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不同变质程度煤在胶质体阶段的碳结构演变探究

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低碳化学与化工 2024年

作者：许恒光田露戚悦昕徐秀丽窦金孝余江龙辽宁科技大学辽宁省先进煤焦化重点实验室中钢集团鞍山热能研究院有限公司

煤炭清洁高效利用对实现双碳目标具有重要意义。利用自制焦炉对5种炼焦煤（观音堂焦煤、马头焦煤、五沟肥煤、萧县肥煤和兖州西气煤）进行热解成焦，并提取了不同温度段的煤样。结合傅立叶变换红外光谱（FTIR）和X射线衍射（XRD）等表... 详细信息

煤炭清洁高效利用对实现双碳目标具有重要意义。利用自制焦炉对5种炼焦煤（观音堂焦煤、马头焦煤、五沟肥煤、萧县肥煤和兖州西气煤）进行热解成焦，并提取了不同温度段的煤样。结合傅立叶变换红外光谱（FTIR）和X射线衍射（XRD）等表征手段对煤样的碳结构进行了探究。FTIR结果显示，5种原煤的芳香结构以苯环二取代和四取代为主，相对含量均达到50%以上，随着温度升高5种煤样的苯环二取代相对含量均有不同程度降低，而苯环四取代和五取代相对含量变化则呈现两段性。5种原煤的脂肪结构以甲基和亚甲基为主，随温度升高，观音堂焦煤、马头焦煤、五沟肥煤和萧县肥煤中的亚甲基相对含量分别降低了18.85%、13.75%、16.50%和12.65%，而兖州西气煤的亚甲基相对含量在450℃达到最低，其次甲基相对含量在450℃后迅速从42.11%降低至22.87%。计算了5种煤样的FTIR结构参数，发现450～550℃阶段煤样的芳碳率、芳氢率均明显增加，脂肪支链长度迅速下降。XRD结果显示，随着温度升高，焦煤和肥煤的层间距减小至0.344～0.346 mm，而气煤的层间距只降低了0.007 nm,5种煤样的横向尺寸呈现先降低后增加的趋势，而堆垛高度则呈现增加的趋势。焦煤和肥煤的碳结构参数变化明显，焦煤的芳香度提高至0.82左右，肥煤的提高至0.73左右，而气煤的芳香度仅有0.57。

关键词：煤热解胶质层傅立叶变换红外光谱 X射线衍射碳结构

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球形活性炭的制备、改性及应用研究进展

化工进展 2024年

作者：黄娇朱亚明岳佳兴王莹程俊霞赵雪飞辽宁科技大学化工学院辽宁省先进煤焦化技术重点实验室鞍山兴德材料科技股份有限公司

随着“双碳战略”政策的深入推进，低碳、低排放的生活方式已被大众普遍认可，因此炭材料的多元化、清洁利用受到广泛关注。球形活性炭（SAC）作为活性炭的一个重要分支，其凭借球形度高、孔隙结构发达、颗粒分布均匀、流动阻力小、机... 详细信息

随着“双碳战略”政策的深入推进，低碳、低排放的生活方式已被大众普遍认可，因此炭材料的多元化、清洁利用受到广泛关注。球形活性炭（SAC）作为活性炭的一个重要分支，其凭借球形度高、孔隙结构发达、颗粒分布均匀、流动阻力小、机械强度高等优点，在气体捕获、污水净化、能量储存、化学防护、催化等领域具有良好的应用前景。然而，部分前驱体在制备SAC时存在工艺繁琐、耗能高耗时长、易产生副产物等问题。为优化SAC的设计思路与制备工艺，本文以SAC在不同领域中的应用发展为导向，综述了SAC的前驱体选择、制备工艺、改性措施及其在各应用领域的研究成果和进展，并对未来SAC的应用前景做出展望，为实现SAC的多功能、规模化、绿色低碳发展，推动其前驱体的清洁、高附加值利用提供参考。

关键词：球形活性炭活性炭球纳米炭球改性技术应用

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利用生物质能实现低碳炼铁的研究进展

钢铁 2024年

作者：何志军盛宏沅高立华刘吉辉辽宁科技大学材料与冶金学院辽宁省绿色低碳与智能冶金重点实验室

钢铁行业中化石能源的消耗加剧了对环境的压力，铁前工序是整个钢铁行业节能减排的重要环节，在中国“碳达峰”和“碳中和”的目标下，寻求和使用可代替化石能源的绿色可再生能源是钢铁工业发展的必经之路。生物质作为绿色的碳中性资源... 详细信息

