Metallurgical and Materials Transactions B - MMTB Article Abstracts in Chinese: Volume 55, Issue 2
Metallurgical and Materials Transactions B April 2024
2024年4月《冶金与材料交易B》 (this opens in a new tab)
In Situ Observation and Growth Kinetics of Primary and Eutectic Structures in a Hypereutectic Cu–Ti Alloy
原位 观察和生长动力学的超共晶Cu–Ti合金中的初生和共晶结构 (this opens in a new tab)
通过液-固反应方法制备了典型的超共晶Cu–Ti合金。结果表明，随后的大块Cu–61 at. pct Ti合金的特点是存在初生CuTi 2 和共晶（CuTi + CuTi 2 ）结构。此外，通过使用共焦扫描激光显微镜（CSLM），首次记录了Cu–Ti合金的凝固过程 原位 ，并量化了初生CuTi 2 和共晶结构的生长动力学。
In Situ Observation of the Evolution Behavior of MnS Inclusions in High-Al Medium-Mn Steel
原位 观察高铝中锰钢中MnS夹杂物的演变行为 (this opens in a new tab)
通过CLSM和FESEM 原位 观察和确认了高铝中锰钢中不同类型MnS夹杂物的形成和生长。II型，IIS型和III型MnS主要由钢的凝固路径和S和Mn元素的过饱和度变化决定。III型和II型的烧结是导致MnS夹杂物尺寸增大的关键因素。
A Three-Dimensional Multiphysics Coupled Model of Melting and Rotation of the Electrode During Electroslag Remelting Process
电渣重熔过程中电极熔化和旋转的三维多物理耦合模型 (this opens in a new tab)
开发了一个瞬态三维（3D）耦合模型，用于研究电渣重熔（ESR）过程中固态电极的熔化和旋转。大涡模拟（LES）方法用于模拟多相流。使用体积流体（VOF）方法和自适应网格细化策略精确跟踪熔渣/金属界面。该模型特别关注电极尖端的形状演变，以及在不同电极旋转速度下的液滴形成和运动。通过额外的透明实验验证了模型的准确性。随着电极的旋转，离心力将电极下方的随机分散的水龙头推向外部，直到达到边缘。电极旋转使电极尖端变平，将其轮廓的水平偏差减少了高达69.9％，与静态电极相比。随着电极旋转速度从0增加到60 rpm，液态金属膜的厚度从0.91减小到0.63 mm，而液滴的等效直径从12.90减小到11.77 mm。电极旋转增加了比表面积，大大提高了夹杂物和有害元素的去除效率。此外，生产力在电极旋转速度为60 rpm时达到最大值，为21.56％，而无需增加功率输入。
Modeling of Solidification Process and Investigation of Heat Transfer Mechanisms in Micron-Sized Spherical Cu Particles
微米级球形Cu颗粒中的凝固过程和热传递机制的建模研究 (this opens in a new tab)
脉冲孔口喷射法（POEM）是一种典型的无容器热传递和凝固过程，用于制备微米级球形颗粒。由对流和辐射主导的热传递机制对于制备过程、凝固过程和微观结构控制至关重要。在本文中，建立了一个颗粒热传递和凝固的三维球坐标系统的数值计算模型，以研究POEM制备的微米级金属颗粒的热传递和凝固特性。计算并分析了制备过程中颗粒的温度分布、变化和凝固过程，讨论了不同直径颗粒的晶粒尺寸与冷却速率的关系。此外，模拟并分析了对流和辐射对颗粒表面热通量密度的影响和贡献。这项研究为优化POEM制备微米级球形颗粒的制备过程和凝固微观结构提供了参考。
