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碳基支架在构建稳定复合锂金属阳极方面的研究进展（英文）

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新型炭材料(中英文) 2023年第4期38卷 698-724页

作者：陈粤赵鲁康周俊龙边煜华高宣雯陈红刘朝孟骆文彬东北大学冶金学院

因为锂金属电池(LMBs)具有高能量密度、高理论比容量和低氧化电位等优点，被认为是后锂离子电池(LIBs)中理想的能量存储装置之一。然而，锂金属阳极(LMA)面临着多种障碍，包括低库仑效率(CE)、大体积膨胀、锂枝晶的形成、低安全和低稳... 详细信息

因为锂金属电池(LMBs)具有高能量密度、高理论比容量和低氧化电位等优点，被认为是后锂离子电池(LIBs)中理想的能量存储装置之一。然而，锂金属阳极(LMA)面临着多种障碍，包括低库仑效率(CE)、大体积膨胀、锂枝晶的形成、低安全和低稳定性及短寿命，这些问题阻碍了LMBs的实际应用。由于低密度、高机械强度、稳定的化学性质和大比表面积等优势，碳基材料受到了广泛关注。建立复合碳基LMA是各种策略中的一种有效选择，因为其具有缓解体积膨胀、降低局部电流密度以及提供均匀Li+沉积的活性成核位点的能力。本文综述了复合碳基LMA的最新研究进展，包括碳基复合材料、元素金属及其化合物与碳基材料的复合物，以及它们与阳极界面稳定性和结构的关系。最后，本文总结并提出了关于将碳基材料作为LMA支架的观点和见解。

关键词：锂金属电池碳基材料碳基支架制备技术枝晶生长

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钢精炼过程非金属夹杂物演变与控制

金属学报 2022年第1期58卷 28-44页

作者：朱苗勇邓志银东北大学冶金学院沈阳110819

夹杂物控制是高品质特殊钢生产的难点和重点,本文介绍了钢中夹杂物的主要类型及其在精炼过程中的生成演变及去除行为规律,并结合作者的研究与实践,阐述了夹杂物控制的关键技术。钢中夹杂物类型与最初脱氧产物有较大的区别,其生成和演变... 详细信息

夹杂物控制是高品质特殊钢生产的难点和重点,本文介绍了钢中夹杂物的主要类型及其在精炼过程中的生成演变及去除行为规律,并结合作者的研究与实践,阐述了夹杂物控制的关键技术。钢中夹杂物类型与最初脱氧产物有较大的区别,其生成和演变与钢中的成分元素(如Ca、Mg和Ti等)密切相关,同一组成的夹杂物在钢中形态分布不同,最终会导致评级类别的差异。精炼过程中固态夹杂物通常比液态夹杂物更容易被去除,Al_(2)O_(3)和MgO·Al_(2)O_(3)夹杂物相比液态的CaO-Al_(2)O_(3)系夹杂物具有更高的去除效率。精炼渣、耐火材料以及钢包挂渣均会对钢中微量元素控制和夹杂物演变行为产生重要影响,适宜的渣碱度和稳定的造渣操作对夹杂物的控制非常重要。铝镇静钢的精炼渣碱度控制在4~7之间即可获得较好的脱氧效果;而硅锰镇静钢精炼渣采用变碱度操作并不利于夹杂物控制。同时,应该谨慎使用含CaO耐火材料。优质的洁净合金以及适宜的合金化时机,有助于控制钢中微量元素,减少合金中夹杂物的污染。精炼过程应避免过度搅拌,减弱对钢包挂渣的冲刷,并理性考虑夹杂物变性处理。控制钢中Ca含量、避免卷渣以及尽可能排除引流砂等手段有助于控制钢中的大型夹杂物。近年来的夹杂物演变和去除机理研究解释了诸多冶金过程现象,并提出了夹杂物控制新方向,但仍有如CaO-Al_(2)O_(3)夹杂物长大机制等机理需要进一步研究揭示,也亟待开发新的夹杂物控制技术来解决诸如如何彻底消除引流砂大型夹杂物等已知问题。

关键词：夹杂物钢精炼演变规律去除机理控制技术

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添加真空蒸馏炭渣对炭阳极反应性的影响

工程科学学报 2024年第2期46卷 230-238页

作者：高致远曹晓蒙彭建平李轶斐王耀武狄跃忠东北大学冶金学院沈阳110000

利用真空蒸馏炭渣替代部分煅后焦制作炭阳极可实现炭渣高值资源化,在有效利用真空蒸馏炭渣的同时也有着改善阳极反应性的潜力.但真空蒸馏炭渣的添加量对含炭渣阳极反应性影响,及其对阳极原料的作用机制尚不明确.本文在1200℃,真空度0.5~... 详细信息

