氧气高炉的发展历程及其在北京科技大学的研究进展

首先介绍了氧气高炉的发展历程,早期的研究工作主要着眼于解决由于氧气代替空气鼓风而引起的“上冷下热”问题,并总结了各国研究者提出的氧气高炉流程及其主要特点.随后系统阐述了北京科技大学科研人员在氧气高炉工艺基础研究与工程技术开发方面所取得的主要进展.这些研究包括氧气高炉流程设计,含铁炉料还原与软熔,氧气鼓风及循环煤气喷吹条件下的煤粉燃烧,循环煤气加热过程中的物理化学变化等炉内反应与变化,以及在此基础上开展的回旋区及全炉数值模拟研究,为氧气高炉的工程化实施奠定理论基础.最后对氧气高炉的碳素流及节碳潜力进行了分析,并提出富氢碳氢循环氧气高炉将成为炼铁低碳化的重要发展方向.

低温净化冶金硅工艺(英文)

硼、磷杂质的去除在冶金净化法生产太阳能级多晶硅工艺中耗能最大。金属熔析净化法可以实现冶金硅在金属液中低温下熔化,而后再结晶净化,是一种可行的低能耗硼磷去除方法。对熔析体系的选择原则进行总结,筛选出铝、锡和铟金属作为合适的熔析介质。对于Sn-Si体系,1500K时硼的分凝系数为0.038,远小于纯硅熔点的对应值0.8。冶金硅二次熔析净化处理可使硼的质量分数由15×10-6降至0.1×10-6,而多数金属杂质可一次性去除至0.1×10-6以下。在熔析过程中,杂质和硅生成化合物是主要的杂质去除方式。提出一种以金属熔析法为基础的低温冶金硅净化工艺。

冶金生产余能回收的一种新的能量分析法

针对冶金生产余能回收过程,结合传统热平衡分析法和火用分析法提出了结合两者优点的新能量分析方法.并运用国内某大型钢铁厂的生产数据及相关参数建立起针对钢铁生产余能资源的能量分析模型.基于该模型提出了理论工序最小能耗,分析了各工序节能潜力.

赤泥在建筑材料和复合高分子材料中的利用研究进展

赤泥是一种综合利用率较低的工业固体废弃物,其规模化、全组分、安全利用对电解铝行业的绿色发展至关重要。通过制备建材等材料制品是实现赤泥等工业固体废弃物大宗利用的关键途径。充分利用赤泥的高碱性,将赤泥与硅铝质和硫酸盐类工业固废协同使用,可制备出性能优异的水泥或地质聚合物等胶凝材料。同时利用碱性赤泥和其他工业固废的协同作用,制备出的建筑砌块和道路水稳层材料固废使用量可超过90%。利用赤泥制备陶瓷或陶粒类烧结材料是绿色、低碳、高值、大宗利用赤泥的一条有效途径。而将赤泥用作复合高分子材料的填料可以实现赤泥的高附加值利用。近年来,研究学者关于赤泥制备胶凝材料、建筑砌块、道路水稳层材料、陶粒和复合高分子材料进行了系统研究,部分成果已经实现产业化推广。本文主要介绍了赤泥制备建材制品和复合高分子材料的最新进展,并从基础理论研究、应用技术开发、政策法规引导等方面针对赤泥基材料制品的产业化推广和赤泥综合利用率的提升提出了相应建议。

混煤燃烧特性及动力学分析

采用综合热分析仪(STA409PC),系统研究了分别配加0%,20%,40%,60%,80%,100%烟煤对无烟煤煤粉燃烧特性的影响.结果表明,随着烟煤配加量的增加,燃烧DTG曲线呈现双峰状向低温区移动,着火温度及燃尽温度降低,燃尽时间缩短,综合燃烧指数明显提高,燃烧特性得到改善;采用非等温模型Flynn-Wall-Ozawa(FWO)对主要燃烧过程进行动力学分析,当烟煤配加量从0%～100%时,煤粉燃烧活化能从133.94kJ/mol降低到78.03kJ/mol,且烟煤的配加量低于60%时,能够显著降低煤粉燃烧的活化能.