CFD Simulation of the Effects of Mushroom Heads in a Bottom-Blown Copper Smelting Furnace
底吹铜冶炼炉中蘑菇头效应的CFD模拟 (this opens in a new tab)
在富氧底吹铜冶炼炉中产生的蘑菇头在防止氧气喷射器的侵蚀和通过有效的温度控制延长炉衬寿命方面起着关键作用。进行了数值模拟，以研究蘑菇头生长方向对流场和冶炼的影响。采用VOF多相流模型与标准 k – ε 湍流模型，研究径向和轴向倾斜的蘑菇头对流分布和飞溅率的影响。结果表明，形成的 菇头可以通过增大平均熔融速度来增强搅拌强度。喷射器菇头的生长方向更多地向垂直方向变化，会降低混合均匀性，产生大的速度梯度，并加剧飞溅，而向水平方向的变化则会提高搅拌均匀性。例如，当菇头的生长方向向垂直方向变化10度时，平均熔融速度从0.428增加到0.728 m/s，RSD（熔融速度的相对标准偏差）从134降低到121 pct。另一方面，喷射器对中菇头的生长方向向彼此变化会增加气体射流合并的程度，降低混合均匀性，而远离彼此的变化则会减少气体射流合并和飞溅率。后者的飞溅率在菇头生长方向相互偏离10度时减少了2.7倍，与向彼此变化的角度相比。
Experimental Validation is Always Required for Molten Oxide Electrolysis Laboratory Crucibles
对熔融氧化物电解实验室坩埚的实验验证始终是必需的 (this opens in a new tab)
熔融氧化物电解（MOE）是一种有前景的电化学途径，用于去碳化初级和二级金属生产。开发MOE过程从 实验室实验 开始，温度 > 1000∘C，持续约10小时，需要长时间的加热/冷却时间以保护炉具硬件。在研究MOE过程之前，必须选择能够承受所需温度的坩埚，同时最大限度地减少与氧化物的化学反应，以控制熔融污染和包含熔融物。遗憾的是，没有记录指导MOE坩埚选择的通用程序。这里我们关注的是空气中的实验室坩埚，用于两种MOE熔融物：1100∘C的钛酸钠和1300∘C的钕酸硼。在使用Ashby的方法筛选出通用坩埚材料后，我们使用FactSage对所有氧化钛酸钠电荷进行了热力学预测，并对（i）所有氧化物和碳酸盐电荷进行了钛酸钠和（ii）钕酸硼电荷的杯试验。虽然预测出镁是钛酸钠熔融物的最佳坩埚，但氧化铝是氧化物和碳酸盐电荷的最佳选择。镁和YSZ的晶界网络都被氧化物和碳酸盐电荷渗透。铂是钕酸硼熔融物的最佳坩埚。我们证明，在长时间、高温度的MOE实验中，每次都需要对特定化学物质进行实验验证以控制组成。
Numerical Simulation of Oscillation Mark Formation and Slag Consumption in Meniscus Region During a Mold Oscillation Cycle
模具振荡周期中振荡痕形成和渣消耗的数值模拟 (this opens in a new tab)
在模具的一个振荡周期中，流体流动、热传递和凝固行为控制了渣的渗透、润滑和振荡痕的形成，这对连铸的顺利进行和板坯的表面质量具有重要意义。已经开发出一个全面的二维（2D）瞬态热流体模型，用于研究一个振荡周期中的流体流动、热传递、钢/渣界面的动态形状，以及壳体在液面区域的生长。此外，还进行了渣消耗的计算，结果与以前的研究一致，从而验证了模型的可靠性。在一个振荡周期中，上冲和下冲使液面轮廓鼓起和塌陷，这主导了欧拉参考系中热通量的增加和减少。然而，拉格朗日参考系中热通量的变化由瞬时位置决定。液面的冻结和溢流行为是形成振荡痕的主要因素，振荡痕的最终轮廓由一个振荡周期内液面的两次冻结事件决定。正向渣消耗主要在负向剥离时间（NST）期间发生，而在正向剥离时间（PST）的某些时期也有正向渣消耗，这更接近模具的运动状态。这项研究有助于解释和理解连铸坯的表面缺陷和问题的形成机制，旨在促进相关问题的改进。