利用真空蒸馏炭渣替代部分煅后焦制作炭阳极可实现炭渣高值资源化,在有效利用真空蒸馏炭渣的同时也有着改善阳极反应性的潜力.但真空蒸馏炭渣的添加量对含炭渣阳极反应性影响,及其对阳极原料的作用机制尚不明确.本文在1200℃,真空度0.5~5 Pa的条件下对炭渣真空蒸馏,添加不同含量的真空蒸馏炭渣,与石油焦及沥青复合成含炭渣阳极,对阳极进行反应性检测.采用同步热分析仪(TG-DSC)分析真空蒸馏炭渣对沥青热解过程的影响,采用热重分析仪(TG)、X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜能谱仪(SEM-EDS)探究真空蒸馏炭渣对石油焦、沥青焦反应性的作用机理.结果表明,随着真空蒸馏炭渣的添加量(质量分数)从3%增加到5%、7%、10%,炭渣对阳极空气反应性(600℃)起抑制作用,对阳极CO_(2)反应性(970℃)起先抑制后催化的作用.添加真空蒸馏炭渣可提高沥青的结焦率,以及沥青焦、石油焦的炭化程度,从而抑制阳极空气反应性(600℃);高温下炭渣中的微量元素对沥青焦气化反应的促进作用,是高含量炭渣催化阳极CO_(2)反应性(970℃)的主要原因.

关键词：炭渣真空蒸馏炭阳极反应性结焦率

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高炉渣质能耦合处理系统的综合评价

环境工程技术学报 2023年第1期13卷 332-339页

作者：李佩诗段文军吴沁停宋慧聪东北大学冶金学院

提出了一种新型的高炉渣质能耦合处理系统,实现了高炉渣余热的高效回收和渣中组分的高附加值利用。采用生命周期评价和生命周期成本方法,分别计算出系统的环境影响和经济成本,并对其资源能源消耗进行核算。通过主要贡献者的识别,追溯系... 详细信息

提出了一种新型的高炉渣质能耦合处理系统,实现了高炉渣余热的高效回收和渣中组分的高附加值利用。采用生命周期评价和生命周期成本方法,分别计算出系统的环境影响和经济成本,并对其资源能源消耗进行核算。通过主要贡献者的识别,追溯系统在环境影响、经济成本以及资源能源消耗方面的主要来源;通过综合表现评估以及敏感性分析,确定系统优化的关键单元。此外,基于系统特性分析了其在环境、能源以及经济方面的效益。结果表明:1)系统的环境影响主要是全球变暖(贡献率为47.68%),经济成本主要是内部成本(贡献率为91.89%),资源能源消耗主要是非能源资源(贡献率为98.57%);2)系统优化的关键单元是预处理,关键输入是HCl;3)充分考虑系统特性后,处理1 t高炉渣的CO_(2)净排放量为-6098.68 kg,净能耗为-682.68MJ,经济成本为2078.24元。

关键词：高炉渣生命周期评价资源与能源消耗生命周期成本节能减排

响应曲面法优化黄金氰渣亚硫酸钠-空气氧化法脱氰工艺

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中国有色金属学报 2023年第4期33卷 1278-1286页

作者：韩雯雯杨洪英张勤佟琳琳陈国宝金哲男东北大学冶金学院沈阳110819

采用氰化法进行提金处理会产生大量黄金氰渣,对环境安全和人体健康产生严重危害,根据国家标准必须对其进行脱氰处理。使用亚硫酸钠-空气氧化法对某黄金企业产生的黄金氰渣进行脱氰处理,利用响应曲面法探究各因素对脱氰结果的影响及交互... 详细信息

采用氰化法进行提金处理会产生大量黄金氰渣,对环境安全和人体健康产生严重危害,根据国家标准必须对其进行脱氰处理。使用亚硫酸钠-空气氧化法对某黄金企业产生的黄金氰渣进行脱氰处理,利用响应曲面法探究各因素对脱氰结果的影响及交互作用,进而得到脱氰的最佳工艺条件。结果表明:矿浆初始pH值、亚硫酸钠用量以及反应温度对脱氰结果产生明显影响,空气充入量的影响不大,脱氰反应在开始的15 min内迅速进行,60 min后基本反应完全。对响应曲面模型预测结果进行优化,在最佳条件初始pH值12.90,药剂用量为理论量的3.5倍,反应温度为40℃时对氰渣进行脱氰处理,总氰化物脱除率可达到88.94%,脱氰尾渣毒性浸出液中总氰含量为2.95 mg/L,满足国家标准。

关键词：黄金氰渣脱氰亚硫酸钠-空气氧化法响应曲面法

铝电解气泡运动特性与形貌演变规律的研究进展

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中国有色金属学报 2023年第4期33卷 1232-1251页

作者：孙美佳李宝宽东北大学冶金学院沈阳110819

铝电解气泡运动是伴随电解槽内离子输运与传热传质传动的复杂非平衡态过程。对多物理场作用下的多尺度气泡运动行为的揭示是控制电解槽稳定运行、降低电能消耗以及提高电流效率的关键。本文综述了铝电解气泡运动行为的实验和数值计算方... 详细信息

