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材料与冶金学报
东北大学
材料与冶金学报

东北大学

左良

季刊

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材料与冶金学报/Journal Journal of Materials and Metallurgy北大核心CSTPCD
查看更多>>本刊以党的路线、方针、政策为指导，坚持“双百”方针。反映我国冶金和材料学科领域的最新研究成果，介绍国外相关学科的最新动态，新理论和新技术。开展学术研究和讨论，促进学术交流和研究成果的推广应用。
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    振动电极电渣重熔W9Mo3Cr4V高速钢碳偏析模拟

    李升王芳吴佳雷刘中秋...
    307-313,343页
    查看更多>>摘要：建立了振动电极电渣重熔W9Mo3Cr4V高速钢二维轴对称非稳态电磁场、流场、温度场和组分传输的多物理场耦合模型，分析了碳的偏析行为和影响规律，利用VOF模型对渣/金界面进行追踪，采用Lever算法调控了非平衡条件下的溶质再分配行为，并考虑了铸锭中不同元素之间的相互影响。结果表明:与传统工艺相比，振动电极电渣重熔工艺可以明显改善碳的偏析，最大正偏析指数由0。135减至0。116，减小了14。07％，最大负偏析指数由-0。124增至-0。105，增大了15。32％;增大w(W)会加重碳的偏析，当w(W)从9％增至9。5％时，最大正偏析指数增大了7。11％，最大负偏析指数减小了10。3％。

    电渣重熔碳偏析组分输运

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    考虑风口回旋区影响的高炉热风分配模拟

    罗志国张瑀博史本慧刘洪升...
    314-320页
    查看更多>>摘要：以鞍钢新5号高炉为研究对象，对比分析了空喷及考虑风口回旋区这两种工况下高炉热风的周向分配情况。结果表明:当风口参数相同时，空喷与考虑风口回旋区这两种工况下的热风分配规律相同，即在高炉圆周0°，90°，180°和270°方位的风口风量和鼓风动能较大，45°，135°，225°和315°方位的风口风量和鼓风动能较小;空喷和考虑风口回旋区这两种工况下的风量极差分别为3。65 m3/min和7。29 m3/min，标准差分别为1。32和2。71;空喷和考虑风口回旋区这两种工况下的鼓风动能极差分别为9。93 kJ/s和19。90 kJ/s，标准差分别为3。62和7。41;与空喷工况相比，考虑风口回旋区工况下热风和鼓风动能分配的不均匀性更为明显，热风分配结果更准确。

    高炉风口回旋区热风分配风量鼓风动能

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    低成本炼铁方法探讨与实践

    艾名星葛慧超张展雷李士才...
    321-328页
    查看更多>>摘要：为了达到低成本炼铁的目的，探讨了烧结矿中经济料配比对其冶金性能的控制，原燃料结构对高炉炉况的影响，以及冶炼工艺操作对高炉经济指标的改善等，提出了相应的优化措施与操作思路，并在文安钢铁1080 m3高炉进行实践。结果表明:为了改善烧结矿的还原性，需平衡烧结矿的各项冶金性能指标，w(FeO)应降至7。0％～8。0％，中小高炉应提高5～10 mm粒级的入炉比例至25％～30％;高炉利用提高块矿配比、配加劣质焦炭等方法，可获得经济型原燃料结构的炉料，同时再采用大矿批、低焦比及低[Si]冶炼等工艺操作，能够有效降低高炉的冶炼成本，但需选取适宜的富氧率和冶炼强度。

    高炉低成本炼铁优化配矿煤气利用率冶炼强度

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    高炉喷吹煤粉颗粒与热风间动量能量交换的数值仿真

    柯春海陈和平张浩
    329-335页
    查看更多>>摘要：为了揭示高炉风口回旋区周边颗粒对煤粉颗粒受力和传热特性的影响机理，建立了基于CPU-GPU异构并行模式的三维浸没边界-格子Boltzmann法(IB-LBM)模型，针对串列三颗粒在流场中的曳力和传热特征开展数值模拟研究，详细讨论了雷诺数(10≤Re≤100)和颗粒间距(s=2D，4D)对曳力系数Cd和平均努塞尔数Nu的影响。结果表明:第2个和第3个颗粒置入后，随着Re的增大，3个颗粒的Cd均减小(Cd1>Cd2>Cd3)，而3个颗粒的Nu均增大(Nu1>Nu2>Nu3);根据数值模拟结果，分别构建了串列三颗粒的Cd与Nu的新关联式，新关联式得出的Cd和Nu预测值与数值模拟结果相比，最大误差分别为2。5449％和0。4480％，这表明该关联式适用于高炉喷吹煤粉颗粒在热风中受力和传热机制的数值仿真过程。

    格子Boltzmann法串列三颗粒曳力系数平均努塞尔数

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    死料柱状态对炉缸铁水环流及侧壁剪切应力的影响

    平尚冲王楠张晓辉陈敏...
    336-343页
    查看更多>>摘要：采用数值模拟方法对不同死料柱状态下炉缸内的铁水流动特征进行解析，研究了死料柱的空隙度、中心恶化程度及位置对铁水环流及炉缸侧壁剪切应力分布的影响。结果表明:不同死料柱状态下，高炉炉缸侧壁的最大剪切应力均位于铁口平面下方1。5 m附近，铁口平面下方0°～20°的周向区域内炉缸侧壁剪切应力较大;当死料柱空隙度由0。2增至0。4时，炉缸侧壁最大剪切应力由9。045 mPa降至6。530 mPa，死料柱空隙度的增加可有效增大铁水在炉缸内的流动空间，减缓铁水环流对侧壁的冲刷侵蚀;当死料柱中心恶化区域占比由0。7增至0。9时，炉缸侧壁最大剪切应力由9。492 mPa增至22。02 mPa，铁水环流对侧壁的冲刷侵蚀加重;此外，死料柱浮起对减缓炉缸侧壁剪切应力无显著影响。因此，改善高炉原料和操作条件，提高死料柱空隙度和中心透液性，均能有效减缓铁水环流对炉缸侧壁的冲刷侵蚀，延长高炉寿命。

