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钢铁冶金专家、中国工程院院士李正邦去世!先生千古,一路走好!

原标题:钢铁冶金专家、中国工程院院士李正邦去世!先生千古,一路走好!

2017年10月24日凌晨6点,钢铁冶金专家、中国工程院院士李正邦因病与世长辞,享年84岁。沉痛悼念李正邦院士!先生千古,一路走好!

李正邦,冶金学家,我国电渣冶金奠基人之一,中国工程院院士。设计并主持建设了我国第一代工业电渣炉。他提出的电渣重熔提纯机理及顺序凝固理论,为电渣冶金奠定了基础。率先开拓了电渣熔铸近终形铸坯的技术。提出了采用酸性渣改变钢中夹杂物形态,从而提高轴承钢疲劳寿命的新工艺。为电渣熔炼提高生产率、节能、环保、确保质量进行了大量工作,作出重要贡献。

李正邦,南京市人,1933年5月7日出生于一个典型的知识分子家庭,父亲李方训和岳父刘敦桢都是中国科学院第一届学部委员(院士)。

1937年抗日战争爆发,其父母任教的金陵大学由南京西迁成都,他6岁进入华西坝小学读书,其父致力于“教育救国”、“科学救国”,并身体力行。这给幼小的李正邦留下了深刻的印象,成为他做人的楷模。

抗日战争胜利后,其全家由成都返回南京,李正邦考入南京金陵中学。

1952年秋李正邦考入哈尔滨工业大学机械系。大学6年中他学习成绩优秀,多次获得全优生称号。

1957年春李正邦提前毕业调入师资研究生班,跟苏联教授高达尔斯基(Γадалский)学习冶金物理化学,并参加“电渣焊”课题的研究工作。

1958年李正邦被分配到冶金工业部建筑研究院装备所,承担“800轨梁轧机”电渣焊工程,仍接受苏联教授高达尔斯基指导。

1958年李正邦冲破前苏联对中国电渣重溶技术的封锁,建立了中国第1台电渣炉,冶炼出质量优良的高速钢。那天是1958年12月9日凌晨,后被冶金工业部定为中国电渣冶金诞生日,至今已经走过了50年历程。从此李正邦步入电渣冶金的天地。

1960年李正邦负责设计创建了国内第一代工业电渣炉,先后承担了重庆特钢、大冶钢厂等建立电渣车间的任务,生产出无发纹钢、航空轴承钢、模具钢、工具钢、高温合金等一系列产品,1965年被授予国家发明奖,他是发明人之一。

1964年初李正邦带着电渣冶金专业组和科研设备调入钢铁研究总院,任电渣冶金专业组组长。1984年加入中国共产党,1988年在该院任炼钢室副主任、教授级高级工程师。李正邦早在1961年已发现电渣重熔去除钢中夹杂物主要发生在电极端头。其后,他采用灵敏度极高的同位素(Zr95O2)做指示剂,证实钢中夹杂物去除主要发生在自耗电极端头熔化阶段的机理。1988年在第九届国际真空冶金会议上,李正邦系统报告了这一机理,受到同行公认和关注。

“文化大革命”期间,他仍坚持科学研究工作,抓住经电渣重熔的金属材料具有金属纯净、组织致密、成分均匀、表面光洁的特点,提出利用电渣重熔以铸代锻的技术观点,率先设计了专用电渣熔铸炉,先后研制成电渣熔铸的潜望镜管、火炮身管及炮尾、飞机起落架、曲轴等铸坯,为此,1978年获两项“全国科技大会奖”。

1972年李正邦承担了用电渣熔铸制备大型喷气式飞机发动机涡轮盘的任务,这是航空工业史上的创举。他提出立式电渣熔铸方案,制成涡轮盘,并装机试用。1982年在国际高温合金会议上报道了这一成果,引起了轰动。1982年该项目获国家发明奖。

1980年我国电渣冶金已形成一定的生产力,面临迫切的问题是节能降耗,防止污染。李正邦开发了以天然炉料白云石为基的无氟渣,使电渣重熔生产率提高1倍,电耗降低一半,炉前空气氟含量不大于1毫克/立方米,并在全国推广。1990年该项目获国家发明奖。

1982年李正邦承担了研制大尺寸优质高速钢(厚度大于100毫米)的国家攻关任务。他建立了电渣重熔热传递模型,并与现代凝固理论相联系,控制钢中碳化物分布与颗粒,使电渣高速钢质量达到国际水平,变大尺寸高速钢进口为出口。1986年该项目获冶金科技进步一等奖。

