再结晶的交互作用,可显著改善了钢的晶粒细化、组织均匀化、低温韧性和高温蠕变等性能,因而在压力容器用钢方面得到广泛应用。在1980年代,中国尚没有含Nb容器钢,而目前中国含Nb容器钢已经发展为C-Mn系、Cr-Mo系。例如:舞钢成功工业试制LNG用铌微合金化高锰钢256mm加氢反应器装置用铌微合金化CrMo钢板、兴澄和南钢试制了低成本的TMCP+T工艺替代传统高能耗QT工艺的超大型原油储罐。未来的发展趋势是含Nb系在更高温度下使用、含Ni系在-196℃的温度下使用,高强容器钢则是采用DQ+T或TMCP+T工艺取代Q&T工艺,未来含Nb钢有望在中国进一步得以发展。

延世大学Young-Kook Lee教授研究了含Nb微合金化钢中析出物的溶解和析出行为动力学,其研究采用电阻率测量法,辅助以常规的TEM、种子衍射等方法,研究讨论了形变、温度、合金元素等因素对析出物形成动力学的影响,以及形核、原子结构、化学成分、析出物尺寸等因素的影响。其研究指出:在热轧过程和冷却过程中的Nb(C,N)的析出动能曲线在奥氏体区和铁素体转变过程中呈现为C型曲线,分别在900℃和750℃出现转折点,铁素体转变的TTT曲线在750℃呈凹状,可能主要是溶解Nb原子的拖弋所致POSTech的Jung-Wook Cho教授研究了增材制造对316L不锈钢表面强化的影响,并研究了增材制造过程中环境氧含量对表面熔覆层中夹杂物特征的影响,乃至表面强化效果的影响。首钢技术研究院郭佳博士研究了高强钢成形过程中表面褶皱现象及其形成机理,并探讨了微观组织、力学性能、材料厚度等因素的影响,研究结果表明,片层状贝氏体亚晶粒更容易导致表面褶皱,而球状贝氏体亚晶粒则具有很好的成形性能。韩国汉阳大学Kim Jin-Kyung副教授研究了Fe-Mn-C-(Al)钢的成形机理与力学性能,其研究表明,Fe-15Mn-0.6C的TWIP钢形变时不但有TWIP效应,同时伴有少量形变诱导生成的马氏体。Fe-12Mn-0.6C高锰钢则伴有形变诱导马氏体、形变诱导阿尔法马氏体的生成。该研究进一步证实了TWIP钢的力学性能关键影响因素是层错能,并表明钢的层错能与钢的强度直接相关。香港大学黄明新教授研究了位错对于高强塑积钢的影响及其提高钢材强塑积的机理。传统理念认为位错密度提高时,屈服强度提高但韧性降低。而其研究表明:位错密度提高时,可以同时增加强度和韧性,从而实现超高强塑积,并认为位错工程将是很有前景的既提钢铁材料高强度有改善韧性途径。

韩国现代制铁公司Seung Min-Hur博士研究了智能宽度预测和控制技术在冷轧镀锌板卷中的应用。在冷轧板材生产过程中,除了性能要求必须合格外,还需对板材的3维尺寸进行精确控制厚度主要可通过控制轧制工艺来实现,而宽度控制以往则主要依赖经验或在冷轧后来实现,而且这还与镀锌过程的宽度控制相关。因此,现代制铁公司基于工业大数据建立了人工神经网络模型可根据温度、张力等参数控制实现轧板宽度及其与热镀锌宽度控制的实时调控。目前已将该模型用于实际生产,命中率可以达到92%。现代制铁的Nam Hoon Goot采用ANN和Calphad数据库成功开展QP钢的成分设计和工艺,钢微观组织的生成,比如典型的马氏体组织可能通过对抗生成网络结合相场模型实现,并在实际生产中得到应用,为我们今后的采用数据库进行产品开发提供了思路。

5、大气污染物治理与资源综合利用技术

河钢集团金永龙博士在《持续改进和发展炼铁环保技术》的报告中,详细介绍了河钢集团炼铁工序在环保技术方面的持续技改情况。作为中国最大的钢铁集团之一,为了达到京津冀地区日趋严格的环保法律法规要求和发展绿色炼铁,河钢集团实施了一系列环保技术革新,包括烧结生产大气污染物超低排放技术、炼铁节能技术、利用电炉预热高炉渣技术生产定型矿渣棉产品、利用氮气淬火技术促进转炉终渣的渣铁分离以提高转炉终渣中铁的回收率技术等新进展。同时,报告还探讨和分享了河钢实现超低排放过程中所碰到的技术、管理、运行方面的一些问题和积累的一些经验。

针对韩国石化行业每年产生约三万多吨的使用后含硫的催化剂无法利用的问题,韩国汉阳大学的Pak Jong-Jin教授研究了熔融还原和选择性氧化法从石化行业废弃的催化剂中回收NiVMo等有价值金属的工艺,并用于生产Fe-V合金Fe-Ni-Mo合金。该方法可成功对石化行业使用后的废弃催化剂中含有的V、Ni、Mo等有用金属元素进行提取,并进行来了采用电炉工艺进行碳热还原、以铁合金的形式回收Ni、V、Mo金属的工业化试验,结果表明:在1500-1600℃、碳饱和的条件下金属回收率可以达到95%,而硫则脱除至炉渣中此研究结果,对于我国大量采用SCR工艺脱硝产生的废弃催化剂(属于危废)的处理,具有重要参考意义。

南方科技大学张作泰教授研究了利用炉渣废弃物作为原料,制备复合功能材料水化硅酸钙对废水进行净化,该功能材料呈现出良好的废水净化能力。

总体的来看,短短几天的中韩双边技术交流大会务实、高效,双方专家学者围绕着钢中夹杂物控制、连铸坯质量控制、钢材性能质量控制、绿色制造与智能制造等热点问题,进行了深入的交流和讨论,反映了双方在这些领域科学研究与生产技术发展的新进展,启迪了思想、凝聚了共识、探讨了今后努力的方向,双方受益良多。

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