连铸中间包通道式感应加热设备设计与应用现状

连铸生产中,钢水在中间包内存在不同程度的热损失,必要的外部热源是维持钢水温度稳定、保证中包冶金效果的重要手段。对中间包通道式感应加热技术的发展、作用和原理进行了系统阐述。在解析其基本设备构成与功能的基础上,对中间包通道式感应加热装置设计和应用过程中的关键问题进行了分析和讨论。研究指出,该包型结构设计与应用过程中,首先必须保证加热通道的合理长度以及通道内钢水良好的流动状态,以兼顾合理的中包宽度和加热效果;其次,还应避免通道式感应加热过程中箍缩效应负作用的发生。

生物质焦促进煤粉燃烧动力学分析

采用热重分析仪系统研究了不同生物质焦配加量(0%、20%、40%、60%、80%、100%)对煤粉燃烧特性的影响,并分别采用非等温Flynn-Wall-Ozawa(FWO)和Kissinger-Akahira-Sunose(KAS)模型对燃烧过程活化能进行了计算。结果表明:煤粉中配加生物质焦有助于改善煤粉的燃烧特性,随生物质焦配加量的增加,煤粉的着火点和燃尽温度均降低,综合燃烧特性指数提高;生物质焦配加量为0%、20%、40%、60%、80%、100%时的活化能分别为164.24、146.57、136.90、119.91、95.79、62.37kJ/mol,活化能随生物质焦配加量的增加而降低。

钒钛磁铁矿金属化球团固结机理研究

以转底炉工艺为基础,在实验室模拟条件下,研究了钒钛磁铁矿金属化球团的固结机理。讨论了配碳量(C/O)、还原温度、还原时间对球团金属化率和抗压强度的影响,确定了金属化球团的固结机理。研究发现:钒钛磁铁矿金属化球团的抗压强度主要与金属铁相的数量和形态以及金属化球团内孔隙的大小有关;金属化球团孔隙的大小主要取决于配碳量高低和脉石所形成的渣相对金属化球团内部孔隙的填充状态;金属铁相的数量和形态则取决于金属化球团的还原程度。随着还原温度升高和还原时间延长,金属化球团内部金属铁相密集度增加,渣相流动性改善,从而导致金属化球团孔隙减少且变小,球团强度增加。

大粒度矿/返矿镶嵌烧结技术研究及其在首钢应用的分析

随着铁矿粉资源的劣质化和成本压力的增大,在烧结工序对铁矿粉进行高效处理是降低成本、提高企业竞争力的重要手段。参考日本烧结镶嵌式和返矿镶嵌式新工艺,根据京唐烧结用料情况,提出了在京唐烧结进行大粒度矿/返矿镶嵌的技术路线,并进行了相应的烧结杯试验,取得了利用系数提高0.05 t/(h·m2)以上、烧结矿质量可基本保证的效果。同时基于本研究认为,对于大粒度(>8 mm)矿粉配比较高的配矿结构,使用大粒度矿镶嵌较返矿镶嵌的效果更佳。本研究为首钢下一步进行工业试验提供了参考。

Mg含量对Ti-Mg复合脱氧钢中夹杂物与组织的影响

采用高温实验和光学显微镜、扫描电子显微镜等研究Mg含量对1873 K下Ti-Mg复合脱氧后铸锭样品中夹杂物组成、大小分布以及实验钢中晶内铁素体形核的影响。结果表明：当Mg含量（质量分数）为0.0015%-0.0026%时，实验钢中夹杂物的分布最为细小弥散，晶内铁素体形核效果较好。当奥氏体化温度为1200℃时，钢中晶内铁素体的比例较高，有利于晶内铁素体形核的最佳奥氏体晶粒大小为120μm左右。

