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超重力场下钢液中夹杂物上浮行为的数值模拟

钢铁 2022年第7期57卷 54-62页

作者：杜依诺郭磊杨洋张帅于含樟郭占成北京科技大学钢铁冶金新技术国家重点实验室

超重力技术可以有效提高固液两相间的重力差，在冶金领域，超重力场的引入可以大幅度增加金属熔体中夹杂物的去除效率。基于超重力冶金装置模型，根据动网格与流-固耦合理论，建立了不同重力场下固态夹杂物在钢液中上浮的流体动力学模... 详细信息

超重力技术可以有效提高固液两相间的重力差，在冶金领域，超重力场的引入可以大幅度增加金属熔体中夹杂物的去除效率。基于超重力冶金装置模型，根据动网格与流-固耦合理论，建立了不同重力场下固态夹杂物在钢液中上浮的流体动力学模型。该模型模拟了夹杂物在不同系数的重力场中上浮的运动状态，研究了超重力场中的重力系数与夹杂物尺寸等因素对颗粒上浮和流场分布的影响。模拟结果表明，在重力场系数恒定时，夹杂颗粒经短暂的加速上浮过程后，后续的上浮运动将趋于匀速，夹杂物的上浮速度会随着施加重力场的增大而增长，夹杂物附近的钢液也会被更快地“推开”,从而出现改变流动状态的趋势。尺寸d为1、10μm的夹杂物颗粒由于其尺寸较小，在施加一定的超重力场后仍满足Stokes上浮模型；尺寸d为100μm的大尺寸夹杂物则仅在约10倍重力场作用下符合Stokes上浮模型，当施加更大的重力场时，夹杂物附近的流场会由层流流动转变为湍流流动，不再满足Stokes定律。在研究不同系数重力场中夹杂物上浮的模型时发现，当重力场的系数大小随时间变化时，尺寸为1μm量级的小尺寸夹杂上浮速度的变化幅度与重力场的变化幅度呈正比；而尺寸为10、100μm的夹杂物在脱离层流流场后，上浮速度与重力场不再呈线性关系。

关键词：超重力技术非金属夹杂物数值模拟流固耦合洁净钢

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预热处理改善炼焦煤性质的研究进展

洁净煤技术 2023年第12期29卷 65-74页

作者：薛庆国乔子棽张林杨王静松王广佘雪峰北京科技大学钢铁冶金新技术国家重点实验室北京100083

我国煤炭资源相对丰富,但炼焦煤资源所占比仅18.9%,气煤和1/3焦煤在炼焦煤查明资源储量中约占47%,而优质炼焦煤占比不到10%。许多钢铁企业为了生产更高品质的焦炭而配入过多优质炼焦煤,这为优质炼焦煤资源和高品质焦炭的持续供应带来极... 详细信息

我国煤炭资源相对丰富,但炼焦煤资源所占比仅18.9%,气煤和1/3焦煤在炼焦煤查明资源储量中约占47%,而优质炼焦煤占比不到10%。许多钢铁企业为了生产更高品质的焦炭而配入过多优质炼焦煤,这为优质炼焦煤资源和高品质焦炭的持续供应带来极大困难。基于快速加热的预处理技术在拓展和节约使用优质炼焦煤资源,保证炼焦高产、优产,降低成本和提高焦炭品质等方面意义重大。综述了利用预热处理改善炼焦煤性质的研究,重点讨论了快速预热改善炼焦煤黏结性的影响规律。研究表明,炼焦煤在进行预热处理时,煤种、预热终温及升温速度等因素均会显著影响焦煤炭化过程中的结构演化。在热处理过程中,随热处理温度升高,煤的芳香结构不断发展,石墨化程度加深。快速预热一方面抑制了煤的热分解,另一方面使煤的大分子结构松弛,导致煤分子在热塑性阶段移动性增强,从而提高了煤黏结性。最后总结了快速预热技术在机理研究以及工业应用等方面存在不足。

关键词：炼焦煤快速预热芳香结构石墨化热塑性

白云鄂博稀土共生矿超重力梯级分离稀土元素的工艺研究

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过程工程学报 2022年第10期22卷 1429-1437页

