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Viscosity and structure relationship with equimolar substitution of CaO with MgO in the CaO–MgO–Al_(2)O_(3)–SiO_(2)slag melts

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International Journal of Minerals,Metallurgy and Materials 2025年第1期32卷 70-79页

作者： Yong Hou Shuo Zhang Jie Dang Jia Guo Hanghang Zhou xuewei lü College of Materials Science and Engineering Chongqing UniversityChongqing 400044China Chongqing Key laboratory of Vanadium-Titanium Metallurgy and New Materials Chongqing UniversityChongqing 400044China

Currently,the Al_(2)O_(3)content in the high-alumina slag systems within blast furnaces is generally limited to 16wt%–18.5wt%,making it challenging to overcome this *** most studies that concentrated on managing the MgO/Al_(2)O_(3)ratio or basicity,this paper explored the effect of equimolar substitution of MgO for CaO on the viscosity and structure of a high-alumina CaO-MgO-Al_(2)O_(3)-SiO_(2)slag system,providing theoretical guidance and data to facilitate the application of high-alumina *** results revealed that the viscosity first decreased and then increased with higher MgO substitution,reaching a minimum at 15mol%MgO *** transform infrared spectroscopy(FTIR)results found that the depths of the troughs representing[SiO_(4)]tetrahedra,[AlO_(4)]tetrahedra,and Si-O-Al bending became progressively deeper with increased MgO *** of the Raman spectra showed that the average number of bridging oxygens per Si atom and the X_(Q^(3))/X_(Q^(2))(X_(Q^(i))is the molar fraction of Q^(i) unit,and i is the number of bridging oxygens in a[SiO_(4)]tetrahedral unit)ratio increased from 2.30 and 1.02 to 2.52 and 2.14,respectively,indicating a progressive polymerization of the silicate structure.X-ray photoelectron spectroscopy(XPS)results highlighted that non-bridging oxygen content decreased from 77.97mol% to 63.41mol% with increasing MgO concentration,whereas bridging oxygen and free oxygen contents *** analysis demonstrated a gradual increase in the polymerization degree of the tetrahedral structure with the increase in MgO ***,bond strength is another important factor affecting the slag *** occurrence of a viscosity minimum can be attributed to the complex evolution of bond strengths of non-bridging oxygens generated during depolymerization of the[SiO_(4)]and[AlO_(4)]tetrahedral structures by CaO and MgO.

关键词： aluminosilicate viscosity structure spectroscopy

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Effect of crystallographic orientation on crack growth behaviour of HSlA steel

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International Journal of Minerals,Metallurgy and Materials 2022年第8期29卷 1532-1542页

作者： Endian Fan Yong li Yang You xuewei lü College of Materials Science and Engineering Chongqing UniversityChongqing 400045China Corrosion and Protection Center University of Science and Technology BeijingBeijing 100083China State Key laboratory of Mechanical Transmissions Chongqing UniversityChongqing 400044China

In this work,the crack growth behaviours of high strength low alloy(HSlA)steel E690 with three crystallographic orientations(the rolling direction,normal direction,and transverse direction)were investigated and compared from the view of the mechano-electrochemical ef-fect at the crack *** results show that the crack growth of the HSlA steel is controlled by the corrosion fracture at the crack *** vari-ation of crystallographic orientation in E690 steel plate has no influence on the crack tip electrochemical reaction and crack growth mechanism,but changes the crack growth *** the stress loading direction is parallel to the rolling direction and the fracture layer is parallel to the transverse-normal plane,the crack growth rate is the slowest with a value of 0.0185 mm·h^(-1).When the load direction and the fracture layer are parallel to the normal direction and the rolling-transverse plane,respectively,the crack growth rate is the highest with a value of 0.0309 mm·h^(-1).This phenomenon is ascribed to the different microstructural and mechanical properties in the rolling direction,normal direction,and transverse direction of E690 steel plate.

