- 储满生
;董俊龙
;李峰
;唐珏
;田宏宇
;
在“双碳”背景下，高温氧化球团的余热回收成为钢铁生产的一个节能潜力点.采用氢气将热态氧化球团冷却，可提高球团的金属化率，降低后续冶炼工序的能量需求.本文中采用数值模拟方法，分析了冷却气流量及其氢气占比对球团冷却行为、金属化率、能量利用率及气体利用率的影响，同时还利用热态实验探索了冷却气对预还原球团冶金性能的影响.结果表明：适宜的冷却气流量可提升预还原球团的金属化率、能量利用效率和冷却气的利用率，过量的冷却气会导致降温过快，从而减少化学反应吸热，使金属化率下降；随着冷却气中氢气占比的增大，金属化率升高，但能量利用效率和冷却气利用率均降低；当采用纯氢冷却、气流量(标准状况下冷却1 t氧化球团)为800 m~3/t时，炉内气流分布均匀，冷却效果最优，预还原球团的金属化率、(火用)效率、冷却气利用率分别为31.5%,23.48%和26.4%;纯氢条件下冷却得到的预还原球团金属化率、抗压强度、转鼓指数分别为34.77%,1 902 N/个和98.21%,其抗压强度和转鼓指数均满足后续生产需求.
2025年05期 v.24;No.103 476-486页 [查看摘要][在线阅读][下载 1578K] - 冯军胜;焦宇鸣;赵亮;董辉;
为实现烧结矿余热的高效回收和烧结矿的充分冷却，提出烧结矿竖冷与环冷耦合的双级冷却装置，并借鉴局部非热力学平衡和多孔介质内流动传热理论，建立双级冷却装置内气体动量方程和气固双能量方程，采用数值模拟的方法研究进口矿温、风温和风量等运行参数对装置内气固(火用)传递过程的影响.研究结果表明：出口热载体温度(火用)随进口矿温和风温的升高而逐渐变大，随进口风量的增大先增大后减小；进口矿温、风温和风量的增加均会导致床层内气流压力(火用)变大；双级冷却装置出口热载体焓(火用)随进口风量和风温的升高先增大后变小，随进口矿温的升高而变大.
2025年05期 v.24;No.103 487-494页 [查看摘要][在线阅读][下载 555K] - 于凯;王忠昊;朱红春;姜周华;
为了探究渣层厚度对熔融热解炉底吹工艺过程中熔池流动性的影响，以200 kg熔融热解炉为研究对象，基于流体体积(volume of fluid, VOF)方法，构建了熔融热解炉底吹模型，通过模拟多元炉料的熔分过程，确定了不同原料配比下熔池中钢液/渣层与原料的质量比及渣层厚度.结果表明：使用70%废钢+30%直接还原铁(DRI),80%废钢+20%DRI,90%废钢+10%DRI进行熔分后，渣层厚度分别为118,74,41 mm, DRI占比越高，渣层厚度越大；在底吹流量(标准状况)为0.2 m~3/h的条件下，随着渣层厚度的增大，钢液上部及渣层的流场分布更均匀，流速也更高，钢液中下部的低流速区域逐渐扩大，熔池内流动死区体积也在增大，渣层上的渣眼面积逐渐减小直至消失，钢-渣界面的速度则先降低后升高；当以80%废钢+20%DRI作为冶炼原料时，熔池的流动性最优.
2025年05期 v.24;No.103 495-502页 [查看摘要][在线阅读][下载 978K] - 高赛;张朝发;陈建军;张万庆;李超;张虎成;
在氧枪喷头使用过程中，喷头扩孔现象通常会使氧气射流特性发生变化，从而影响转炉熔池的反应速度及稳定性.本文中将喷头设计理论与射流冶金特征计算相结合，分析了喷头扩孔对射流的速度、冲击深度和冲击面积的影响.结果表明：适当增加供氧流量和降低吹炼枪位，可以明显缓解喷头扩孔对转炉冶炼的不利影响.基于以上研究，制定了新的转炉供氧制度并成功应用于某钢厂100 t转炉生产中.实践结果表明：采用新的供氧制度后，钢铁料消耗随氧枪枪龄的增加呈小幅上升趋势，但整体稳定在1 030 kg/t,转炉冶炼吹氧时间可控制在13.1 min,转炉月平均终渣TFe质量分数可控制在14.58%,转炉冶炼效果较好.