作者：兰茜高金涛郭占成北京科技大学钢铁冶金新技术国家重点实验室北京100083

我国白云鄂博矿稀土储量居世界首位,其稀土矿物以轻稀土为主,Ce,La,Pr,Nd占稀土氧化物总量的97%以上,具有重要的工业价值。由于四种稀土元素具有极其相似的物化性质,因此在目前的处理工艺中很难实现不同稀土元素的彼此分离。本工作基于... 详细信息

我国白云鄂博矿稀土储量居世界首位,其稀土矿物以轻稀土为主,Ce,La,Pr,Nd占稀土氧化物总量的97%以上,具有重要的工业价值。由于四种稀土元素具有极其相似的物化性质,因此在目前的处理工艺中很难实现不同稀土元素的彼此分离。本工作基于稀土精矿的矿相演变及元素迁移规律,在降温熔析过程中不同温度区间内会析出不同稀土相:在1400~1500℃的温度区间只有氧化稀土相析出,随着温度降至1200~1400℃,铁酸稀土相开始析出,当温度降至1100~1200℃时铈磷灰石相析出。利用超重力技术进行氧化稀土相、铁酸稀土相、铈磷灰石相的梯级分离实验,结果表明,98.38%的Ce元素优先以氧化稀土相形式析出并实现分离,97.70%的La元素进入铁酸稀土相作为第二相被分离,而Pr和Nd元素最终以铈磷灰石相的形式分离,以此实现了稀土精矿中Ce,La,Pr,Nd的梯级分离。

关键词：白云鄂博稀土精矿稀土元素超重力冶金梯级分离

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二次资源中有价金属湿法回收利用研究进展

中国有色金属学报 2023年

作者：徐唐灿钟怡玮谢佳俊葛建邦王明涌北京科技大学钢铁冶金新技术国家重点实验室

金属是支撑国民经济可持续发展的重要基础原材料。然而，随着金属矿产资源开采量的快速增加，高品位一次金属矿产日益枯竭。同时，在金属资源采、选、冶与产品利用过程，将产生大量种类繁多的复杂金属废弃物，处理不当极易造成严重的环... 详细信息

金属是支撑国民经济可持续发展的重要基础原材料。然而，随着金属矿产资源开采量的快速增加，高品位一次金属矿产日益枯竭。同时，在金属资源采、选、冶与产品利用过程，将产生大量种类繁多的复杂金属废弃物，处理不当极易造成严重的环境污染。另一方面，典型金属废弃物（如电镀污泥、阳极泥、有色冶金渣、电子废弃物、废旧锂离子电池等）往往富含Au、Ag、Ni、Mo、Co、Cu、Zn、Cr等各种有价金属，是宝贵的二次金属资源。本文以二次资源为对象，分析介绍了典型传统和新兴二次金属资源的元素组成特点、高价值性及危害性，并从二次资源的湿法浸出、浸出液中金属的富集与分离和金属提取三个方面对二次金属资源湿法回收全流程研究进展进行了系统的综述。

关键词：二次资源湿法冶金浸出金属提取电化学冶金

CaO-SiO-FeO-AlO-NaO渣系对铁水同时脱磷脱硫行为的影响

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钢铁研究学报 2023年

作者：吴耀庭张延玲赵峥北京科技大学钢铁冶金新技术国家重点实验室

基于常规的CaO-Fe2O3脱磷渣系和CaO-Al2O3脱硫渣系，开发出一种铁水同时预脱磷脱硫的CaO-SiO2-Fe2O3-Al2O3-Na2O渣系，以减轻转炉冶炼任务，减少转炉炼钢渣量，缩短转炉冶炼时间，进而实现低成本生产洁净钢。实验室结果表明：终渣碱度R... 详细信息

