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低品位含钛磁铁矿氢还原-富钛分选的可行性分析

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钢铁 2024年

作者：佟帅艾立群洪陆阔张帅袁志鹏孙彩娇陈建松华北理工大学冶金与能源学院

钒钛磁铁矿是一种富含铁、钒、钛的特色矿产资源，综合利用价值高，由于类质同象及微细粒嵌布等因素影响，铁与钛难以实现高效分离并综合利用。结合钒钛磁铁矿自身矿物学特征和理论热力学计算，提出“氢还原-富钛分选”新方法来实现钛... 详细信息

钒钛磁铁矿是一种富含铁、钒、钛的特色矿产资源，综合利用价值高，由于类质同象及微细粒嵌布等因素影响，铁与钛难以实现高效分离并综合利用。结合钒钛磁铁矿自身矿物学特征和理论热力学计算，提出“氢还原-富钛分选”新方法来实现钛铁分离，通过铁氧化物和钛铁氧化异步还原，使得铁氧化物转化成金属铁，而钛铁氧化物基本不还原，利用铁矿物和钛铁矿物因存在明显的磁性差异而实现高效分离。在本试验条件下，随着还原温度和还原时间的提高，钛回收率降低，铁回收率增加；较高的还原温度和较长的还原时间不利于实现钛铁同步分离。在还原温度为900℃、还原时间为50min、还原气氛为30%H2+70%Ar（体积分数）、磁选磁场强度电感为0.8A的条件下，可获得TFe品位为78.32%、回收率为98.12%的铁精矿以及钛品位为20.92%、回收率为33.11%的富钛矿。化学成分分析、X射线衍射（XRD）分析和光学显微镜分析结果均表明钛铁矿物与铁矿物实现了有效的分离，钛在富钛矿中有效富集。最后，对磁选产物的综合利用提出了远景展望，一方面铁精矿可以高炉或直接还原工艺生产提供原料，不仅可以降低生产成本和铁损，还可以缩短冶炼周期；另一方面富钛矿可以制备高附加值的FeTi30合金，理论计算均满足要求。这为实现钒钛磁铁矿资源氢还原-富钛分选处理后产物综合利用提供重要研究方向。

关键词：钒钛磁铁矿氢还原-富钛分选异步还原钛铁分离 FeTi30合金

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中国氢冶金的发展及关键技术研究进展

钢铁研究学报 2024年第1期36卷 1-12页

作者：佟帅艾立群洪陆阔李亚强孙彩娇王旭锋华北理工大学冶金与能源学院河北唐山063210 河北科技工程职业技术大学河北邢台054099

钢铁工业是高CO_(2)排放产业,在“双碳”目标战略背景下,中国钢铁工业必须走低碳化发展道路。中国钢铁工业的低碳发展方向是:流程结构上提高电炉短流程比例,能源结构上推动“碳冶金”向“氢冶金”转变。当前新型的“以氢代碳”氢冶金技... 详细信息

钢铁工业是高CO_(2)排放产业,在“双碳”目标战略背景下,中国钢铁工业必须走低碳化发展道路。中国钢铁工业的低碳发展方向是:流程结构上提高电炉短流程比例,能源结构上推动“碳冶金”向“氢冶金”转变。当前新型的“以氢代碳”氢冶金技术受到国内外广泛关注。主要综述了国内外氢冶金的发展现状以及主要技术,有富氢还原技术、电-氢协同还原技术和纯氢还原技术,并从“碳-电-氢”的三元关系角度审视炼铁能源结构,提出一种“微波-氢气”协同还原新方法;探讨了发展氢冶金亟需解决的关键技术问题,主要有低成本制绿氢技术、煤气重整技术和煤气加热技术,其中低成本制绿氢技术和煤气加热技术是发展纯氢还原技术的关键,煤气重整技术则是发展富氢还原技术的关键。最后对未来中国钢铁行业氢冶金的发展做出展望,从远景规划来看,煤制气-竖炉还原是中国氢冶金发展的重要方向。