铝电解气泡运动是伴随电解槽内离子输运与传热传质传动的复杂非平衡态过程。对多物理场作用下的多尺度气泡运动行为的揭示是控制电解槽稳定运行、降低电能消耗以及提高电流效率的关键。本文综述了铝电解气泡运动行为的实验和数值计算方法的研究进展,尤其对多尺度气泡形核、生长、聚并以及释放行为的研究进行了详细的阐述。对当前的工业测量实验、水模型实验、水溶液电解实验以及高温电解实验的优缺点进行了对比与总结。对数值实验的界面捕捉方法、欧拉-欧拉方法、欧拉-拉格朗日方法以及格子玻尔兹曼方法对描述不同尺度气泡的适用性进行了对比与评估,提出未来的研究方向要结合微观电化学反应、界面传质并利用工业人工智能等方法优化铝电解过程气泡运动。

关键词：铝电解多尺度气泡数值模拟形貌演变

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混合煤气在富氧工况下的可燃极限实验研究

工程热物理学报 2022年第5期43卷 1422-1427页

作者：邵冲胡贤忠刘军祥东北大学冶金学院沈阳110819

富氧燃烧技术具有提高理论燃烧温度,加快火焰传播速度,增加反应速率等优点。混合煤气是钢铁工业的常用燃料,研究富氧工况下混合煤气可燃极限的变化规律,可以为相关燃烧器的设计和操作参数的设定提供参考,也为混合煤气的安全使用提供基... 详细信息

富氧燃烧技术具有提高理论燃烧温度,加快火焰传播速度,增加反应速率等优点。混合煤气是钢铁工业的常用燃料,研究富氧工况下混合煤气可燃极限的变化规律,可以为相关燃烧器的设计和操作参数的设定提供参考,也为混合煤气的安全使用提供基础数据,从而减少能源浪费。本文使用5 L圆柱形密闭容器进行实验,测量了助燃气氧气浓度下的可燃极限。结果表明:随着氧气浓度的增加,混合煤气的可燃下限从15%升高到16%,变化规律近似线性;可燃上限从36.75%升高到88.25%,变化规律呈抛物线形。

关键词：富氧燃烧混合煤气可燃极限

高速连铸结晶器内凝固传热行为及其均匀性控制

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工程科学学报 2022年第4期44卷 703-711页

作者：朱苗勇蔡兆镇东北大学冶金学院沈阳110819

从分析高拉速包晶钢板坯连铸结晶器内凝固传热行为特征入手,首先阐明拉速对结晶器内的界面热阻、凝固坯壳的温度与应力分布的影响规律,研究发现拉速超过1.6 m·min^(−1)时,界面热阻明显增加,拉速由1.4 m·min^(−1)提升至1.6 m·min^(−1)... 详细信息

从分析高拉速包晶钢板坯连铸结晶器内凝固传热行为特征入手,首先阐明拉速对结晶器内的界面热阻、凝固坯壳的温度与应力分布的影响规律,研究发现拉速超过1.6 m·min^(−1)时,界面热阻明显增加,拉速由1.4 m·min^(−1)提升至1.6 m·min^(−1)和1.8m·min^(−1)时,出结晶器坯壳厚度相应减少约10%,其发生漏钢的危险不断增加;在此基础上,阐述了结晶器的内腔结构、保护渣、振动与液面控制等控制结晶器内坯壳凝固均匀性的相关技术.要实现高速连铸,首要应考虑结晶器内腔结构的优化设计,使其能更好地迎合凝固坯壳的生长,研制适合包晶钢等凝固特点的专用连铸保护渣至关重要,铸坯鼓肚控制也是保障高拉速液面稳定的关键.

关键词：高速连铸均匀凝固包晶钢高效传热结晶器保护渣结晶器液面控制

低分子比NaF-KF-LiF-AlF_(3)体系电解质在石墨阴极中的渗透行为

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Transactions of Nonferrous Metals Society of China 2022年第8期32卷 2727-2735页

作者：陈炳旭彭建平王耀武狄跃忠东北大学冶金学院沈阳110819

研究分子比为1.3的NaF−KF−LiF−AlF_(3)体系电解质在石墨阴极中的渗透行为,通过XRD分析对电解前后阴极中的电解质进行系统研究,并通过MUAD的半定量计算对结果进行分析。结果表明,KF可以促进电解质的渗透,KF含量越高,渗透性越强。在电解... 详细信息

研究分子比为1.3的NaF−KF−LiF−AlF_(3)体系电解质在石墨阴极中的渗透行为,通过XRD分析对电解前后阴极中的电解质进行系统研究,并通过MUAD的半定量计算对结果进行分析。结果表明,KF可以促进电解质的渗透,KF含量越高,渗透性越强。在电解质渗透过程中,K_(2)NaAlF_(6)和含有KF的固溶体在含有KF的体系中发挥重要作用。LiF有效地抑制电解质渗透,Na_(3)Li_(3)Al_(2)F_(12)相在高LiF含量的体系中发挥了重要作用。

关键词：铝电解 KF LiF 阴极渗透电解质成分低分子比