华北理工大学冶金工程专业学位研究生培养模式存在的问题及改革策略

以华北理工大学冶金工程专业为核心的河北省"钢铁行业节能减排协同创新中心"正式成立。为进一步做好专业学位全日制研究生的培养工作,文章以华北理工大学冶金工程专业为例,从师资队伍建设、课程体系建设和培养模式改革、论文评价体系改革等方面对该专业学位研究生培养模式存在的不足进行了分析,并指出了改革的方向。

含铟粉尘的处理工艺现状与展望

含铟粉尘是金属冶炼流程产生的固体废弃物之一,包含锌、钾、铝、铁、铟、铅、镉等金属,是回收稀有金属铟的重要原料。针对现阶段含铟粉尘回收铟过程中存在的分散损失严重、回收率低、处理难度大等问题,本文以含铟粉尘回收铟的全流程处理工艺为主线,对含铟粉尘处理过程中火法预处理、湿法浸出、富集分离等环节的常用技术和工艺进行对比分析,探究不同工艺的独特机理和处理流程,同时讨论不同工艺的特点和局限性,指出现阶段各工序工业生产中存在的问题;重点综述铟湿法浸出和富集分离提取两个环节的技术进展,并基于现阶段工业粉尘“无害化、减量化、资源化”的处理目标与发展趋势,提出未来含铟粉尘综合回收处理的新思路,为实现含铟粉尘中铟等高附加值元素回收利用提供参考。

以思维模式构建为导向的冶金工程专业互动式教学改革——以华北理工大学为例

文章以华北理工大学为例,首先阐述了以思维模式构建为导向的冶金工程专业互动式教学改革的实施,然后论述了以思维模式构建为导向的冶金工程专业互动式教学改革的实施效果。

氢冶金基础研究和新工艺探索

高炉炼铁和直接还原是目前最为主流的两大炼铁技术。高炉炼铁产能大,效率高,但其高焦比高能耗的现实与环境绿色发展的矛盾日益突出。煤基、气基直接还原或熔融还原技术的创新研发不断固化为效能的提高和成本的降低。但是,现有工艺下以碳的高效利用为核心的技术正在不断接近降碳的潜能极限。为按期实现碳中和、碳达峰的目标,钢铁制造业积极开发探索铁矿石的替代还原技术。在炼铁过程中合理利用H_(2)对减少能源使用和CO_(2)排放的作用越来越显著。本文论述了氢气还原铁矿石的基础研究、氢冶金的技术优势、我国氢冶金技术成果和发展面临的问题,提出并验证了采用微波照射实现含铁矿石的富氢或纯氢冶炼得到铁粉的新思路。在以H_(2)/CO为还原剂的对比实验中,微波加热比常规加热方式还原效果好,微波下1100℃时CO还原金属铁的还原率只达到3.1%,同条件下,H_(2)还原金属铁的还原率可达78.6%。

基于SHI价值引领与BOPPPS教学模式的冶金传输原理课程思政建设

基于冶金工程专业培养方案,分析了冶金传输原理课程思政目标及特点,建立了基于SHI价值引领的课程思政教学案例库,设计了基于BOPPPS的课程思政教学模式。该模式有利于充分调动学生积极性,实现课程思政内容与教学内容的深度融合。

连铸过程中的提拉速工业试验研究

高效连铸的核心是高拉速技术,目前高拉速技术在钢铁工业生产中占据着十分重要的地位。为探究拉速对于钢水洁净度的影响,以镀锡板钢种为研究对象,在连铸过程中开展了提拉速工业试验研究,对中间包、铸坯和冷轧卷夹杂物的密度、平均尺寸、夹杂物形态比及夹杂物种类进行了分析检验。结果表明:拉速对于夹杂物类别影响不大,夹杂物均为Al_(2)O_(3)夹杂、Al_(2)O_(3)-CaS/(CaS-MnS)复合夹杂、Al_(2)O_(3)-CaO-MgO复合氧化物夹杂、MnS/(CaS-MnS)硫化物夹杂;但与低拉速相比,高拉速下产量有明显增加,且有利于减少Al_(2)O_(3)-CaS/(CaS-MnS)复合夹杂的产生。这些结果为提拉速后的夹杂物研究提供了重要的理论指导。

