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“双碳”视角下露天建材矿山碳排放周期研究

中国矿业 2024年第2期33卷 36-42页

作者：裴明松刘海李小伟代光俊刘林斯小华陈爱章湖北冶金地质研究所(中南冶金地质研究所) 湖北宜昌443000

“双碳”目标的提出是我国生态文明建设的必然要求。露天建材矿山是建材产业原料的重要来源之一,同时也是建材行业碳源和潜在碳汇之一,分析露天建材矿山碳排放规律,对实现建材行业“双碳”目标具有重要意义。通过分析露天建材矿山碳排... 详细信息

“双碳”目标的提出是我国生态文明建设的必然要求。露天建材矿山是建材产业原料的重要来源之一,同时也是建材行业碳源和潜在碳汇之一,分析露天建材矿山碳排放规律,对实现建材行业“双碳”目标具有重要意义。通过分析露天建材矿山碳排放要素,研究矿山生态系统碳汇能力和碳排放量,构建了露天建材矿山净碳排放量模型。露天建材矿山生态系统净碳排放量呈现先增后减的趋势,峰值一般出现在矿山服务期的中后期,峰值和达峰时间与矿山边坡占比呈负相关,零点一般在生态复绿阶段出现,此后进入负值阶段。根据矿山生态系统净碳排放量将矿山碳排放周期分为碳达峰、碳减排(含碳中和)以及碳归零三个阶段。结合鄂西某建材矿山验证了模型的适用性,研究成果对于研究建材行业碳排放具有一定的参考作用,同时对于露天建材矿山生态复绿、绿色矿山建设也有一定的指导作用。

关键词： “双碳”目标露天建材矿山碳汇碳排放

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基于耦合反应机理的转炉冶炼模型

钢铁 2024年

作者：张强杨勇戴雨翔林路钢铁研究总院有限公司冶金工艺研究所

转炉内部发生着复杂的多元多相耦合反应，由于静态控制模型只能考虑转炉冶炼过程的始态和末态，无法获知整个冶炼过程中连续的熔池钢水成分和温度变化情况，导致难以对转炉炼钢终点进行精确控制，因此转炉冶炼过程的机理模型搭建对实际... 详细信息

转炉内部发生着复杂的多元多相耦合反应，由于静态控制模型只能考虑转炉冶炼过程的始态和末态，无法获知整个冶炼过程中连续的熔池钢水成分和温度变化情况，导致难以对转炉炼钢终点进行精确控制，因此转炉冶炼过程的机理模型搭建对实际生产具有重要的指导意义。在静态模型的基础上基于耦合反应机理建立了转炉冶炼过程模型，并使用C#语言编写了能够用于模型计算的软件。该模型可以计算出冶炼过程中所需造渣剂、冷却剂和耗氧量等，并可以计算熔池温度、熔池成分和熔渣成分随吹炼时间的变化，对钢水终点温度、成分以及熔渣成分进行较为精准地预测。通过改变模型的操作参数，研究了不同供氧强度对脱碳速率的影响和底吹氩气流量对脱磷速率的影响。研究结果表明，供氧强度的变化对脱碳过程前期和中期的影响较为明显，对脱碳过程后期影响较小。底吹氩气流量的增大对脱磷过程前期的影响较大，可以增加脱磷反应的速率，但随着氩气流量的增加，渣中的FeO含量降低，导致脱磷速率降低。通过对比某钢厂转炉100炉实际数据与模型计算结果发现，钢水终点碳质量分数偏差为±0.02%的命中率为89%，终点钢水温度偏差为（t±10）℃的命中率为83.0%，实际测量数据和理论计算值在一定范围内的偏差较小，具有指导实践生产的意义。

关键词：转炉冶炼终点控制机理模型耦合反应动力学

P204@FeO@rGO复合萃取剂的制备及萃取Ho、Er的实验研究

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中国稀土学报 2024年

作者：郭天意蒋旭娇李勇东北大学冶金学院资源与环境研究所

本文采用水热法制备了Fe3O4@rGO复合材料，然后以其为基体，通过浸渍法使P204负载在其表面上，制备出固相稀土萃取剂P204@Fe3O4@GO，并采用XRD、SEM、XPS、FT-IR、VSM对其表征。以其为萃取剂，分别对Ho3+和Er3+进行了萃取实验研究。探究... 详细信息