2025年05期 v.24;No.103 503-508页 [查看摘要][在线阅读][下载 454K] - 刘壮;张天舒;杨建;吴腾浩;罗超;黄治成;娄文涛;
为实现高炉龄转炉生产低碳钢的长浇次冶炼，利用FactSage软件对熔渣脱碳过程进行热力学平衡计算，开发了120 t转炉炉后脱碳工艺，即通过向出钢后的钢包内抛撒氧化铁皮实现钢液脱碳，并将其成功应用于X65MS低碳管线钢的生产.理论研究结果表明：反应体系的压力对脱碳过程有显著影响，故要求出钢后加入氧化铁皮；通过热力学计算，可揭示氧化铁皮的加入量及炉后操作对脱碳的影响规律，结合熔渣发泡与后续生产实际，能够确定合理的炉后操作参数.工业试验结果表明：采用该工艺转炉出钢，钢液中的平均碳含量(质量分数，下同)为0.050%,进站的平均碳含量降至0.021%,钢液的平均脱碳率为58.0%,精炼进站碳含量的合格率为95.4%;与原有工艺相比，出钢碳含量平均提升0.016个百分点，出钢溶解氧含量平均降低0.015个百分点，连铸浇次长度从10炉增加至16炉，对钢板探伤结果不会产生影响.该炉后脱碳工艺在降低转炉出钢溶解氧含量和延长连浇炉次方面仍具有优化潜力，同时可为转炉生产其他低碳钢提供理论与实践指导.
2025年05期 v.24;No.103 509-516页 [查看摘要][在线阅读][下载 767K] - 孙美佳;孔维淼;廉功豪;王晨充;刘晓明;王强;王国栋;
本研究中构建了一套连铸坯等轴晶区的智能识别与分析系统.先通过图像预处理技术对连铸坯低倍组织图像进行标准化处理，并基于U-Net深度学习模型实现等轴晶区域的语义分割；继而采用OpenCV对分割结果进行红蓝像素统计分析，通过计算等轴晶区与背景区域的像素面积比来量化评估识别精度；最后运用Pearson相关系数解析连铸工艺参数对等轴晶率的影响机制，并建立以工艺参数为输入变量的机器学习预测模型，实现等轴晶率的智能化预测.结果表明：基于U-Net框架实现了连铸坯等轴晶区的精准分割，其中精细标注法识别率达83.5%,优于椭圆形标注法的82.5%,结合OpenCV数据增强处理后，模型的平均交并比(MIoU)提升2.5%;在等轴晶率预测中，Pearson相关性分析得出碳含量与等轴晶率的相关性最强(r=0.8),其中随机森林(RF)、极致梯度提升(XGB)模型表现最优.
2025年05期 v.24;No.103 517-528页 [查看摘要][在线阅读][下载 1095K] - 董凯伟;
以某锌冶炼厂次氧化锌酸浸铅渣为原料，研究了焙烧温度、焙烧时间对氧化焙烧过程、焙烧后渣中Zn和Cd浸出性能的影响，并采用化学分析、X射线荧光分析(XRF)、工艺矿物学自动定量分析(MLA)、热重-差示热综合分析(TG-DSC)、X射线衍射分析(XRD)等手段，对铅渣组成及铅渣在氧化焙烧过程中的矿相转变进行表征.结果表明：铅渣主要由铅矾、闪锌矿、方铅矿、单质硫、石英等组成；在氧化焙烧过程中，铅渣中少量的水分和单质硫挥发逸出，当焙烧温度升至550℃时，铅渣中ZnS先被氧化为ZnO,当进一步升至600℃时，铅渣中CdS开始被氧化为CdO和CdSO_3;提高氧化焙烧温度和延长氧化焙烧时间均有利于铅渣中Zn与Cd的回收，在650℃氧化焙烧60 min的条件下，铅渣中Zn的浸出率可达到99.48%,Cd的浸出率为90.12%.
2025年05期 v.24;No.103 529-536页 [查看摘要][在线阅读][下载 1040K] - 李英楠;李凤华;樊占国;
YBa_2Cu_2O_(7-δ)(YBCO)超导膜的临界电流密度依赖于温度与磁场，在电流快速变化的情况下，超导膜磁化易产生局部过热并诱发磁通跳跃.本文中通过掺杂高导热性氮化硼(BN)纳米粒子，以提高YBCO薄膜的热稳定性.采用溶液法沉积了BN-YBCO超导前驱膜，并对热处理后的样品进行图形加工，获得四引线微桥结构.扫描电镜(SEM)结果表明，BN纳米粒子在YBCO超导膜中分散均匀，经多层涂敷后，膜厚增加至750 nm.I-V测试结果表明：在自场和50 mT磁场下，未掺杂样品的J_c值分别为1.21,1.20 MA/cm~2,BN掺杂样品的J_c值分别为0.90,0.42 MA/cm~2;当电流加载速率达到100 mA/s时，BN掺杂样品在自场和50 mT磁场下的J_c值下降幅度均显著低于未掺杂样品，降幅分别为后者的56%和38%,这说明掺杂有效提升了J_c的稳定性.
2025年05期 v.24;No.103 537-544页 [查看摘要][在线阅读][下载 649K] - 曹晓畅;钟丰懋;张正;梁德超;李林波;吕超;
为了满足锂电池制浆过程中对浆料混合均匀性的要求，在原始桨型的基础上，进行了搅拌桨的优化设计，提出了5种不同的改进搅拌桨型，同时结合计算流体力学(CFD)模拟与实验测试，研究了各桨型对应的流场特性、混合效果及单位体积混合能.结果表明：与原始桨型相比，优化后的搅拌桨在混合时间和功率消耗方面均有所减少，混合效率更高；其中，B23-VA-HR桨型的混合时间最短，比原桨型降低了54%,PB13-VA-HR桨型的单位体积混合能最低，比原桨型降低了58.4%.该研究成果可为锂电池制浆设备的结构优化提供理论依据与工程参考.