气泡在钢包冶金中行为与作用的研究进展

综述了气泡在钢包冶金中的行为与作用的研究进展,结合气泡行为研究使用的试验装置和研究方法,分析了液体中气泡的运动行为与原理,包括气泡形成、上浮、长大、破碎、聚并和逸出破裂过程,阐述了气泡形成、气泡尺寸、上升速率、运动轨迹和破裂液滴等特征及其变化规律。讨论了气泡在钢包冶金中的作用,主要涉及均匀钢液成分和温度、去除夹杂物以及渣-金界面气泡夹带等方面。充分发挥气泡的冶金作用,可有效改善冶金工艺流程,提升钢铁性能和品质。

退火工艺下轧制差厚板非均匀温度场研究

轧制差厚钢板具有连续变化的厚度特性,因此在退火工艺下不同厚度区域的温度变化路径存在显著差异。这种差异改变了轧制差厚钢板的微观组织及力学性能,进而直接影响其后续成形及服役性能。为掌握退火工艺下轧制差厚钢板具有的性能差异化特性及产生内因,需要对轧制差厚钢板热处理过程中的温度分布及规律进行系统研究。研究所用轧制差厚钢板的几何特征为:薄区、过渡区及厚区纵向长度均为50 mm;薄区厚度1 mm,厚区为1.5 mm,差厚比1.5,过渡区厚度连续变化且无突变。建立了同步考虑轧制差厚钢板厚度连续变化特性及综合传热形式的温度场非稳态理论模型,并通过实验方法验证理论模型准确性。结果表明,在预设退火温度780℃的升温历程中,以薄区达到临界温度的时间(75 s)为测温终点,各厚区最高温度为779.3℃;最高温差135.1℃,整体呈现先增后减的趋势;最大升温速率为21.9℃/s,之后各区域升温速率逐步递减且在到达37 s时各厚区升温速率的高低顺序发生转变。研究通过分析轧制差厚钢板随时间变化的温度分布态势与其内在规律,以期为轧制差厚钢板热处理后的性能差异化预测提供理论基础及有效方法。

响应曲面法优化甲烷水蒸气重整制氢工况参数

基于Chemkin的蜂窝整体式反应器计算甲烷水蒸气重整中的甲烷转化率和氢气产率,得到不同工况参数(反应器温度、水蒸气与甲烷的摩尔比(水/碳比)和压力)对甲烷转化率和氢气产率的影响。采用响应曲面法以及Box-Behnken-Design模型对不同工况参数进行优化,建立以氢气产率为响应目标的响应模型。结果表明,水/碳比和反应器温度对氢气产率的影响最为显著。当反应器温度为1079.65 K、水/碳比为3.94、压力为0.11 MPa时,模拟3次的平均氢气产率为80.58%。采用化学反应过程仿真与数值结果预测相结合的方法,显著减少了仿真时间,提高了计算效率和精度。

轧制退火工艺对高碳含量孪晶诱发塑性钢拉伸变形行为的影响

以Fe-18Mn-1.0C高碳含量TWIP钢为研究对象,利用单向拉伸试验、光学显微镜和扫描电子显微镜研究了冷轧压下量和退火温度对高碳TWIP钢拉伸变形行为的影响。结果表明,随着压下量的增加,试验钢中产生大量变形组织,在轧制变形组织作用下,Fe-18Mn-1.0C钢的屈服强度及抗拉强度显著提高但塑性降低;冷轧高碳TWIP钢拉伸过程中产生动态应变时效(DSA)现象,随着压下量的增加,锯齿幅度减弱,锯齿数量减少,DSA现象减弱;对冷轧40%试样进行不同温度的退火处理,发现随退火温度的升高,试样屈服强度降低,当退火温度超过400℃时,抗拉强度明显下降,伸长率出现先增加后降低的现象;对于高碳TWIP钢,当退火温度超过400℃时,碳化物快速析出是其抗拉强度及伸长率降低的主要原因。

球磨工艺对医用Ti–Mg复合材料力学性能的影响

采用球磨+冷压制坯+微波加热烧结工艺制备Ti–15Mg复合材料,研究球磨工艺对Ti–15Mg混合粉末性能以及烧结后复合材料力学性能的影响。结果表明:以200 r·min^(-1)球磨转速球磨8~10 h,随着球磨时间延长,混合粉末的平均粒径明显变小,粉末粒度分布逐渐集中在10~45μm区间,粉末的球形度增加。在长时间球磨过程中,软质镁颗粒受到强烈撞击、研磨,引起表面破碎,钛颗粒出现了体积破碎和表面破碎,最终导致软质镁颗粒包裹脆性钛颗粒。球磨8 h后,混合粉末未出现明显的氧化,混合粉末中钛、镁粉末分布较为均匀,复合材料的力学性能较为优良,符合作为医用材料的力学性能要求。在低球磨转速下,球磨转速的提高不会导致粉末性能和烧结后复合材料性能出现明显变化。最佳球磨工艺参数为球磨时间8 h、球磨速度200 r·min^(-1),过程控制剂为正己烷。