本文采用水热法制备了Fe3O4@rGO复合材料，然后以其为基体，通过浸渍法使P204负载在其表面上，制备出固相稀土萃取剂P204@Fe3O4@GO，并采用XRD、SEM、XPS、FT-IR、VSM对其表征。以其为萃取剂，分别对Ho3+和Er3+进行了萃取实验研究。探究了pH、时间等条件的影响，并对其进行了动力学的分析。实验结果表明：氧化石墨烯与FeCl3·6H2O质量比为1:10时制备出的P204@Fe3O4@rGO复合材料性能最佳。且0.5g磁性P204@Fe3O4@rGO复合固相萃取剂对Ho3+和Er3+稀土溶液的萃取最佳条件为：萃取振荡时间分别为50min、30min，pH分别为5.82、5.18，稀土初始浓度分别为0.001mol/L、0.002mol/L，Ho3+和Er3+分别可高达90%、97.5%。Ho3+、Er3+的固相萃取复合准二级萃取动力学模型，表明为反应速率受化学吸附机理的控制。

关键词：氧化石墨烯四氧化三铁重稀土固相萃取

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Cr、Ni对耐蚀钢组织及性能的影响

钢铁钒钛 2024年第2期45卷 149-155页

作者：王宝山张宏亮王卫卫马健冯光宏钢铁研究总院冶金工艺研究所北京100081

以Q345GNH钢为基础,制备了不同Cr(质量分数为0.5%、2%、3%、4%和5%)和Ni(质量分数分别为0.5%和1%)含量的试样,通过系列试验对性能进行了比较,并通过热力学计算分析了Cr和Ni的作用机理。结果表明,由于贝氏体的生成,当Cr含量从2%增加到3%... 详细信息

以Q345GNH钢为基础,制备了不同Cr(质量分数为0.5%、2%、3%、4%和5%)和Ni(质量分数分别为0.5%和1%)含量的试样,通过系列试验对性能进行了比较,并通过热力学计算分析了Cr和Ni的作用机理。结果表明,由于贝氏体的生成,当Cr含量从2%增加到3%时,屈服强度和抗拉强度分别提高了83 MPa和122 MPa。当Cr超过4%时,大于80%的贝氏体使得的钢的断后伸长率小于10%。与Q345GNH钢相比,添加2%以上的Cr才能使得耐蚀钢在120 h盐雾腐蚀后的相对腐蚀率小于70%。耐蚀钢的耐蚀性能提高是由于稳定的含Cr腐蚀产物的形成和Ni引起的自腐蚀电位正移,综合各项指标,Cr的最佳添加量为2%,Ni的最佳添加量为1%。

关键词：耐蚀钢 Cr Ni 力学性能中性盐雾腐蚀电位-pH图

影响复吹转炉钢液碳氧积的机理分析与应用实践

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钢铁 2024年第4期59卷 74-84页

作者：蔡伟吴巍杨利彬王杰钢铁研究总院有限公司冶金工艺研究所北京100081

洁净钢生产是当代炼钢技术发展的主要方向,钢液碳氧积w([C])×w([O])一直是转炉炼钢特别重要的指标,也是冶金科研工作者重点关注的方向。近年来复吹转炉钢液碳氧积屡创新低,业内对碳氧积实际控制水平、钢液检化验数据颇有异议。基于经... 详细信息

洁净钢生产是当代炼钢技术发展的主要方向,钢液碳氧积w([C])×w([O])一直是转炉炼钢特别重要的指标,也是冶金科研工作者重点关注的方向。近年来复吹转炉钢液碳氧积屡创新低,业内对碳氧积实际控制水平、钢液检化验数据颇有异议。基于经典碳氧平衡公式,分析了钢液组分对碳氧反应的活度系数影响、乳化区“钢液-气相”反应界面气相组分的热力学影响、钢液温度对碳氧反应平衡的影响、高效底吹冶炼技术和冶炼终点后搅技术对碳氧积的影响,探讨了全要素影响复吹转炉钢液碳氧积的机理和应用实践。研究结果表明,热力学分析复吹转炉钢液碳氧积平衡极限时需分析碳氧活度系数、碳氧反应吉布斯自由能、PCO/(PCO+P_(CO_(2)))(碳氧反应CO占比)和PCO/(PCO+P_(Ar/N_(2)))(气相组分中CO实际氧分压)。脱碳速率较低时PCO/(PCO+P_(Ar/N_(2)))理论值可降至0.80甚至更低;转炉底吹效果是影响钢液碳氧积的主要因素,顶吹转炉、平炉熔池内钢液均因未得到充分混匀搅拌致使碳氧反应远未达到平衡,碳氧积可达0.004 0,而底吹有较好动力学条件使钢液碳氧积更加趋近平衡值,大流量高强度后搅工艺可使钢液碳氧积进一步降低;温度是影响钢液碳氧反应平衡值的次要因素,低温有利于降低碳氧反应吉布斯自由能,温度每增加50℃,(a_([C])×a_([O]))/P_(CO)(碳氧反应活度比)增加0.000 1,低温有利于降低PCO/(PCO+P_(CO_(2)))。控制钢液碳氧积的关键为转炉冶炼终点控制和提枪等待后搅拌工艺。