关键词：钢铁工业 “双碳”目标氢冶金微波-氢气协同还原煤制气-竖炉还原

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虾类休闲食品的科研及产业概述

中国渔业质量与标准 2024年第3期14卷 49-54页

作者：王彩理王志勇孙彩娇滕瑜中国水产科学研究院黄海水产研究所青岛266071 烟台奇创食品有限公司烟台264006

随着人们生活水平的提高,以虾类为代表的水产类休闲食品市场呈现出一片生机勃勃的景象,虾类休闲食品是以海水虾、淡水虾等高蛋白低脂肪虾类为原料加工制成的快速消费品,通过贮藏技术、预处理技术、蒸煮技术、干燥技术、保鲜技术、副产... 详细信息

随着人们生活水平的提高,以虾类为代表的水产类休闲食品市场呈现出一片生机勃勃的景象,虾类休闲食品是以海水虾、淡水虾等高蛋白低脂肪虾类为原料加工制成的快速消费品,通过贮藏技术、预处理技术、蒸煮技术、干燥技术、保鲜技术、副产物利用、加工工艺等技术研究虾类营养型、功能型和健康型休闲食品,发展前景广阔。虾类休闲食品产业需要在基础性研发与科技创新、生产工艺及技术装备、市场革新及需求定向等方面寻求发展,品牌化、生活化、方便化、个性化是虾类休闲食品生存和发展的关键。

关键词：凡纳滨对虾克氏原螯虾休闲食品加工技术

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氢冶金基础研究和新工艺探索

材料导报 2023年第13期37卷 164-169页

作者：周美洁艾立群洪陆阔孙彩娇周玉青孟凡峻华北理工大学冶金与能源学院河北唐山063210

高炉炼铁和直接还原是目前最为主流的两大炼铁技术。高炉炼铁产能大,效率高,但其高焦比高能耗的现实与环境绿色发展的矛盾日益突出。煤基、气基直接还原或熔融还原技术的创新研发不断固化为效能的提高和成本的降低。但是,现有工艺下以... 详细信息

高炉炼铁和直接还原是目前最为主流的两大炼铁技术。高炉炼铁产能大,效率高,但其高焦比高能耗的现实与环境绿色发展的矛盾日益突出。煤基、气基直接还原或熔融还原技术的创新研发不断固化为效能的提高和成本的降低。但是,现有工艺下以碳的高效利用为核心的技术正在不断接近降碳的潜能极限。为按期实现碳中和、碳达峰的目标,钢铁制造业积极开发探索铁矿石的替代还原技术。在炼铁过程中合理利用H_(2)对减少能源使用和CO_(2)排放的作用越来越显著。本文论述了氢气还原铁矿石的基础研究、氢冶金的技术优势、我国氢冶金技术成果和发展面临的问题,提出并验证了采用微波照射实现含铁矿石的富氢或纯氢冶炼得到铁粉的新思路。在以H_(2)/CO为还原剂的对比实验中,微波加热比常规加热方式还原效果好,微波下1100℃时CO还原金属铁的还原率只达到3.1%,同条件下,H_(2)还原金属铁的还原率可达78.6%。

关键词：氢冶金微波二氧化碳排放还原铁粉

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固态脱碳过程中锰钢微观组织演变及力学性能

钢铁 2023年第6期58卷 118-125页

作者：洪陆阔艾立群孙彩娇孟凡峻王旭锋佟帅华北理工大学冶金与能源学院河北唐山063210

兼具高强度和高塑性的钢铁材料具有广阔的应用前景。为了提高钢铁材料强塑性,提出了一种利用固态脱碳制备具有梯度结构的钢铁材料的工艺策略,并以厚度为1 mm、碳质量分数为2.7%的中锰钢板为研究对象,在H_(2)O-H_(2)气氛下开展固态脱碳... 详细信息