关键词： high strength low alloy steel crystallographic orientation microstructural characteristic crack growth mechanism hydrogen induced cracking

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Blast furnace ironmaking process with super high TiO_(2) in the slag:Density and surface tension of the slag

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International Journal of Minerals,Metallurgy and Materials 2022年第6期29卷 1170-1178页

作者： Zhengde Pang Yuyang Jiang Jiawei ling xuewei lü Zhiming Yan Chongqing Key laboratory of Vanadium-Titanium Metallurgy and New Materials Chongqing UniversityChongqing 400044China College of Materials Science and Engineering Chongqing UniversityChongqing 400044China WMG University of WarwickCoventryCV47ALUK

Aiming at the process of smelting ultra-high(>80%)or even full vanadium titanomagnetite in blast furnace,we are conducting a series of works on physics character of high TiO_(2) bearing blast furnace slag(BFS)for slag *** work discussed the density and surface tension of high TiO_(2) bearing BFS using the Archimedean principle and the maximum bubble pressure method,*** influence of TiO_(2) content and the MgO/CaO mass ratio on the density and surface tension of CaO-SiO_(2)-TiO_(2)-MgO-Al_(2)O_(3)slags were investigated Results indicated that the density of slags decreased with the TiO_(2) content increasing from 20wt%to 30wt%,but it increased slightly with the MgO/CaO mass ratio increasing from 0.32 to *** view of silicate network structure,the density and the degree of polymerization(DOP)of network structure have a consistent *** addition of TiO_(2) reduced(Q^(3))^(2)/(Q^(2)) ratio(Q^(2) and Q^(3) represent structural unit with bridge oxygen number of 2 and 3,respectively)and then decreased DOP,which led to the decrease of slag *** surface tension of CaO-SiO_(2)-TiO_(2)-MgO-Al_(2)O_(3) slags decreased dramatically with the TiO_(2) content increasing from 20wt%to 30wt%.Conversely,it increased with the MgO/CaO mass ratio increasing from 0.32 to ***,the iso-surface tension lines were obtained under 1723 K using the Tanaka developed model in view of Butler *** may be useful for slag optimization of ultra-high proportion(>80%)or even full vanadium titanomagnetite under BF smelting.

关键词： vanadium titanomagnetite density surface tension iso-surface tension lines

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Effects of process parameters on the growth behavior and granule size distribution of iron ore mixtures in a novel high-shear granulator

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International Journal of Minerals,Metallurgy and Materials 2022年第12期29卷 2152-2161页

作者： Yang You Jiabao Guo Gang li Zhuang Zheng Yong li xuewei lü College of Materials Science and Engineering Chongqing UniversityChongqing 400044China Chongqing Key laboratory of Vanadium–Titanium Metallurgy and New Materials Chongqing UniversityChongqing 400044China

This work proposes a novel horizontal high-shear granulator for iron ore granulation before sintering *** granulation behavior such as growth process and structure of granules were firstly analyzed,followed by the effects of operation conditions such as water content,initial particle size distribution,and the concentrate *** results show that the granule size increased significantly with increasing the granulation time,and the structure of granule can be divided into three types:non-nuclei,single-nuclei,and *** promotes the coalescence and growth of particles,and a better granulation performance was obtained at the water content of 8.8wt%under the current raw material *** the nuclei particle ratio led to an increase in average size of granules and permeability of the granules bed,but a decrease in growth ***,with increasing of concentrate ratio,granulation performance such as granule size,bed permeability,and uniformity became worse.