他发现改变自耗电极冶炼的脱氧制度,采用酸性渣重熔,可以改变钢中刚玉型脆性夹杂物为硅酸盐类型塑性夹杂物,从而使轴承钢GCr15的疲劳寿命大大提高。1996年我国铁路提速,应用该技术显著提高了机车弹簧的疲劳寿命。

20世纪90年代初,李正邦开展了用精矿直接还原代替铁合金冶炼合金钢的实验研究。1998年他率梯队到重庆特殊钢铁公司进行了工业试验。用钨精矿、钼精矿、氧化钒矿直接合金化代替铁合金冶炼高速钢成功,使高速钢生产利润翻一番,已在重庆东华特钢公司等推广,并获国家发明专利。

2003年李正邦带领博士生、博士后承担了“973”课题“零夹杂钢研究”,采用真空感应炉-真空电弧重熔,炼成超纯钢42CrMo,显著提高了钢的疲劳寿命。

李正邦为我国的电渣冶金事业作出了重要贡献,曾获国家发明奖3项,其他国家科技进步奖5项(国家科技进步奖2项,科技大会奖2项,国家星火奖1项),部级一等奖及二等奖15项。

1983年在日本召开的第七届国际真空冶金会议上获论文奖。1988年在美国召开的第九届国际真空冶金会议上被授予“贡献奖”。1990年第十届国际真空冶金会议上担任特种熔炼会场执行主席。累计在国内外发表论文315篇,其中列为第一作者论文206篇,列为第二作者的109篇。1988年被授予国家级有突出贡献的中青年专家。1990年被国务院学位委员会评为博士生导师。

1999年当选为中国工程院院士。历任中国电渣冶金协调委员会主任委员、国家自然科学基金评审委员、《中国冶金百科全书》钢铁冶金卷特种冶炼分支主编。

在我国首先建立电渣炉

发展和推广电渣重熔技术

电渣重熔是冶金上生产优质合金钢及超级合金的重要方法,欧美各国应用电渣重熔生产均先后引进乌克兰巴顿(Paton)电焊研究院技术。

1960年,李正邦设计了我国第一批工业电渣炉。在重庆特殊钢厂、大冶钢厂建立电渣重熔车间,他长期下厂,兼任车间主任,制定生产工艺,生产出航空轴承钢、无发纹钢等。与国外同类技术比较,在电渣重熔液渣启动、连续抽锭、液位控制、二次冷却等方面有所创新。

1965年“电渣冶炼合金钢”被授予国家发明奖,他是发明人之一。此后,李正邦担任了全国电渣冶金协调委员会主任委员,向全国推广电渣重熔技术,生产出优质合金钢与超级合金243个品种,并设计了10吨三相电渣炉、15吨双极板坯电渣炉及凝壳式有衬电渣炉,使我国电渣冶金技术水平、电渣钢的产量及质量跃居世界前列。1982年,李正邦出席了在东京召开的第七届国际真空冶金会议上简述了我国电渣冶金的概况,引起国际同行的惊讶与敬佩。为此,1988年在美国召开的第九届国际真空冶金会议上,为表彰其发展电渣冶金技术的贡献,特授予李正邦奖牌及证书。

探明电渣重熔去夹杂物的机理

应用于生产实践

1. 发现电极端头提纯效应,探明电渣重熔去夹杂机理

长期以来,以乌克兰科学院U.V.拉达什(Latash)院士为首的国外学者认为,电渣重熔去除钢中夹杂物原因是夹杂物自金属熔池浮升进入渣相,并引用斯托克斯(Stokes)公式来说明,主张减慢重熔速度以保证提纯效果。这一观点为美国G.K.巴特(Bhat)和英国G·霍伊尔(Hoyle)所引用。早在1961年李正邦根据钢中氧含量、硫含量和夹杂物的金相定位分析,就发现电渣重熔去除钢中夹杂物主要发生在电极熔化端头,其氧化物夹杂去除量占总去除量的78%,并撰写论文发表于《钢铁》期刊上。拉达什院士在1970年著《电渣重熔》一书引述了这一观点,但认为金相法测定夹杂物不够精确。为此,李正邦采用具有高灵敏度的同位素Zr95O2做指示剂,进一步证实了夹杂物去除主要发生在自耗电极端头熔滴形成阶段,在这阶段去除Zr95O2夹杂物占去除量的2/3。由于界面能的作用,夹杂物向炉渣过渡是自发过程,其反应是炉渣对夹杂物的吸附和熔解。应用该理论使我国电渣重熔不仅可以大幅度提高生产率,并可以确保优异的冶金质量。该成果发表于《钢铁》后,为英国《钢铁工程师》期刊转载,为美国、日本、前苏联及瑞典专著所引用。1988年在第九届国际真空冶金会议上李正邦系统报告了这一成果,美国真空冶金学会主席G.K.巴特(Bhat)博士当场表示:“从此去夹杂物机理之争可以结束!”