2025年05期 v.24;No.103 545-553页 [查看摘要][在线阅读][下载 932K] - 李东刚;洪文波;尹吉安;彭雨晴;李栋航;
针对第三代γ-TiAl(Ti45XD)合金在航发低压叶片制造中面临的过热度不足以使难熔元素均质化难题，系统研究了高透磁铜锰坩埚对冷坩埚悬浮精炼工艺的优化作用.通过多物理场(磁场、磁场力、温度场)耦合模拟与实验验证，发现该新型坩埚可使熔体磁感应强度提升至纯铜坩埚的6倍，电磁力增强了1个数量级，悬浮驼峰比提高了45%,熔体过热度提高了约200℃.采用扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)等表征手段，证实合金形成γ+α_2近片层组织结构，电感耦合等离子体光谱(ICP)分析显示，Nb和TiB_2等难熔元素实现了目标成分均质化添加.该研究结果为高性能TiAl合金的制备提供了新思路.
2025年05期 v.24;No.103 554-563页 [查看摘要][在线阅读][下载 671K] - 艾峥嵘;张玉;柏雪晴;李思源;包雪平;吴红艳;贾楠;
为了探究退火工艺对超低温轧制304奥氏体不锈钢显微组织与力学性能的影响，先对亚稳态304奥氏体不锈钢进行固溶处理，经总压下量65%的超低温轧制变形后，分别在700℃和750℃下进行一次退火(保温5 min)和循环退火(每次保温1 min,重复循环5次).结果表明：随着退火温度的升高，逆相变奥氏体体积分数增加，并且循环退火试样中逆相变奥氏体体积分数高于一次退火试样，750℃下循环退火处理后逆相变奥氏体体积分数为82.9%;循环退火可显著细化晶粒，循环退火试样的平均晶粒尺寸约为一次退火试样平均晶粒尺寸的1/2;在相同退火温度下，循环退火试样的硬度小于一次退火试样，750℃下循环退火试样与一次退火试样的强塑积分别为46.4 GPa·%和47.2 GPa·%.该研究结果可为不同应用场景下高性能奥氏体不锈钢的制备提供新思路.
2025年05期 v.24;No.103 564-570页 [查看摘要][在线阅读][下载 726K]
<正>获奖者:姜周华等针对我国传统电渣重熔技术存在电耗高、污染重,效率低、成本高、质量差等问题,姜周华教授带领团队历经十余年产学研合作研究,采用“基础研究-关键共性技术-应用示范-行业推广”的创新模式,创立了高端特殊钢材料电渣重熔制备的两大理论:“CSP超高洁净度控制”和“SCOM均质化凝固理论”。创新开发了“高洁净、高均质电渣重熔成套技术与装备”和“电渣重熔过程节电和除氟技术”等四项技术。
2025年05期 v.24;No.103 408页 [查看摘要][在线阅读][下载 742K] -
<正>获奖者:朱苗勇等东北大学联合攀钢、唐钢等单位,历经十年攻关,该项目首创了连铸凝固末端动态重压下技术,研制出了世界上最大压坯能力的增强型扇形段(1900吨)核心装备,开发形成了“高效、准确、稳定”压下集成技术。从理论、工艺、装备等方面研发应用了适用于我国“一线多产”的动态重压下关键工艺与装备技术,即通过在连铸坯凝固末端及完全凝固后实施大变形压下(压下量约为铸坯厚度的10%),
2025年05期 v.24;No.103 409页 [查看摘要][在线阅读][下载 696K] <正>获奖者:王强等大规格高性能金属产品是高端装备的基础和核心,应用电磁场独特的“制动、驱动和振荡”效应精准调控大型坯料凝固过程,可从根源上提高坯料的冶金质量。东北大学联合本钢集团有限公司,山东钢铁股份有限公司,鞍钢股份有限公司,新疆众和股份有限公司,中冶建筑研究总院有限公司,宝山钢铁股份有限公司,和铝坯料,实现了相关技术反超及其在大型坯料生产领域的自主可控。
2025年05期 v.24;No.103 410页 [查看摘要][在线阅读][下载 687K] -
<正>《材料与冶金学报》于2002年创刊,双月刊,由东北大学主办,中华人民共和国教育部主管。中文核心期刊入选:2011年版、2015年版、2017年版、2020年版、2023年版。国内数据库收录:中国知网(CNKI)、万方数据、维普网、超星期刊、长江文库。国外数据库收录:俄罗斯《文摘杂志》(AJ)、美国化学文摘社(CAS)、美国《剑桥科学文摘》(CSA)、波兰《哥白尼索引》(IC)及哥白尼索引精选数据库(ICI Journals Master List)、美国《乌利希国际期刊指南》(ULRICH)、日本JST数据库、欧洲学术出版中心数据库(EuroPub)、美国EBSCO数据库。
2025年05期 v.24;No.103 571页 [查看摘要][在线阅读][下载 733K] 下载本期数据