关键词： horizontal high-shear granulation iron ore granule structure granulation performance size distribution

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Oxidation behavior of FeV_(2)O_(4)and FeCr_(2)O_(4)particles in the air:Nonisothermal kinetic and reaction mechanism

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International Journal of Minerals,Metallurgy and Materials 2024年第8期31卷 1839-1848页

作者： Junyi Xiang Xi lu luwei Bai Hongru Rao Sheng liu Qingyun Huang Shengqin Zhang Guishang Pei xuewei lü School of Metallurgy and Materials Engineering Chongqing University of Science and TechnologyChongqing 401331China Department of Materials Science and Engineering Seoul National UniversitySeoul 08826Rep.of Korea College of Materials Science and Engineering Chongqing UniversityChongqing 400044China

High-temperature oxidation behavior of ferrovanadium(FeV_(2)O_(4))and ferrochrome(FeCr_(2)O_(4))spinels is crucial for the application of spinel as an energy material,as well as for the clean usage of high-chromium vanadium ***,the nonisothermal oxidation behavior of FeV_(2)O_(4)and FeCr_(2)O_(4)prepared by high-temperature solid-state reaction was examined by thermogravimetry and X-ray diffraction(XRD)at heating rates of 5,10,and 15 K/*** apparent activation energy was determined by the Kissinger-Akahira-Sunose(KAS)method,whereas the mechanism function was elucidated by the Malek ***,in-situ XRD was conducted to deduce the phase transformation of the oxidation mechanism for FeV_(2)O_(4)and FeCr_(2)O_(4).The results reveal a gradual increase in the overall apparent activation energies for FeV_(2)O_(4)and FeCr_(2)O_(4)during *** stages of the oxidation process are observed based on the oxidation conversion rate of each *** oxidation mechanisms of FeV_(2)O_(4)and FeCr_(2)O_(4)are complex and have distinct *** particular,the chemical reaction controls the entire oxidation process for FeV_(2)O_(4),whereas that for FeCr_(2)O_(4)transitions from a three-dimensional diffusion model to a chemical reaction *** to the in-situ XRD results,numerous intermediate products are observed during the oxidation process of both compounds,eventually resulting in the final products FeVO_(4)and V2O_(5)for FeV_(2)O_(4)and Fe_(2)O_(3)and Cr_(2)O_(3)for FeCr_(2)O_(4),respectively.

关键词： FeV_(2)O_(4) FeCr_(2)O_(4) oxidation nonisothermal kinetics mechanism

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高炉炼铁炉料中硫的迁移规律

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钢铁 2024年第4期59卷 34-41页

作者：华建明郑壮游洋吕学伟宝钢股份炼铁厂上海200941 重庆大学材料科学与工程学院重庆400044

钢铁行业的二氧化硫排放量占全国工业总排放量的13.9%,而高炉炼铁过程是钢铁生产中硫排放的重要环节。随着环保要求的日益严格,降低高炉煤气中硫化物的含量显得尤为重要。为了探明高炉冶炼过程炉料中硫化物的演变机理,采用化学分析和XP... 详细信息

钢铁行业的二氧化硫排放量占全国工业总排放量的13.9%,而高炉炼铁过程是钢铁生产中硫排放的重要环节。随着环保要求的日益严格,降低高炉煤气中硫化物的含量显得尤为重要。为了探明高炉冶炼过程炉料中硫化物的演变机理,采用化学分析和XPS方法对高炉炉料中硫的赋存形态及含量进行表征,计算得到高炉硫负荷;并采用热力学平衡计算方法对高炉不同区域硫在渣-金-气三相的分配机制进行研究。结果表明,高炉原料中硫的最大来源为焦炭,占全部硫收入的72.3%,其次煤粉占19.7%,而含铁原料(烧结矿、球团矿和块矿)合计硫质量分数小于10%。焦炭和煤粉中的硫主要以砜类硫、亚砜类硫、噻吩类硫等有机硫和硫化物硫、硫酸盐硫等无机硫形式存在,且焦炭中硫含量高于煤粉。高炉块状带煤气中硫的来源主要是炉料中无机硫的热解、炉料与还原性气氛反应生成的气态H_(2)S和COS,以及软熔带以下区域反应产生的气态硫化物经过炉料吸收后剩余的COS。此外,高炉煤气中COS含量通常高于H_(2)S。高炉软熔带炉料具有良好的吸硫条件,硫主要存在于刚形成的初渣中。炉缸区域硫元素主要存在于炉渣中,其次为铁水,最后才是煤气。随着温度的升高,炉渣的脱硫能力提高,更多的硫从铁水向渣中转移。