烟煤与无烟煤混合煤粉燃烧过程的动力学研究

利用热重分析(TGA)方法系统研究了配加烟煤对无烟煤燃烧特性的影响。结果表明:煤粉燃烧主要由3个阶段组成,烟煤配加量和升温速率对燃烧过程有重要影响,随着烟煤配加量的增加,燃烧DTG曲线向低温区移动;实验所用煤种中的主要矿物元素是Si,Ca,Al,Fe,S,P,其中Mg,Zn,K,Na,Cl等含量较低,这些元素主要以氧化物、硅酸盐、碳酸盐、硫酸盐、氯化物和磷酸盐等形态存在,在低温燃烧过程中,矿物质挥发损失量对煤粉燃烧率的影响较小。采用非等温模型Flynn-Wall-Ozawa(FWO)对主要燃烧过程进行动力学分析,当烟煤配加量从0增加到100%时,煤粉燃烧活化能从133.94 kJ/mol降低到78.03 kJ/mol,且烟煤的配加量低于60%时,能够显著降低煤粉燃烧的活化能。

纳米锑掺杂二氧化锡担载IrO_2催化剂的制备与性能

在非氯盐体系下,采用化学共沉淀法制备纳米级锑掺杂二氧化锡(ATO)粉体材料,分析锑掺杂浓度、前驱体pH值和前驱体煅烧温度对电导率的影响;采用优化的Adams法,以纳米ATO粉体为载体,制备担载型析氧催化剂二氧化锒(IrO_2)/ATO,并进行XRD分析、电化学阻抗及极化曲线测试。制备ATO粉体电导率最大时(0.581 S/cm)的条件为:Sb掺杂浓度10%,pH值为3.5,煅烧温度为600℃。采用IrO_2/ATO催化剂的单体电池,在800mA/cm^2、80℃时,所需槽电压仅为1.40V。

放电电流密度对DMFC交流阻抗的影响

测试了膜电极组件(MEA)在不同工作电流密度(J)下的交流阻抗谱,并用等效电路L1R1(CR2)[QR3(L2R4)]进行拟合。内阻变化最平缓,先减小,后略微增大,变化幅度小于初始值的10%;阴极法拉第阻抗随着电流密度的增大而减小,当J>1.00 A/cm2时,产生的水膜导致三相界面减少后,该阻抗又增大;阳极反应的法拉第阻抗变化最显著,随着电流密度的增大而骤降,证明阳极反应阻抗取决于过电势;过电势不断增大,放电电流增加,导致催化剂表面的吸附物减少,使得阴极双电层电容特性不断增大,体现阳极反应中间物电催化性能的法拉第阻抗和弛豫现象的电感均降低。

基于3D-CAFE模型研究过冷度对430铁素体不锈钢凝固组织的影响

用3D-CAFE模型模拟了430铁素体不锈钢的凝固组织,研究了体形核最大过冷度对凝固组织的影响,而它的最大过冷度从2.20K以0.05K为间隔递增到3.35K。模拟结果表明,随着体形核最大过冷度增加,柱状晶区比例增加,等轴晶区比例减小,且外面激冷层细小等轴晶区和被拉长等轴晶区比例缩小。同时进行了430铁素体不锈钢的实验室凝固组织的研究,试验结果表明,在液相线温度下随炉空冷铸坯的凝固组织几乎都是球形等轴晶。实验与3D-CAFE模拟结果相吻合,说明3D-CAFE模型能为实验研究CET转变过程起到指导作用。

低合金高强度耐候钢Corten Cr2的耐腐蚀性

通过盐雾箱加速腐蚀试验和交流阻抗的测试,研究了3mm板Corten A钢(/%:0.59C、0.16Si、0.31Mn、0.14P、0.009S、0.49Ni、0.52Cr、0.35Cu)和Corten Cr2钢(/%:0.59C、0.16Si、0.30Mn、0.14P、0.012S、1.00Ni、1.94Cr、0.36Cu)的耐腐蚀性,并用扫描电镜和能谱分析法分析了锈层、基体的组织、成分和耐蚀机理。结果表明,在5%氯化钠盐雾腐蚀120 h后Corten Cr2钢的平均腐蚀速率为Corten A钢的65.86%;Corten Cr2钢腐蚀层表面和钢板表面Cr原子百分比和氧化铬的富集程度均高于Corten A钢。