基于响应面法的锌-铁-锰合金脉冲电沉积工艺优化

[目的]采用脉冲电沉积法在Q235钢表面制备Zn-Fe-Mn合金,以提高低碳钢的耐蚀性。[方法]先通过单因素实验研究了不同因素对Zn-Fe-Mn合金镀层耐蚀性的影响,然后以主要影响因素──pH、电流密度和温度为因子,镀层在3.5%Na Cl溶液中的腐蚀电流密度为响应值,采用响应面法对电沉积工艺进行优化,并建立了各因子与腐蚀电流密度之间的回归模型。[结果]电沉积Zn-Fe-Mn合金的较优工艺参数为:脉冲频率1000 Hz,占空比0.2,pH 6.0,电流密度62.60 mA/cm^(2),温度29℃,时间30 min。在较优条件下所得Zn-Fe-Mn合金镀层的实测腐蚀电流密度为2.26μA/cm^(2),与模型预测值仅相差1.80%。[结论]本文建立的回归模型可靠,可用于Zn-Fe-Mn合金电沉积工艺参数的优化,为开发高性能镀层提供理论支持。

基于“三融合”的《炼钢原理与工艺》课程体系优化研究

《炼钢原理与工艺》做为钢铁智能冶金技术专业的一门核心专业课程,在专业的教学中具有重要地位。随着我国教育制度的改革和教学理念的不断更新,针对近年课程教学现状分析,为使课程能更好的符合高技能应用型人才培养目标和专业相关技术领域岗位的任职要求,本文提出线上、线下融合,学、教融合,理论、实践融合,且以多元化指标进行课程评价体系的新型教学模式,旨在培养适应能力强、综合素质高的创新型技术性人才。

熔融还原炼铁工艺用耐火材料的研究进展

相较于高炉炼铁工艺,HIsmelt和Corex两种熔融还原炼铁工艺几乎不使用焦炭,且资源利用效率高,环保优势突出,但这两个工艺的熔渣中FeO含量普遍偏高,且技术成熟度和炉内反应机制的深入了解仍然不足,导致熔融还原炉的寿命普遍低于高炉的。分析了HIsmelt和Corex两大工艺的流程特点,总结了HIsmelt和Corex工艺用耐火材料的材料选择、维护和性能优化等方面的研究现状,指出了熔融还原炼铁工艺用耐火材料存在的问题及改进方向。

甲烷水蒸气重整反应速率模拟与机理分析

氢能作为清洁能源,具有巨大的发展潜力。甲烷水蒸气重整技术是一种经济且环保的制氢方式,可产出高纯度氢并减少碳排放。但在该反应的链转移过程中,由于反应速率变化较快,目前反应机理尚不明确。采用CHEMKIN模拟软件,将甲烷水蒸气重整反应动力学模型与平推流反应器(PFR)进行耦合,在温度为1200 K、水碳比(物质的量比)为3.0和气体入口质量流量为0.01 g/s的反应条件下进行模拟。通过分析CH_(4)、H_(2)O及中间产物CH_(3)基元反应速率,确定了影响反应的主要物质,进而对反应机理(主要指反应路径)进行了深入分析。结果表明,水蒸气和CH_(4)在催化剂表面发生的吸附和解吸附反应以及H_(2)O(s)(s代表吸附态)和CH_(4)(s)在催化剂表面发生的解离反应对甲烷水蒸气重整反应的影响较大;CH_(4)(s)在催化剂表面的两种解离反应分别为直接解离和与O(s)发生反应解离,且与O(s)发生反应的解离速率要高于直接解离速率。CH_(4)(s)在催化剂表面的反应路径为CH_(4)(g)→CH_(4)(s)→CH_(3)(s)→CH_(2)(s)→CH(s)→C(s),其中CH_(4)(g)→CH_(4)(s)→CH_(3)(s)对反应的影响最大。H_(2)O(g)同样吸附在催化剂表面,其反应路径为H_(2)O(g)→H_(2)O(s)→OH(s)→H(s)。