关键词：高炉硫化物演变机理热力学计算硫平衡

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二氧化钛制备技术研究进展

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无机盐工业 2024年第10期56卷 20-27页

作者：李化全邱贵宝吕学伟山东东佳集团股份有限公司山东淄博255200 重庆大学材料科学与工程学院重庆400044

TiO_(2)具有优异的白度、消色力等颜料性能,是物理、化学性质稳定的功能材料。综述了工业生产TiO_(2)制备方法的现状和研究进展,分析各种制备方法的优势、劣势和发展前景。硫酸法能制备锐钛型和金红石型二氧化钛,并且可以制备不同类型... 详细信息

TiO_(2)具有优异的白度、消色力等颜料性能,是物理、化学性质稳定的功能材料。综述了工业生产TiO_(2)制备方法的现状和研究进展,分析各种制备方法的优势、劣势和发展前景。硫酸法能制备锐钛型和金红石型二氧化钛,并且可以制备不同类型的功能材料产品,氯化法只能制备金红石型产品,硫酸法与氯化法将会长期共存。氯化法中的熔盐氯化技术与中国的钛资源现状更加契合,沸腾氯化法的技术瓶颈和对高钛渣原料的严苛要求是下一步中国二氧化钛行业面临的急需解决的问题。新工艺技术中盐酸法对原料的要求简单,能够生产不同晶型和性能的Ti O_(2),最具有工业化发展前景。今后,各种工业制备方法的发展方向必须向清洁、绿色、低碳和废物综合利用的方向发展,以满足日益严苛的环保要求和国内钛资源现状。

关键词：二氧化钛硫酸法氯化法工业生产

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攀西钒钛磁铁矿资源高效冶金及清洁提取研究进展

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过程工程学报 2022年第10期22卷 1390-1399页

作者：白晨光吕学伟邱贵宝张生富重庆大学材料科学与工程学院重庆400044

攀西地区钒钛磁铁矿是我国重要的特色资源,但由于其TiO_(2)含量高,矿物相复杂,属于难冶炼矿石。早在1958年6月叶渚沛先生发表了《攀枝花含钛铁矿的紧急问题》的书面意见,其中“紧急问题”是突破某些国外学者的“用高炉冶炼这种矿石成功... 详细信息

攀西地区钒钛磁铁矿是我国重要的特色资源,但由于其TiO_(2)含量高,矿物相复杂,属于难冶炼矿石。早在1958年6月叶渚沛先生发表了《攀枝花含钛铁矿的紧急问题》的书面意见,其中“紧急问题”是突破某些国外学者的“用高炉冶炼这种矿石成功的希望甚微”的框框,依靠国内的科研力量攻克攀西地区钒钛磁铁矿高炉冶炼的难题。在全国各相关行业的大力协作攻关下,我国已成功突破了攀西地区钒钛磁铁矿高炉冶炼的难题,并进一步提升了强化冶炼的水平,整体达到世界领先水平。近年来除冶炼水平不断提升外,在资源综合利用水平提升方面也进行了大量具有原创意义的研究工作。重庆大学是国内最早开展钒钛磁铁矿冶炼和综合利用研究的单位之一,多年来始终把钒钛磁铁矿冶金及资源高效利用作为冶金学科首要的研究方向,对高炉冶炼钒钛磁铁矿的独特工艺进行了较系统的理论与工艺研究,形成了鲜明的研究特色。近年来围绕高炉高配比钒钛磁铁矿冶炼技术、含钛高炉渣提钛和大型电炉钛渣冶炼技术以及钒资源高效清洁提取技术等方面与企业紧密合作,在理论和实验研究方法上进行突破,取得了良好的进展。本综述就近年来重庆大学在攀西钒钛磁铁矿高效冶金及清洁提取方面所做的工作,进行简要介绍,以纪念叶渚沛、林衍先等老一辈科学工作者为攀西钒钛磁铁矿开发利用做出的科研贡献,并秉承他们脚踏实地、勇于创新的科学精神,推动“双碳”目标下的攀西地区钒钛磁铁矿绿色智能冶金和资源高效利用的发展。