2. 提出渣池高电阻与渣皮绝缘原则,大幅度降低重熔电耗

电耗高、生产率低是世界各国电渣炉普遍存在的问题,吨钢电耗一般在1400~1800度,美国国家材料咨询局提出目标是1200度。李正邦计算证实,提高熔渣比电阻,可提高渣池有效电阻,从而提高电效率在输入功率恒定下,增大填充比,可以增大电极端吸热、减少辐射热损失,提高熔化速度,从而提高热效率。

李正邦等在本溪钢铁公司将电渣重熔填充比(面积比)由0.25提高到0.61,采用低氟、高电阻的五元渣取代低电阻的ANF-6渣,同时在设定渣成分时,偏离共晶点,利用渣皮凝固过程选择结晶形成绝缘的渣皮,解决了国际上尚未解决的分流问题,从而防止并联电路出现的渣池有效电阻减少及无功消耗的扩大。重熔渗碳轴承钢的比电耗由1775度/吨降至936度/吨,而熔化速度提高了1倍。1982年在东京召开的第七届国际真空冶金会议上发表了这一成果,被巴顿电焊研究院译成俄文,全文转载于俄文书籍《电渣重熔》。此成果于80年代在国内各特钢厂电渣炉上获得应用,使我国电渣重熔电耗跃居国际先进水平。该成果“低氟低电耗电渣重熔渣系”于1990年获国家发明四等奖。

3. 改变钢中脆性夹杂物,提高钢的疲劳寿命

钢中非金属夹杂物含量、尺寸、形态及性质对钢的物理性能和力学性能有重大影响,电渣重熔不仅对金属具有提纯净化作用,而且可以控制夹杂物成分及形态,从而改善金属使用性能。李正邦在研制精密仪表轴承钢中,发现电极冶炼用Si-Mn-Ca及AL-Mn-Si脱氧,形成低熔点、具有聚集倾向的大颗粒原始夹杂物,在重熔过程中易于为炉渣所吸收,提高精炼效果。

进而在电极冶炼过程采用Si-Ca及Si-Fe脱氧,采用酸性渣重熔,钢中夹杂物以CaO·SiO2及Al2O3·SiO2为主,使轴承钢中刚玉型脆性夹杂物变为硅酸盐型塑性夹杂物,从而使轴承钢GGr15的疲劳寿命提高92%。该成果后发表后,被英刊《钢铁工程师》转载,1986年在美国真空冶金会议上发表,受到国际同行的关注和好评。

1996年我国铁路主干线开始提速,机车、车辆弹簧过早折断成了制约因素。李正邦分析其原因是弹簧钢中脆性夹杂物在表层形成微裂纹引发疲劳断裂,提出用超高功率电弧炉冶炼-钢包精炼炉LFV-连铸流程,采用超低氧、夹杂物变性工艺,使钢中脆性夹杂物变为塑性夹杂物,制成弹簧的疲劳寿命大于100万次,满足提速要求,受到铁道部及国家发改委嘉奖。

4. 成功研究无氟渣,实现电渣重熔无污染

国内外通用的渣是巴顿电焊研究院ANF-6渣,其CaF2含量高,在熔炼过程中有大量有害气体逸出,危及操作人员健康,污染环境。李正邦领导课题组,在研究渣物化学性能的基础上,研究出无氟渣,使炉前氟及灰尘散发量大为减少,并且为实际应用这一成果,解决了无氟渣引燃困难及重熔钢中球状夹杂物问题,在长城钢厂实现了无污染电渣重熔。该项成果获冶金工业部科技进步奖。

在我国率先研究成功电渣熔铸技术

李正邦从电渣钢的金属纯净、组织致密、成分均匀和铸锭表面光洁受到启示,并在扫描电镜上发现电渣熔铸钢的断口特征,表明材料有良好的塑性,于1967年率先提出电渣熔铸技术思想,这比1969年在美国匹兹堡召开的第二届国际电渣重熔会议上发布的信息整整早了两年。

李正邦对电渣熔铸成型技术、金属微合金化、凝固控制及热处理制度进行了系统研究,使电渣熔铸件性能超过同钢种电炉钢锻件,采用电渣熔铸技术制备金属毛坯,可省去庞大的锻压设备,节约工时,缩短生产周期,提高金属利用率。他先后研究成功航空发动机涡轮盘、火炮身管及炮尾、飞机起落架、轧辊、模块、曲轴、连杆及复合装甲板的熔铸毛坯。为此,电渣熔铸工艺及电渣直接成型技术获1978年全国科学大会奖及1980年国防科委科研成果一等奖。