转炉气化脱磷炉渣留渣吹炼成渣路线理论分析

转炉渣作为炼钢工艺的副产品,具有极大的综合利用潜力,但磷元素富集限制了在炉内循环利用。基于溅渣护炉过程中进行熔渣气化脱磷操作,在实验室开展焦炭还原转炉渣气化脱磷热态试验。研究结果表明:留渣碱度在2.81~3.71时,气化脱磷渣的磷分配比随炉渣碱度的升高而增大;留渣的FeO质量分数在16%~28%时,随着FeO含量的增加,气化脱磷渣的磷分配比增大。气化脱磷渣具备一定的脱磷能力,在脱磷阶段的理论成渣路线应遵循高FeO含量,碱度先由高到低,然后缓慢增加,成渣过程中理论渣系控制在R=1.55~3.17,w(FeO)=28%~46%。采用该成渣路线进行生产实践,终点钢水磷质量分数降低了0.006百分点,钢铁料消耗降低了4 kg/t,渣料消耗降低了4.6 kg/t,既保证了高效脱磷,又降低了冶炼成本。

Mn_(2)O_(3)/AC微波处理烧结烟气协同脱硫脱硝研究

利用浸渍法制备了孔隙结构丰富、Mn_(2)O_(3)负载良好的活性炭(Mn_(2)O_(3)/AC),通过微波脱硫脱硝实验探究了Mn_(2)O_(3)/AC在不同温度、氧气含量和水含量条件下对烧结烟气微波脱硫脱硝的影响。实验结果表明,在180~420℃区间内,脱硫脱硝率随着温度的升高而增高,420℃时脱硫率为98.2%,脱硝率为80.25%,高温下Mn_(2)O_(3)/AC能够维持较高水平的脱硫性能;烧结烟气中的氧和水对脱硫脱硝有一定的促进作用,但含湿量过大对脱硫不利。Mn_(2)O_(3)/AC能够满足烧结烟气复杂成分微波脱硫脱硝要求,在O_(2)和H_(2)O(g)共存条件下脱硫脱硝率可维持在95%以上。Mn_(2)O_(3)/AC微波脱硫脱硝时不仅生成单质S和N 2,还生成了硫酸盐与硝酸盐等副产物,进而降低了负载活性炭的性能。

火法处理钢铁粉尘中有价元素研究现状及展望

针对国内外钢铁冶金粉尘的化学组成和各有价元素的赋存状态,本文比较了国内外提取钢铁冶金粉尘有价元素的工艺现状,并基于热力学基本原理,着重分析了火法处理工艺的影响因素及存在的问题。在此基础上,围绕钢铁冶金粉尘协同资源化问题,提出高效利用粉尘自身所含碳素资源,采用火法富集—湿法分离提取—尾渣资源化工艺是我国冶金行业未来实现钢铁冶金粉尘全量资源化的一条有效途径。

基于集成学习和工艺经验的烧结终点预报模型

提出了融合大数据技术和工艺知识的烧结终点预报系统。首先,采集、清洗、整合了实际烧结生产的海量历史数据,建立了烧结全流程大数据仓库。在此基础上,分析了烧结终点位置与烧结矿质量指标间的关系。然后,采用数据挖掘和工艺知识相结合的方法筛选出与烧结终点位置相关的重要特征变量,选用梯度提升树算法(GBDT算法)建立了烧结终点位置预报模型,并应用网格搜索和交叉验证方法对算法涉及参数进行了优化,而且在预报模型的外层建立了相应的专家规则。预报系统整体预测命中率达到88%以上,与以往的预报模型相比,预报系统的预报精度和泛化能力显著提升,对指导烧结实际生产有重要的作用。

传统扩散连接在金属材料加工中的研究及应用

高性能金属材料往往离不开好的加工工艺,扩散连接技术在金属材料领域发挥着重要作用。介绍了扩散连接技术的基本原理,解释了材料的固态扩散过程,以及与传统焊接方法相比的优势。讨论了扩散连接的影响因素,包括工艺参数、元素扩散和界面结合强度与断裂机理,尤其是温度、压强、保温时间对接头强度的影响。探讨了扩散连接在航空航天、核能领域的应用,并对扩散连接的进一步研究方向提出了建议。