关键词：钒钛磁铁矿高炉炼铁钛渣冶炼提钒

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铁矿粉烧结制粒过程颗粒行为研究综述

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钢铁研究学报 2021年第10期33卷 1084-1094页

作者：吕学伟郭家宝游洋郑壮重庆大学材料科学与工程学院重庆400044 钒钛冶金及新材料重庆市重点实验室重庆400044

烧结原料需经过制粒处理以确保高效低耗的烧结生产,即在水或其他粘结剂的参与下混合料颗粒在相互运动、碰撞中形成粒度更大且粒度分布更窄的聚团颗粒体。制粒效果受制粒设备参数和铁矿粉物理化学性质的影响,因而合适的制粒工艺和铁矿粉... 详细信息

烧结原料需经过制粒处理以确保高效低耗的烧结生产,即在水或其他粘结剂的参与下混合料颗粒在相互运动、碰撞中形成粒度更大且粒度分布更窄的聚团颗粒体。制粒效果受制粒设备参数和铁矿粉物理化学性质的影响,因而合适的制粒工艺和铁矿粉优化配置对烧结技术经济指标的改善具有显著作用。阐述了制粒现象的基本理论,综述了制粒过程中颗粒聚结长大的作用力以及颗粒的长大机制,制粒工艺参数如加水量、搅拌动能、制粒时间等和铁矿石的粒度组成、表面性质、颗粒形貌等性质对制粒效果的影响规律。相关结果为系统深入理解铁矿粉制粒过程以及高效生产优质准颗粒提供理论基础。

关键词：铁矿石烧结制粒颗粒长大聚结制粒效果

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硅镁型红土镍矿球团焙烧固结机制研究

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稀有金属 2011年第6期35卷 916-921页

作者：潘成白晨光吕学伟胡途黄小波重庆大学材料科学与工程学院重庆400044

针对红土镍矿在焙烧过程中物相转变及固结机制问题,对原矿进行了化学成分、X射线衍射(XRD)分析,得知红土镍矿主要以Fe2O3和单斜形蛇纹石矿物为主,另外含有部分十字沸石和利蛇纹石;通过热重(TG)、差热(DTA)测试,得到了在焙烧过程中,自然... 详细信息

针对红土镍矿在焙烧过程中物相转变及固结机制问题,对原矿进行了化学成分、X射线衍射(XRD)分析,得知红土镍矿主要以Fe2O3和单斜形蛇纹石矿物为主,另外含有部分十字沸石和利蛇纹石;通过热重(TG)、差热(DTA)测试,得到了在焙烧过程中,自然水、结晶水及羟基分别在195,293和612℃被脱除,在830℃时,部分硅酸盐发生物相转变;并用Factsage软件对红土矿在加热过程中液相的产生量进行了理论计算,当焙烧温度为1220℃时红土矿球团开始产生液相。在实验室中,利用箱式电阻炉进行球团焙烧实验,结果表明,焙烧球团的抗压强度和落下强度随着焙烧温度和时间的增加而增大,焙烧温度低于1200℃时,球团依靠固相反应和再结晶固结,抗压强度及落下强度较低;焙烧温度达到1300℃时,红土矿会产生34%的液相,冷却后使球团固结,抗压强度和落下强度大大增加;当焙烧温度一定时,球团抗压强度和落下强度随焙烧时间的延长而增加,但是球团的强度增加幅度较小。

关键词：红土镍矿球团焙烧固结机制抗压强度落下强度

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