兼具高强度和高塑性的钢铁材料具有广阔的应用前景。为了提高钢铁材料强塑性,提出了一种利用固态脱碳制备具有梯度结构的钢铁材料的工艺策略,并以厚度为1 mm、碳质量分数为2.7%的中锰钢板为研究对象,在H_(2)O-H_(2)气氛下开展固态脱碳试验研究,利用碳硫仪测定脱碳后中锰钢平均碳含量,利用光学显微镜观察脱碳后中锰钢显微组织和表面氧化情况,对脱碳后中锰钢进行一次热轧-回火处理,利用万能拉伸试验机测量中锰钢力学性能。结果表明,随着脱碳温度升高,脱碳量逐渐增加;随着脱碳时间延长,中锰钢表面氧化层厚度逐渐增加。升高温度会增加固溶碳迁移速度,并非温度越高氧化层厚度生长越快,脱碳过程氧化层的调控应根据目标碳含量合理调节脱碳温度、气氛条件和脱碳时间。在1383 K温度下50 min可将中锰钢碳质量分数由2.7%脱至0.5%以下,氧化层厚度可控制在15μm以下;采用固态脱碳处理后的中锰钢形成了从表面到内部逐渐变化的梯度结构,随脱碳时间延长梯度层逐渐向中心迁移,梯度层的演变是由固态脱碳过程中锰钢内固溶碳向表面迁移导致的,利用固态脱碳制备钢铁材料,有利于产生额外的应变硬化,获得高延展性;固态脱碳后的中锰钢进行简单的热轧-回火处理后,应变硬化能力显著增强,获得了良好的强度与塑性匹配,强塑积最高可达45.1 GPa·%。固态脱碳法不破坏材料的整体性,形成了具有较强应变硬化效果的梯度结构,而这种效果不存在于相同处理条件下的均质材料中。

关键词：固态脱碳梯度结构中锰钢显微结构力学性能

Fe-C-Si合金固态脱碳过程氧化层演变规律

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钢铁 2023年第12期58卷 107-118页

作者：周玉青艾立群洪陆阔孙彩娇周美洁佟帅华北理工大学冶金与能源学院河北唐山063210 河北大河材料科技有限公司河北石家庄052165

结合钢铁行业综合低碳减排研究现状,提出了电炉+固态脱碳制备硅钢的工艺构想。由于在固态脱碳过程中钢表面会形成氧化层,试验以1 mm Fe-Si-C(Si 1.5%~3.5%;C 0.18%~0.48%(质量分数))合金为研究对象,在H_(2)O-H_(2)气氛下开展固态脱碳研... 详细信息

结合钢铁行业综合低碳减排研究现状,提出了电炉+固态脱碳制备硅钢的工艺构想。由于在固态脱碳过程中钢表面会形成氧化层,试验以1 mm Fe-Si-C(Si 1.5%~3.5%;C 0.18%~0.48%(质量分数))合金为研究对象,在H_(2)O-H_(2)气氛下开展固态脱碳研究,以此来揭示脱碳过程中表面氧化的规律。利用FactSage热力学软件绘制H_(2)O-H_(2)气氛下Fe-C-Si氧化热力学平衡相图,明确了各温度、气氛条件下Fe、Si选择性氧化的热力学规律。在1423 K温度下开展固态脱碳试验,结果表明,脱碳效果良好,脱碳后碳质量分数可达到0.02%以下;气氛pH_(2)O/pH_(2)小于0.31时(pH_(2)O、pH_(2)分别为水蒸气和氢气的分压),固态脱碳后Fe-C-Si合金表面氧化物主要为SiO2,气氛pH_(2)O/pH_(2)达到0.34时,脱碳后Fe-C-Si合金表面氧化物主要由SiO2和Fe2SiO42种氧化物组成,随着气氛氧化性的增强,表面氧化物由SiO2转变为Fe2SiO4,这与热力学分析结果一致。试验利用扫描电子显微镜对脱碳后氧化层形貌、厚度进行观察分析,结果表明,在1423 K下,pH_(2)O/pH_(2)=0.31时3.5%Si合金薄带氧化层内氧化物为细小球状SiO2,pH_(2)O/pH_(2)=0.56时氧化层内SiO2尺寸增大,且在氧化层与基体之间形成了一条明显的深色条状带;1.5%Si硅钢固态脱碳后所形成的氧化层内高度弥散分布着粒度细小的球状SiO2,在氧化层与基体之间并没有形成可作为分界线的条状SiO2带。研究氧化层生长动力学发现,1423 K下Fe-1.5%Si-C硅钢氧化层生长速率最大,1363 K下Fe-3.5%Si-C硅钢氧化层生长速率最小,这主要是因为脱碳过程形成了一种“蜂窝状”的氧化层结构,并不断向基体内部生长。