钢铁行业中化石能源的消耗加剧了对环境的压力，铁前工序是整个钢铁行业节能减排的重要环节，在中国“碳达峰”和“碳中和”的目标下，寻求和使用可代替化石能源的绿色可再生能源是钢铁工业发展的必经之路。生物质作为绿色的碳中性资源，具有分布广泛、低污染性和可再生等特点。生物质能源应用于炼铁生产可以有力地发挥出其节能减排的作用，对钢铁行业碳消耗具有重要意义。在讨论生物质资源分布、预处理方式、生物质利用方法以及生物质能理化性质的基础上，系统论述了天然生物质、生物质炭和生物质衍生物在直接还原铁、高炉喷吹、生物质焦炭、生物质球团、生物质烧结等方面的研究现状。首先得到生物质可作为反应物直接添加到球团中进行生物质铁矿球团的还原，也可利用生物质热解气化产生的合成气对铁矿石进行还原。其次，未来可进一步改进生物质的处理手段来优化生物质烧结矿和生物质球团矿的质量，通过改善原料粒度和原料配比等来优化生物质用于高炉喷吹或现有炉料制备工艺。基于生物质自身的理化特性，其作为铁前工序能源应用时还需要进一步开展相关基础性研究工作，针对大型高炉开发的生物质复合造块的铁矿原料的破碎强度和冶金性能需要进一步探索与实践，同时，加强行业间合作开发出高强度、高反应性的符合高炉生产的生物质复合炉料是未来的研究方向之一。

关键词：低碳炼铁节能减排生物质能生物质复合炉料生物质衍生物

基于CNN-LSSVM的转炉炉后动态合金加入量预测模型

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钢铁 2024年

作者：董晓雪韩啸杨鑫何志军乔西亚朱海琳辽宁科技大学材料与冶金学院辽宁省绿色低碳与智能冶金重点实验室

转炉炉后脱氧合金化是转炉炼钢过程中非常重要的环节，获取精确的转炉炉后合金收得率及合金加入量，可降低生产成本提高产品质量。以某钢厂120 t转炉冶炼HRB400E钢种的炉后操作为研究对象，通过RF（random forests，随机森林）结合递归... 详细信息

转炉炉后脱氧合金化是转炉炼钢过程中非常重要的环节，获取精确的转炉炉后合金收得率及合金加入量，可降低生产成本提高产品质量。以某钢厂120 t转炉冶炼HRB400E钢种的炉后操作为研究对象，通过RF（random forests，随机森林）结合递归特征消除法对影响硅锰合金收得率的因素进行回归分析，确定了9个转炉冶炼工艺参数作为后续模型的输入项。综合分析了BP、CNN、LSSVM算法的优缺点，分别建立了基于BP、CNN、CNN-LSSVM的转炉炉后合金动态收得率预测模型，获取并保存三者预测精度最高的网络结构参数，对比发现CNN-LSSVM模型的预测效果更为精确且贴合现场工艺特点，其决定系数为0.952，均方根误差为0.0068，平均绝对误差为0.0045。基于动态合金收得率模型，建立了转炉炉后操作合金加料预测模型，以成本最低角度确定转炉炉后合金配加方式，采用转炉炉后脱氧合金化和物料平衡原理，结合线性回归方法对原有合金加料方案进行优化。结果显示优化后的预测合金加料成本均低于实际加料成本，并且成品钢中碳元素质量分数从原来的0.220%～0.255%收窄到0.230%～0.248%、硅元素质量分数从原来的0.38%～0.65%收窄到0.40%～0.54%、锰元素质量分数从原来的1.31%～1.64%收窄到1.35%～1.60%，符合钢种内控标准且实现了成分收窄的效果。该模型能够指导实际生产操作，提高企业的经济效益。

关键词： CNN-LSSVM模型合金收得率合金成本特征提取出钢合金化

不同预热温度WC增强镍基合金堆焊层的微结构演化与摩擦学性能

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表面技术 2024年第9期53卷 127-136页

作者：张春霖张丽李胜利李静张诗涵解志文辽宁科技大学材料与冶金学院辽宁鞍山114051 辽宁科技大学机械工程与自动化学院辽宁鞍山114051

目的研究不同预热温度(200、400℃)条件下硬质颗粒增强镍基合金堆焊层的微观组织结构演化机理,以及对其力学性能、磨损性能的影响规律。方法采用等离子弧焊接技术在42CrMo钢基体表面堆焊硬质WC颗粒增强镍基强化层,利用X射线衍射(XRD)、... 详细信息