关键词：复吹转炉碳氧平衡碳氧积反应机理活度系数

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10Ni5CrMoV厚板连续差温轧制工艺

钢铁 2024年第7期59卷 94-101页

作者：王宝山王卫卫张宏亮张翔博冯光宏钢铁研究总院有限公司冶金工艺研究所北京100081

厚板是船舶、化工、高压管道、压力容器等行业必需的钢材品种,但在轧制成形时由于心部变形不充分,导致内部孔洞难以压合,存在心部力学性能偏低、厚度方向上性能不均匀的问题。以10Ni5CrMoV厚板为例,研究了其在差温轧制工艺下的变形规律... 详细信息

厚板是船舶、化工、高压管道、压力容器等行业必需的钢材品种,但在轧制成形时由于心部变形不充分,导致内部孔洞难以压合,存在心部力学性能偏低、厚度方向上性能不均匀的问题。以10Ni5CrMoV厚板为例,研究了其在差温轧制工艺下的变形规律,目的是解决厚板心部变形不足的问题,为差温轧制在厚板成形中的应用提供理论依据。首先通过Gleeble热压缩试验测定了10Ni5CrMoV钢的高温真实应力-真实应变曲线,建立了10Ni5CrMoV钢的本构方程,基于此本构模型,应用有限元方法进行了10Ni5CrMoV厚板5道次轧制过程的数值模拟,分析了心-表温度分布规律和应变分布规律,并进行了轧制验证试验,对比了不同轧制工艺下厚度方向上的变形及组织均匀性。结果表明,当5道次轧制的总变形量为58.3%时,与均温轧制相比,连续差温轧制和首道次差温轧制10Ni5CrMoV厚板心部的等效塑性应变分别提高了5.40%和1.04%,连续差温轧制工艺最有利于心部变形,但是,需要进行道次间冷却才能维持厚板差温轧制所需的心表大温差的温度分布状态。10Ni5CrMoV厚板变形均匀程度依次为连续差温轧制>首道次差温轧制>均温轧制,连续差温轧制后内部晶粒明显细化、组织更均匀。连续差温轧制能有效促进变形向厚板心部渗透,这对均匀化组织、提高力学性能、改善质量具有重要意义。

关键词：厚板本构模型 10Ni5CrMoV钢差温轧制工艺有限元模拟

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喷嘴结构和射流参数对射流预冷温度特性的影响

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航空动力学报 2024年第5期39卷 119-128页

作者：冯爽李宝宽杨晓晰扈鹏飞东北大学冶金学院热能工程系沈阳110819 中国航发沈阳发动机研究所沈阳110015

航空发动机进气温度过高是限制其性能的关键问题之一,采用射流预冷技术可以有效降低航空发动机进气温度。为了研究射流预冷技术对进气道内温度场的影响,基于欧拉-拉格朗日方法,建立航空发动机进气道液滴雾化和蒸发过程的数学模型,实现... 详细信息

航空发动机进气温度过高是限制其性能的关键问题之一,采用射流预冷技术可以有效降低航空发动机进气温度。为了研究射流预冷技术对进气道内温度场的影响,基于欧拉-拉格朗日方法,建立航空发动机进气道液滴雾化和蒸发过程的数学模型,实现气液两相的双向耦合,描述了射流预冷过程。并与已有的试验结果进行对比,验证了数学模型的准确性。并利用该数学模型研究了水气比、喷射速度、液滴粒径和喷嘴锥角对进气道降温效果和温度畸变的影响。结果表明:改变水气比发动机进气温度变化最显著,当水气比由0.02增大至0.055时,温降系数由8.10%增加到19.87%,蒸发率由85.76%降低为79.80%;当水气比为0.055、喷射速度为10 m/s、液滴粒径为25μm和喷嘴锥角为15°时,温降系数最大为22.77%;增大喷嘴锥角和减小喷射速度会使进气道出口截面温度场分布更均匀。