基于常规的CaO-Fe2O3脱磷渣系和CaO-Al2O3脱硫渣系，开发出一种铁水同时预脱磷脱硫的CaO-SiO2-Fe2O3-Al2O3-Na2O渣系，以减轻转炉冶炼任务，减少转炉炼钢渣量，缩短转炉冶炼时间，进而实现低成本生产洁净钢。实验室结果表明：终渣碱度R在2～4，Na2O质量分数在10%～14%，Al2O3质量分数在5%～11%，可同时达到脱磷脱硫的效果，脱磷率最高可达74%，脱硫率最高可达69%。基于反应渣样的XRD物相分析及SEM-EDS微区分析，证明了Na2O可实现同时脱磷脱硫的效果，阐明了渣系的碱度，Na2O含量及Al2O3含量对脱磷脱硫率的影响，分析表明:碱度会熔渣中剩余氧化钙的含量的变化从而影响脱磷脱硫；Na2O通过改变磷氧化物的固溶形式脱磷，改变基体硫容量影响脱硫；Al2O3通过影响熔渣熔点和熔渣中游离碱性氧化物含量影响脱磷脱硫。

关键词： CaO-SiO -Fe O -Al O -Na O渣系铁水预处理同时脱磷脱硫微区分析

过滤铸造法调控过共晶硅铝合金中初晶硅尺寸（英文）

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稀有金属材料与工程 2019年第7期48卷 2138-2145页

作者：郭磊李天阳温小椿郭占成北京科技大学钢铁冶金新技术国家重点实验室

初晶硅颗粒的细化是过共晶高硅铝合金制备过程中的一个主要问题。本研究提出了一种通过过滤的方式来获得含有细化初晶硅颗粒的高硅铝合金的方法。在过滤铸造的过程中,过共晶硅铝合金熔体保持在Al-Si二元相图共晶线偏上一点的温度。大颗... 详细信息

初晶硅颗粒的细化是过共晶高硅铝合金制备过程中的一个主要问题。本研究提出了一种通过过滤的方式来获得含有细化初晶硅颗粒的高硅铝合金的方法。在过滤铸造的过程中,过共晶硅铝合金熔体保持在Al-Si二元相图共晶线偏上一点的温度。大颗粒初晶硅被筛网阻拦下来,细小的初晶硅颗粒连同共晶熔体穿过筛网进入下部坩埚冷却结晶。在本研究中通过以上方法所制备的高硅铝合金中硅的质量分数约为27%,初晶硅颗粒的平均直径在45μm以下,圆度为1.43,布氏硬度(HB)为700 MPa。通过该方法有望制备出初晶硅颗粒球形度更高、硅含量更高的高硅铝合金产品。

关键词：过共晶硅铝合金细化初晶硅过滤 Al-Si

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酸洗污泥含碳球团渣铁浴处理过程中S的分布

钢铁 2022年

作者：许香帅赵峥张延玲北京科技大学钢铁冶金新技术国家重点实验室

不锈钢硫酸酸洗过程产生大量的酸洗污泥，其成分中含有高含量的CaSO;以及铁、铬等有价金属。活性炭经过多次吸附会丧失活性，但仍保持还原性能。由酸泥、活性炭混匀并焙烧制成含碳球团，在高炉过程渣铁混出时将该球团掷入渣铁熔池进行... 详细信息

不锈钢硫酸酸洗过程产生大量的酸洗污泥，其成分中含有高含量的CaSO;以及铁、铬等有价金属。活性炭经过多次吸附会丧失活性，但仍保持还原性能。由酸泥、活性炭混匀并焙烧制成含碳球团，在高炉过程渣铁混出时将该球团掷入渣铁熔池进行还原处理，酸泥中的Fe/Cr被还原后进入铁水，其他物质进入高炉渣，实现酸洗污泥的去毒、消纳和资源化利用的目标。鉴于硫酸酸洗后的污泥中含有大量硫元素，重点探讨以上工艺技术中球团焙烧温度、配碳量及球团在熔炼过程的添加量等因素对硫在各相中分配行为的影响趋势，主要采取热力学理论计算、实验室试验等研究手段。结果表明，球团C/S摩尔比为2，球团焙烧温度为400 ℃时，向渣铁浴熔池中加入1%占比的球团可控制渣铁浴终点铁水硫质量分数w([S;])在0.010%左右，此时熔渣固硫率可达到50%；球团C/S=0.5，球团焙烧温度为400 ℃或800 ℃时，向渣铁浴熔池中加入3%占比的球团，也可降低渣铁浴终点铁水硫质量分数w([S;])在0.010%左右，且酸泥中Fe/Cr回收率达88.27%，但熔渣固硫率较低。本研究充分说明，利用渣铁浴工艺处理酸洗污泥，通过合理调控试验参数，可有效控制终点铁水硫含量至较低水平，达到深脱硫效果，同时Fe/Cr具有较高的回收效率，渣铁浴前后炉渣成分变化极小，不会影响高炉渣安全性及后续利用，具有较高的环境和经济效益。