关键词： Fe-C-Si合金固态脱碳 H_(2)O-H_(2) 氧化层动力学

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固态脱碳法制备高强塑性成分梯度中锰钢

钢铁 2023年第5期58卷 131-136页

作者：洪陆阔艾立群孙彩娇李亚强周美洁孟凡峻华北理工大学冶金与能源学院河北唐山063210 河北科技工程职业技术大学河北邢台054099

如何打破金属材料强度与塑性的权衡关系一直是材料科学中长期存在的难题。大自然中许多生物体内部都形成了从表面到内部逐渐变化的梯度结构,这使它们更加的坚韧。据此提出了一种利用固态脱碳制备成分梯度钢铁材料的工艺策略,为了证实这... 详细信息

如何打破金属材料强度与塑性的权衡关系一直是材料科学中长期存在的难题。大自然中许多生物体内部都形成了从表面到内部逐渐变化的梯度结构,这使它们更加的坚韧。据此提出了一种利用固态脱碳制备成分梯度钢铁材料的工艺策略,为了证实这一工艺构想的可行性,以厚度为1 mm、成分为2.7%C-12%Mn-Fe(质量分数)合金为研究对象开展固态脱碳研究,试验所制备成分梯度中锰钢获得了良好的强度和延展性。试验结果表明,在H_(2)O-H_(2)气氛下50 min可将中锰钢碳质量分数由2.7%脱至0.23%;利用辉光放电光谱仪和光学显微镜检测,脱碳和热轧后的中锰钢板在厚度方向上均形成了明显的成分梯度,并在中锰钢板截面上获得了一种整体性的梯度结构;利用维氏显微硬度仪检测得到中锰钢板厚度方向上呈现了硬度的梯度分布,在固态脱碳作用下中锰钢表面和中心形成了成分和组织的过渡层,使表面到中心硬度由668HV逐渐过渡至747HV,这种中心与表面的硬度梯度也为产生连续的应变硬化奠定了基础;均质钢提高强度而进行变形时,其延展性通常会急剧下降,制备的成分梯度中锰钢板抗拉强度分别达到了1513.5 MPa和1399.1 MPa,断后伸长率分别达到了29.8%和26.3%。利用固态脱碳方法制备的中锰钢获得了良好的综合力学性能,期望研究成果能够为制造高强、高塑性材料提供一条新的途径。所提出的利用固态脱碳制备成分梯度钢铁材料的工艺策略是一个笼统的概念,其他金属材料如双相钢(DP)、淬火配分钢(QP)、高强度低合金钢(HSLA)和热成形钢(PHS)也可以适用,这也是下一步的重点研究方向。

关键词：固态脱碳成分梯度中锰钢微观组织力学性能

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微波-氢气协同还原在钢铁工业中的应用前景

钢铁 2023年第10期58卷 151-162页

作者：佟帅艾立群洪陆阔李亚强孙彩娇王旭锋华北理工大学冶金与能源学院河北唐山063210 河北科技工程职业技术大学汽车工程系河北邢台054099

在国家倡导“碳达峰”和“碳中和”背景下,钢铁工业亟待研发和应用绿色低碳前沿技术,当前氢冶金技术是钢铁工业发展的重要方向,受到国内外广泛关注。氢冶金是一种新型的冶金技术,利用氢气作为还原剂,可以实现高效、环保和节能的冶金过... 详细信息