关键词：射流预冷温度畸变雾化蒸发高温进气

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太岳山不同林龄人工油松林土壤微生物特征

环境科学 2024年第4期45卷 2406-2416页

作者：马义淑曹亚鑫牛敏张明罡程曼文永莉山西大学黄土高原研究所太原030031 欣生环保科技山西有限公司太原030045

油松(Pinus tabuliformis Carr.)具有保土保肥和改善水土流失的作用,是黄土高原地区植被恢复中广泛使用的树种.为了探究土壤微生物多样性和群落结构对人工油松林演替的响应及其环境因子驱动机制,以太岳山脉潘家山10、20和30 a人工油松... 详细信息

油松(Pinus tabuliformis Carr.)具有保土保肥和改善水土流失的作用,是黄土高原地区植被恢复中广泛使用的树种.为了探究土壤微生物多样性和群落结构对人工油松林演替的响应及其环境因子驱动机制,以太岳山脉潘家山10、20和30 a人工油松林土壤为研究对象,基于野外采样、室内理化分析和高通量测序等手段,分析不同林龄表层和亚表层土壤微生物群落结构、多样性及其与土壤理化性质之间的关系.结果表明:(1)30 a的人工油松林演替显著改变了土壤养分状况. SOM、TN、NH_(4)^(+)-N、NO_(3)^(-)-N、AP和AK均随演替的进行显著升高;TP和TK含量随演替年限逐渐降低.(2)不同林龄油松林土壤真菌的优势门为子囊菌门、担子菌门和被孢菌门,细菌的优势门为放线菌门、变形菌门、酸杆菌门、绿弯菌门和芽单胞菌门.(3)油松林土壤微生物中细菌占绝对优势,真菌和细菌拷贝数随林龄增加均显著增加,30 a油松林土壤真菌拷贝数和细菌拷贝数分别是10 a油松林的6.61倍和2.55倍.(4)随着林龄增加,土壤真菌多样性显著下降.属水平上,子囊菌门中青霉菌属相对丰度大幅下降,达21.07%,担子菌门中红菇属相对丰度增加了14.2%;细菌多样性和群落结构总体变化较小,属水平上变形菌门中慢生根瘤菌属在演替过程仅增加3.03%.(5)油松林演替过程中,土壤细菌和真菌生物量、红菇属相对丰度与SOM和TN显著正相关,真菌多样性、青霉菌属相对丰度与土壤TP含量显著正相关.综上,油松演替过程中,土壤微生物量、多样性及群落结构的变化受土壤养分的共同驱动.研究结果可为区域植被恢复的生态效益评价提供基础数据和理论参考.

关键词：太岳山人工油松林次生演替土壤微生物群落微生物多样性

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增材制造金属晶格夹层结构研究现状与应用

中国有色金属学报 2024年第4期34卷 1022-1051页

作者：王岩屈栋刘世锋魏瑛康杨鑫汤慧萍西安建筑科技大学冶金工程学院粉末冶金与增材制造研究所西安710055 浙大城市学院先进材料增材制造创新研究中心杭州310015

金属晶格夹层结构具有优异的力、声、电、热综合性能。增材制造基于“离散+堆积”思想,层层堆叠制造,能够解放复杂金属晶格结构设计思路,为仿生设计和拓扑优化提供了更高的自由度,为后续开发出超轻、超强多功能晶格夹层结构提供了更多... 详细信息

金属晶格夹层结构具有优异的力、声、电、热综合性能。增材制造基于“离散+堆积”思想,层层堆叠制造,能够解放复杂金属晶格结构设计思路,为仿生设计和拓扑优化提供了更高的自由度,为后续开发出超轻、超强多功能晶格夹层结构提供了更多的可能。本文综述了增材制造金属晶格夹层结构的工艺,深入分析讨论了其结构设计、工艺优化、缺陷控制、性能调控和应用背景,总结了研究现状并展望了未来的发展前景。

关键词：晶格夹层增材制造仿生学拓扑优化轻量化