超重力技术:电化学工业新契机

电化学工业涉及基础原材料生产和先进功能材料制备,是化工、冶金、材料等多学科交叉的过程工程。降低工业能耗、提升产品品质和制备新型材料是电化学工业可持续发展的推动力。然而,现存的核心瓶颈问题是缓慢的液相传质和气泡分离。超重力作为一种新型的过程强化技术,近年来在化学工业中获得广泛的关注。本文理论分析了超重力对电化学过程对流传质和气泡分离的强化作用,介绍和证实超重力下可实现水/氯碱电解过程强化,以及电沉积功能材料(如金属箔、活性电极、导电聚合物等)的结构与性能调节,将有望为电化学工业提供新的发展契机。

直接甲醇燃料电池电催化机理及多孔电极传质过程研究

直接甲醇燃料电池以其独特的优势被业界人士视为本世纪最有可能实现商业化的燃料电池.因此,众多研究院所和公司展开了深入研究,取得了瞩目的成就.本文分析了膜电极结构的电催化和多孔电极传质过程的机制,并结合制备工艺、有序多层结构以及电池内部传输过程,讨论了近年来膜电极在直接甲醇燃料电池相关的研究进展.

直接甲醇燃料电池稳定性的初步研究

在0.4 V的恒电位模式下进行了90 h的直接甲醇燃料电池(DMFC)稳定性测试,电池性能衰减率为94.63%。采用三电极技术对电极电位进行实时监测。随着电流密度的减小,阴极过电位减小、阳极过电位增加,电池性能的衰减主要来自阳极性能的损失。结合电化学阻抗谱(EIS)及等效电路,对MEA性能的衰减机理进行了解析,并从MEA关键材料的结构变化进行了验证。MEA微结构的变化,导致电池内阻增大了3.19倍,主要表现为阳极扩散层的剥离及微孔层中碳粉的脱落;阳极催化层结构的瓦解导致阳极电化学反应的法拉第阻抗显著增大。

转炉-连铸区段精细化控制节能潜力研究

针对转炉-连铸区段钢水温度和操作时间不同控制精度所蕴含节能潜力的问题,建立基于生产实践的钢水温度和操作时间精细化控制模型,提出相应的计划额外能耗和实绩额外能耗的概念和计算方法。并以某钢厂生产钢种SPHC-W的生产实绩数据为例,对目前钢水温度和操作时间控制水平的节能潜力进行计算,得到计划潜在温度损失为7.25℃,实绩潜在温度损失特征值为10.10℃。进一步分析,得知在现有控制水平下,温度控制精度提高1℃,实绩潜在温度损失特征值降低0.33℃,时间控制精度提高1min,计划潜在温度损失降低1.76℃,实绩潜在温度损失降低1.62℃。

染料敏化太阳电池多孔TiO_2微结构的研究

太阳电池成为高性价比发电系统需要具备三个特点:高效率,高稳定性和低成本。但是高性价比的光伏发电系统至今仍未开发出来。低成本的太阳电池的制造不需要真空条件,如印刷,喷涂,旋涂,电化学沉积等。采用低成本的喷涂法在FTO导电玻璃基体上制备多孔纳米TiO2薄膜光阳极,电解液为0.50 mol/L LiI、0.05 mol/L I2的乙氰溶液,对电极为铂片,通过改变添加剂聚乙烯醇(PVA)的含量,研究PVA对染料敏化太阳电池多孔TiO2微结构及染料敏化太阳电池性能的影响。通过对光阳极扫描电子显微镜(SEM)、I-V曲线、TiO2薄膜染料吸附量和交流阻抗EIS图谱的分析,得到结果如下:随着聚乙烯醇(PVA)含量的增加,TiO2颗粒团聚程度减轻,暗电流逐渐减少但染料吸附量也在减小,当mPVA∶mTiO2=0.03∶0.12时,TiO2颗粒分布均匀,TiO2颗粒间能形成较好的电子通道,染料吸附量和暗电流达到最佳配匹,获得最好的光电转换效率为3.72%。