在国家倡导“碳达峰”和“碳中和”背景下,钢铁工业亟待研发和应用绿色低碳前沿技术,当前氢冶金技术是钢铁工业发展的重要方向,受到国内外广泛关注。氢冶金是一种新型的冶金技术,利用氢气作为还原剂,可以实现高效、环保和节能的冶金过程。近年来,微波技术作为一种新型加热手段,被广泛应用到冶金领域,具有加速还原反应、提高冶金效率、清洁环保等显著特点。基于氢冶金技术和微波技术优势,从“碳-电-氢”的三元关系角度审视炼铁能源结构,提出一种将微波和氢气相结合的新型还原方法——“微波-氢气协同还原”。该方法具有更高的反应速率和更低的温度要求,可以实现对反应过程的精确控制和优化,有望成为氢冶金领域的重要技术之一。在“双碳”战略目标下,结合国内钢铁碳排放现状,首先综述了国内外氢冶金技术的研究进展,主要包括高炉富氢还原、富氢气基还原、富氢熔融还原和等离子体氢还原;分析了微波技术在冶金熔炼领域的应用现状和作用机理;其次着重介绍了微波-氢气协同还原新方法的研究进展以及发展过程中存在的一些问题,为氢冶金技术的发展提供新思路;最后探讨了微波-氢气协同还原新方法未来在氢冶金领域中应用的潜在价值,为推动还原新方法的发展提出远景展望。

关键词：钢铁工业氢冶金微波微波-氢气协同还原 “双碳”目标

基础设施收益权资产证券化风险研究——以供热资产支持专项计划为例

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基础设施收益权资产证券化风险研究——以供热资产支持专项计划为...

作者：孙彩娇北京外国语大学

学位级别：硕士

近年来,随着我国基础设施建设的步伐不断加快,资金短缺和投资需求的矛盾日益突出。为了解决这一问题,2014年证监会发布了“企业资产支持专项计划备案管理办法”和“资产证券化业务基础资产负面清单指引”等一系列法律法规,大力倡导企业... 详细信息

近年来,随着我国基础设施建设的步伐不断加快,资金短缺和投资需求的矛盾日益突出。为了解决这一问题,2014年证监会发布了“企业资产支持专项计划备案管理办法”和“资产证券化业务基础资产负面清单指引”等一系列法律法规,大力倡导企业采用资产证券化进行融资。自此,我国企业资产证券化业务呈现出爆炸式的增长:其发行数量和规模分别从2014年的104单、400.83亿迅速暴涨至2018年的946单、9535.37亿,分别增加了8.10倍和22.79倍。而基础设施收益权资产证券化在企业资产证券化中扮演着举足轻重的角色:截至2018年末,以基础设施收费权为基础资产的交易所ABS共发行202单,融资规模合计1,978.37亿元;占交易所ABS总融资规模的6.7%。诚然,通过资产证券化融资不仅有效地盘活了存量资产、增强了流动性,还从根本上大大改善了基础设施建设周期长、投资规模大、回收期长、收益率低等缺陷;然而,高速增长的背后,收益权类资产证券化违约、评级调降等风险事件频发,如何有效地识别和度量收益权类资产证券化风险,进而建立一套系统的风险防控和监管体系就显得尤为重要。以此为契机,本文首先介绍我国基础设施领域企业资产证券化的发展现状,并对资产证券化的相关理论进行了阐述。其次,在分析“大成西黄河大桥资产证券化”违约案例和“永利热电资产证券化”评级降低案例的基础上,以“A供热资产支持专项计划”为例,运用定性和定量分析相结合的方法,定性识别“A供热资产支持专项计划”存在风险因素,并运用层次分析法(AHP)定量确定风险因素的相对权重。通过对资产证券化领域专家发放调查问卷并运用AHP对专家数据进行定量分析,发现“与原始权益人相关风险”、“与基础资产相关风险”和“信用增级风险”在A资产支持专项计划中所占风险权重最大。最后,通过对案例风险的详细识别和评估,对基础设施收益权企业资产证券化的风险防控提出了相关建议:应当着力提高原始权益人的持续经营能力、审慎选择基础资产、完善信用增级体系和交易结构。

关键词：资产证券化基础设施收益权层次分析法风险防控