关键词：酸洗污泥含碳球团脱硫渣铁浴还原含铬固废

Ni/Fe比例对90Mo-Ni-Fe合金性能的影响

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中国有色金属学报 2022年

作者：刘俊汝张国华周国治北京科技大学钢铁冶金新技术国家重点实验室

为改善95Mo-Ni-Fe合金烧结致密化过程中晶间脆性的现象，本文研究合金中Ni和Fe的质量比对90Mo-Ni-Fe合金的影响，同时在此基础上通过添加少量MoB进行性能强化。以Mo、Ni、Fe的金属氧化物为原料，制备了微米级的90Mo-Ni-Fe复合粉体，并... 详细信息

为改善95Mo-Ni-Fe合金烧结致密化过程中晶间脆性的现象，本文研究合金中Ni和Fe的质量比对90Mo-Ni-Fe合金的影响，同时在此基础上通过添加少量MoB进行性能强化。以Mo、Ni、Fe的金属氧化物为原料，制备了微米级的90Mo-Ni-Fe复合粉体，并采用粉末冶金法烧结，对比了不同Ni/Fe(wt%)比的90Mo-Ni-Fe合金致密化程度、显微组织形貌及力学性能的差异。结果表明：随着Fe占比的增加，可以抑制90Mo-Ni-Fe合金中Mo晶粒的长大，同时减少晶间脆性金属间化合物的形成；90Mo-5Ni-5Fe合金的硬度和弯曲强度最高达到655HV和613MPa。结合断口形貌分析，脆性金属间化合物的存在恶化了界面性能，导致材料的弯曲强度降低。另外，添加2wt%MoB后，90Mo-5Ni-5Fe合金的相对密度和硬度分别提高为98.00%和861HV。

关键词： 90Mo-Ni-Fe合金 Ni/Fe MoB 结构演变力学性能

连铸板坯三维二冷动态配水与精准压下研究与应用

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工程科学学报 2021年第12期43卷 1666-1678页

作者：张炯明周青海尹延斌吴星星刘华阳北京科技大学钢铁冶金新技术国家重点实验室北京100083

在现有工艺条件下,校验和完善二冷区铸坯凝固传热计算数学模型,开发三维二冷配水模型,解决目前设备状况下冷却水分布不均匀对铸坯温度的影响,从而控制铸坯表面质量,特别是铸坯的角部裂纹,同时对板坯连铸二冷配水制度进行改进和优化,使... 详细信息

在现有工艺条件下,校验和完善二冷区铸坯凝固传热计算数学模型,开发三维二冷配水模型,解决目前设备状况下冷却水分布不均匀对铸坯温度的影响,从而控制铸坯表面质量,特别是铸坯的角部裂纹,同时对板坯连铸二冷配水制度进行改进和优化,使之满足高效连铸生产条件和改善铸坯质量的需要.提出压下参数计算公式,结合所开发三维二冷配水模型,优化现有压下工艺,提出并应用精准可控单段压下、非稳态压下控制,集中解决连铸板坯中心偏析、中心疏松和缩孔等内部质量问题.同时优化模型数据库,使之数据更加完备,模型计算更加准确,同时模型具备异钢种混浇过程二冷及压下控制功能,能够进行凝固终点W形预测与控制,可进一步提高模型适用性和准确性.模型开发并成功在多家钢厂现场应用,有效改善了铸坯裂纹和偏析等铸坯表面和内部的质量问题.

关键词：连铸板坯二冷配水精准压下双目标温度裂纹偏析