涡轮盘是航空发动机的重要部件,对材质要求异常严格。制造“轰6”飞机发动机涡轮盘,苏联用3.6万吨水压机锻压。李正邦提出立式熔铸方案,使柱状晶方向平行于主受力方向,并探明合金化及热处理工艺与铸态结构及合金性能的内在联系,制成涡轮盘,通过发动机试车和装机试飞考验,这是世界航空工业上的创举。成果于1980年获国防科工委成果一等奖,1982年“电渣熔铸涡轮盘”获国家发明三等奖。1988年于第九届国际真空冶金会议上发表此成果,引起同行们的极大兴趣。加拿大A.米切尔(MitChell)教授评价说:“这是重大突破,获得如此优异性能,妙就妙在金属纯净与凝固控制,还是中国人聪明!”

李正邦的应用热应变模型及金属液位探测技术,电渣熔铸潜望镜管坯(2Cr18Ni9Ti),1978年获得全国科学大会奖。

李正邦注意技术的外延,采用有衬凝壳炉熔炼,获得纯净的钢水,注入脱蜡模,获得表面光洁、性能优良的弯管。材料为36XS、HK40耐热合金弯管,各项性能指标均达到Lummus公司产品水平,在辽阳化工一厂及大庆石油化工总厂乙烯裂解炉上实际使用,效果良好。

建立电渣重熔热传递模型及应用电化学效应

实现微合金化

李正邦通过研究电渣重熔过程热传递模型,计算铸锭凝固过程温度场、两相区温度梯度、局部凝固时间,并与凝固理论相联系,发现凝固时间与标志铸锭显微偏析的晶轴间距之间的关系式。应用该关系式,预测铸锭显微结构及显微偏析。上述成果不仅适用于电渣重熔,而且可用于真空电弧重熔、电子束重熔及连续铸锭。

1982年他在承担“优质大断面高速钢”攻关项目时,根据M-2高速钢铸锭莱氏体网距及碳化物颗粒度要求,由上述关系式求得局部凝固时间。通过热传递模型反推边值条件,再根据边值条件确定重熔工艺。从而使国产电渣重熔高速钢达到国际名牌奥地利Isodics的水平,变大断面高速钢进口为出口。1986年“高质量大断面高速钢”获冶金工业部科技进步一等奖。其论文《电渣重熔高速钢影响凝固质量因素》在1990年第十届国际真空冶金会议上发表,受到国际同行的重视,美国《金属文献》介绍了该论文。

钢及合金中微量元素可以在凝固过程起孕育生核及改善晶界状态及显微结构的作用,从而改善钢及合金的使用性能。但微量元素往往是易氧化元素及易挥发活性元素,为提高微合金化元素收得率,李正邦提出,采用电化学效应,将渣中微量元素氧化物电解而向合金中过渡。应用此技术在长城钢厂电渣重熔高温合金GH36,将含镁含量控制在一定范围,改善了合金晶界状态,达到晶界强度与晶内强度相匹配,从而提高了材料制品的持久寿命,改善了材料缺口的敏感性。该成果于1986年获冶金工业部科技进步一等奖和国家科技进步三等奖。

开展氧化物矿直接还原冶炼合金钢技术

铁合金是炼合金钢必不可少的原料,钨精矿、氧化钼矿、钒渣、氧化铬矿是生产铁合金的原料。用氧化物矿取代铁合金直接冶炼合金钢,是工艺上的重大革新,具有缩短工艺流程、节约能源和降低成本的重要意义。

90年代初,李正邦提出由精矿直接还原代替铁合金冶炼合金钢的设想,并受到国家自然科学基金的资助。李正邦致力于氧化物矿直接还原合金化的热力学、动力学的基础研究,开发了铁浴还原、低温快速还原、碱度动态控制、阻尼剂抑制钼挥发等多项技术。

1998年率梯队到重庆特殊钢公司进行了工业试验,选择高速钢M-2为试验产品,试验结果表明,M-2钢材质量良好,冶炼1吨钢可以降低成本7000元之多,使高速钢生产利润翻一番,达到了缩短生产流程、降低能耗,改善环境的目的。

现列为国家重点成果推广项目,已在重庆东华特钢公司、江苏天工集团公司和江苏福达特钢公司推广。累计生产高速钢7000吨,2002年通过国家鉴定,2003年列入“863”课题,获国家发明专利。被《世界金属导报》评为“世界炼钢与连铸十大要闻”,为国务院办公厅《互联网信息》刊登,曾培炎副总理特作批示。

难忘李正邦院士为中国钢铁行业做出的

卓越贡献!

沉痛悼念李正邦先生!

先生千古,一路走好!

参考:中国金属学会返回搜狐,查看更多

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