    高炉炉缸死料柱铁水环流侧壁剪切应力

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    镍铁矿热炉中多物理场和还原反应的数值模拟

    李茂生刘鹏孙昊张宏...
    344-352,397页
    查看更多>>摘要：为了研究36 MW镍铁矿热炉的冶炼过程，建立了一种耦合还原反应的三维瞬态多物理场模型。该模型利用用户自定义函数(UDF)编译了电热转换、电磁感应、磁场扰动和还原反应的输运方程，对炉内物质的流动、质量的转化、热量的传递过程进行模拟，分析了不同时刻多物理场的变化规律和金属氧化物的还原过程。结果表明:交流电弧受电磁和高频电流的影响，出现了明显的趋肤效应和邻近效应;当冶炼时间由10 min增至40 min时，电弧底部最大焦耳热由2。38 MW/m3增至10。32 MW/m3，磁场强度最大值由0。00379 T增至0。01397 T;当冶炼40 min时，电弧下方的氧化镍基本被还原，氧化铁被部分还原，氧化铁的质量分数由25。2％降至12。6％，且镍铁氧化物的还原速率随冶炼温度的升高呈非线性增大。

    镍铁矿热炉多孔介质还原反应

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    熔融电炉渣齿轮粒化实验

    王安邦于庆波段文军陈长景...
    353-359,410页
    查看更多>>摘要：电炉炼钢过程中的副产物熔融电炉渣含有高品位热能。为了有效回收该热能，提出了采用齿轮将熔融电炉渣粒化为渣粒的技术设想，并利用实验的方法研究了不同齿轮结构下熔渣温度、熔渣下落高度、熔渣流量、流股数量和齿轮转速对电炉渣粒平均粒径和粒径分布的影响。结果表明:直齿轮粒化器能够粒化出尺寸更小的电炉渣粒;熔渣流量和齿轮转速是影响电炉渣粒平均粒径的主要因素;随着熔渣流量的增加，渣粒平均粒径呈增大趋势，较大粒径渣粒的占比上升;随着齿轮转速的增加，渣粒平均粒径呈减小趋势，较大粒径渣粒的占比下降;随着流股数量的增加，渣粒的平均粒径和粒径分布几乎不变。

    电炉渣干法粒化齿轮粒化渣粒直径

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    下铸过程中注管旋流定子对流场及气泡行为的影响

    刘济铭苏志坚陈玄烨陈进...
    360-366页
    查看更多>>摘要：提出了在下铸过程中注管内安装旋流定子产生流体旋流的方法，以此控制浇道流场状态及铸模内驼峰高度。利用水模型实验研究了中注管内定子的放置位置、扭转角度及厚度对流场和气泡行为的影响。结果表明:在中注管内放置旋流螺旋定子能产生流体旋流，并且合适的放置位置能让中注管内气液交界面最高;螺旋定子扭转角度和厚度的增大均会使流体旋流增强，气泡更容易向中注管中心聚集并上浮，气液交界面的最大深度比无螺旋定子时分别降低46。3％和43。3％，同时铸模内的驼峰高度也减小。

    下铸法螺旋定子旋流气泡行为驼峰高度

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    Fe-C合金凝固过程中的NbN析出模拟

    史祎涵孟祥宁金怡然生月伟...
    367-373页
    查看更多>>摘要：基于金属凝固和元胞自动机(CA)原理，提出了钢凝固过程柱状晶生长与夹杂物跨尺度的耦合模型及算法，并与Lipton-Glicksman-Kurz(LGK)解进行对比验证，还利用CA耦合模型模拟了Fe-C-Nb-N合金凝固过程中的柱状晶生长与NbN析出情况。结果表明:跨尺度CA耦合模型可以准确地模拟Fe-C-Nb-N体系柱状晶生长及夹杂物析出过程;在模拟柱状晶的生长过程中，当固相率达到0。53时，枝晶竞争生长明显并存在二次枝晶生长，当固相率达到0。71时，NbN开始析出;在NbN析出过程中，NbN呈点球状或不规则形貌，粒径为0。3～2。8μm，这与实验结果较为吻合。

    元胞自动机LGK模型枝晶生长夹杂物析出

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    SAE1070钢在加热过程中氧化影响因素

    付强伊智李国军
    374-378页
    查看更多>>摘要：SAE1070钢在加热过程中的氧化对其产品质量及加热炉能耗存在较大的影响。结合前人实验结果，提出了SAE1070钢坯氧化层厚度的计算公式，该公式考虑了加热温度、加热时间和氧气体积分数等炉内参数对SAE1070钢坯氧化的影响，还分析了SAE1070钢氧化层的厚度随加热温度、加热时间及氧气体积分数的变化。结果表明:当炉内烟气中氧气体积分数为3％时，SAE1070钢坯形成的氧化层厚度是炉内烟气中氧气体积分数为1％时的1。3倍。设计及实际控制加热炉时，可根据上述研究结果优化其结构及加热过程的控制策略。

    SAE1070钢氧化层加热炉

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