目的研究不同预热温度(200、400℃)条件下硬质颗粒增强镍基合金堆焊层的微观组织结构演化机理,以及对其力学性能、磨损性能的影响规律。方法采用等离子弧焊接技术在42CrMo钢基体表面堆焊硬质WC颗粒增强镍基强化层,利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、硬度计和摩擦磨损试验机,分析不同预热温度堆焊层的物相组成、微观组织形貌、力学性能和磨损性能,建立堆焊层制备工艺–微观组织结构–力学性能–磨损性能之间的强映射关系。结果堆焊层主要由γ-Ni/Fe、WC、W_(2)C、M_(7)C_(3)、M_(23)C_(6)、Ni_(2)W_(4)C、Cr_(3)C_(2)等物相组成,在预热温度200℃下堆焊层二次碳化物析出较少,发生了严重的WC颗粒沉降现象;在预热温度400℃下,堆焊层析出了大量的二次碳化物,WC颗粒沉降减弱,组织均匀性提高。在400℃下预热,相较于200℃下预热,堆焊层的磨损质量减少了51.85%,磨损率减少了51.89%。结论高预热温度和长保温时间可促进WC颗粒界面反应,驱动大面积二次碳化物的析出,有效缓解WC颗粒沉降,改善凝固组织中WC颗粒的分布均匀性,从而显著提高堆焊层的硬度和耐磨性。

关键词：预热温度等离子堆焊镍基WC涂层微观组织磨损机理

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加热工艺对难变形高温合金U720Li中γ'相溶解及晶粒长大行为的影响

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稀有金属材料与工程 2024年第8期53卷 2205-2216页

作者：武金江赵广迪姜昊源孙乙轩王博辽宁科技大学材料与冶金学院辽宁鞍山114051

变形前的加热工艺对高温合金的热加工性能具有重要影响。本研究通过开展等温加热实验研究了难变形高温合金U720Li中γ'相特征及晶粒组织随加热温度及保温时间的演变行为,进而为改善其热加工性能提供理论指导。为了更准确地描述γ'相和... 详细信息

变形前的加热工艺对高温合金的热加工性能具有重要影响。本研究通过开展等温加热实验研究了难变形高温合金U720Li中γ'相特征及晶粒组织随加热温度及保温时间的演变行为,进而为改善其热加工性能提供理论指导。为了更准确地描述γ'相和晶粒的特征,本实验采用电解腐蚀与化学腐蚀试样相结合的方法开展研究。结果表明,一次γ'的面积分数及尺寸随加热温度的升高及保温时间的延长逐渐减小。细小二次γ'比粗大一次γ'更易溶解,前者在1100℃保温30 min就可完全溶解,而后者在1180℃保温30 min才能完全溶解;一次γ'的不断溶解减弱了其对晶界的钉扎作用,导致合金的平均晶粒尺寸随加热温度升高及保温时间的延长逐渐增大,且在1180℃(高于γ'溶解温度)短时保温就发生了晶粒异常长大现象,形成混晶组织。最后,根据不同加热条件的晶粒长大行为,建立了U720Li合金在1050~1160℃的晶粒长大动力学模型。

关键词： U720Li合金加热工艺 γ'相晶粒长大

Zr含量对5083铝合金铸轧板组织和性能的影响

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材料导报 2024年第15期38卷 56-61页

作者：刘柱孙玉崇侯忠霖徐振吕哲陈庆强辽宁科技大学材料与冶金学院辽宁鞍山114051 辽宁科技大学冶金设备与过程控制省级重点实验室辽宁鞍山114051 山东建筑大学机电工程学院济南250101

采用立式双辊铸轧机制备了Zr含量为0%~0.25%(质量分数,下同)的5083-xZr铝合金铸轧板。采用光学显微镜和扫描电镜对铸轧板边部与心部的组织进行观察分析。利用电化学工作站和电子万能试验机对铸轧板的耐腐蚀性和室温拉伸性能进行检测,系... 详细信息

采用立式双辊铸轧机制备了Zr含量为0%~0.25%(质量分数,下同)的5083-xZr铝合金铸轧板。采用光学显微镜和扫描电镜对铸轧板边部与心部的组织进行观察分析。利用电化学工作站和电子万能试验机对铸轧板的耐腐蚀性和室温拉伸性能进行检测,系统研究了Zr含量对5083铝合金铸轧板的微观组织及性能的影响。研究结果表明,Zr对5083铝合金铸轧板的晶粒有明显的细化作用,随着Zr含量的增加,晶粒的细化作用增强,边部晶界上的析出相增多,心部粗大的共晶相得到改善,铸轧板的力学性能提升。在四种成分的合金中,当Zr含量为0.25%时,合金的耐腐蚀性较佳,自腐蚀电位为-654.5 mV,腐蚀电流衰减到1.37×10^(-7)A/cm^(2)。此时,板材的边部晶粒尺寸为46.87μm,心部晶粒尺寸为32.55μm,铸轧板的抗拉强度、屈服强度和延伸率分别为137.12 MPa、98.37 MPa和10.21%。

关键词： Zr元素微合金化铸轧板组织性能

Y对6082铝合金铸轧板微观结构及性能的影响

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材料导报 2024年第15期38卷 77-82页

作者：徐泽徐振吕哲宋华陈庆强辽宁科技大学材料与冶金学院辽宁鞍山114051 辽宁科技大学冶金设备与过程控制省级重点实验室辽宁鞍山114051 山东建筑大学机电工程学院济南250101

本工作研究了添加微量Y元素对双辊铸轧6082铝合金微观组织及力学性能的影响。设计不同含Y量,使用双辊铸轧机制备6082铸轧板材,采用X射线衍射、金相显微观察、扫描电子显微分析等手段,研究了合金中Y对6082铝合金铸轧板组织及性能的影响... 详细信息

本工作研究了添加微量Y元素对双辊铸轧6082铝合金微观组织及力学性能的影响。设计不同含Y量,使用双辊铸轧机制备6082铸轧板材,采用X射线衍射、金相显微观察、扫描电子显微分析等手段,研究了合金中Y对6082铝合金铸轧板组织及性能的影响。结果表明:Y元素有明显的细化效果,Y含量为0.35%(质量分数,下同)时,板材边部和心部平均晶粒尺寸达到最小,分别为30.9μm和25.7μm,且此时板材性能最好,抗拉强度、屈服强度和延伸率分别为200.5 MPa、129.9 MPa和14.9%。继续添加Y,组织中的杂质相和稀土化合物显著增加,材料的塑形大幅降低。经分析,Y元素偏聚于晶界,形成的Al_(3)Y、Y_(5)Si_(3)等化合物不仅可抑制晶界的迁移,起到一定的细化作用,还能改善晶界上粗大的共晶相,Y与合金中的Fe元素发生交互作用,使组织中脆性针状富铁相向颗粒状转变,改善合金的塑性。

关键词：双辊铸轧 6082铝合金钇微合金化

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硅钢表面诱导共沉积钴铁软磁合金

中国表面工程 2024年第3期37卷 185-194页

作者：邢洪旋胡宪伟李继东王耀武赵辰旭辽宁科技大学冶金工程省级重点实验室鞍山114051 东北大学冶金学院沈阳110000

针对硅钢的耐蚀性和软磁性能的问题,提出在硅钢表面诱导共沉积制备Co-Fe软磁合金镀层的工艺。采用SEM、XRD与VSM分析镀层微观形貌、相结构及软磁性能,并研究硫酸钴浓度、沉积电流密度、pH以及酒石酸钠浓度等工艺参数对镀层微观结构以及... 详细信息

针对硅钢的耐蚀性和软磁性能的问题,提出在硅钢表面诱导共沉积制备Co-Fe软磁合金镀层的工艺。采用SEM、XRD与VSM分析镀层微观形貌、相结构及软磁性能,并研究硫酸钴浓度、沉积电流密度、pH以及酒石酸钠浓度等工艺参数对镀层微观结构以及镀层元素含量的影响。结果表明:硫酸钴浓度20 g·L^(-1),酒石酸钠浓度45 g·L^(-1),pH=8,电流密度0.3 A·cm^(-2)为最优工艺参数,且镀层形貌致密,晶粒分布均匀;各个不同工艺参数下得到镀层的相结构均为Co7Fe3,且择优取向无显著差别;当钴含量达到65.11%时,饱和磁化强度达到209 emu·g^(-1)((A·m^(2))/kg),矫顽力低于4 Oe(1 Oe=79.6 A/m),镀层具有最优的软磁性能。在pH=5的酸性溶液中,钴铁合金镀层的腐蚀电位正移了0.012 V,自腐蚀电流密度降低为2.86μA·cm^(-2),具有更好的耐蚀性能。通过对硅钢表面诱导共沉积Co-Fe软磁合金进行研究,为今后的硅钢资源防护利用提供了新思路。

关键词：硅钢诱导共沉积钴铁合金软磁性能耐蚀性能