Influence of External Physical Fields on Grain Distribution in Continuous Cast Round Blooms
外部物理场对连铸圆坯晶粒分布的影响 (this opens in a new tab)
在连铸圆坯过程中，柱状晶粒的生长和等轴晶粒的分布对产品的溶质分布性能有重要影响。外部物理场，包括重力、电磁搅拌（EMS）和温度，直接影响了柱状晶粒的生长和等轴晶粒的成核、生长和移动，从而影响了凝固结构和相分数的最终分布特性。在这项研究中，我们开发了一个模型，用于研究柱状晶粒的生长，以及等轴晶粒的成核、生长和移动。采用控制变量法，分别计算和分析了不同模具电磁搅拌（M-EMS）参数、浇注温度和浇注速度对凝固结构的影响。结果表明，在重力的影响下，等轴晶粒从内弧侧迁移到外弧侧，导致两侧微观结构的不对称。通过增加电磁搅拌电流，降低浇注温度， 降低浇注速度，可以增加等轴晶比例。降低浇注温度的效果最为显著，当浇注温度从1519°C降低到1514°C时，等轴晶比例从51.2%提高到65.5%。降低过热度，降低浇注速度，以及增强M-EMS都会降低整体的坯料温度，导致结构中的不对称特性更为明显。该模型可以有效地计算在不同外场效应和浇注过程参数下，连铸圆坯固化结构的热传递行为、演变和分布特性，为提高生产中圆坯的内部质量提供理论依据。
Dissolution of Solid FePO4 in Molten CaCl2
固态FePO4在熔融CaCl2中的溶解 (this opens in a new tab)
FePO 4 是二次资源中P的常见来源，可以在污水污泥、磷化渣和废弃 LiFePO 4 电池中找到。在FePO 4 -含有的固体废物中有效循环P对于P的可持续性至关重要。 作为开发通过熔盐电解回收P为 P 4 的FePO 4 -含有的固体废物的技术的基础研究，本工作关注的是固态FePO 4 在熔融CaCl 2 中的溶解行为。过量的固态FePO 4 从1073 K到1253 K被引入到熔融CaCl 2 中，熔体的组成被监测了156小时。 结果表明形成了Ca 2 PO 4 Cl, FeCl 2 和Cl 2 。Ca 2 PO 4 Cl 进一步溶解为可溶离子，而 FeCl 2 和Cl 2 作为挥发物逃逸。FePO 4 在熔融CaCl 2 中的溶解速度明显快于其他金属磷酸盐。浓度分析揭示了P和总Fe在熔体中的浓度先快速增加然后逐渐减少。在1123 K时，Fe的含量在1小时内达到4.4质量百分比的峰值，表明固态FePO 4 和熔融CaCl 2 之间的反应已经完成。P的含量也在1小时内达到2.1质量百分比的峰值，超过了P在熔融CaCl 2 中的溶解度。这可以归因于熔体中悬浮的细小固态Ca 2 PO 4 Cl粒子。由于快速形成高压气泡 (Cl 2 和FeCl 2 )，溶解在开始时可以被描述为爆炸性的。添加Fe(II)加速了PO 4 3- 的溶解，尽管P的溶解度与Fe离子无关。这些发现为开发实用技术提供了基础，这些技术使得从FePO 4 -含有的固体废物中分离 P 4 成为可能。
Experimental Analysis of High Purity Tellurium Prepared by Zone Refining
通过区域精炼制备高纯度碲的实验分析 (this opens in a new tab)
高纯度碲是当代高科技产业的支持材料。区域精炼通常被用作可靠的最后纯化步骤，以达到更高的碲纯度。然而，在区域精炼过程中，最棘手的杂质硒（Se）的去除仍然是挑战，因为它的分布系数非常不利。在 此外，还有一个重要的因素，对预测区域精炼效率（所需的过程次数）至关重要，但仍然很少被探索。因此，在本研究中，通过使用4N碲作为原料，研究了不同过程次数对碲净化效果的影响。首先，通过测试初始Se浓度（13 ppm）并进行不同的过程参数，研究了通过引入还原气体流来去除蒸发Se的可能性。实验结果表明，当过程次数为3时，杂质去除率低，净化效果差；当区域精炼次数达到9时，碲中大部分杂质的去除率达到100%，杂质Se的去除率达到80.15%，总去除率达到89.49%，碲锭的纯度为5N7。
Archaeometallurgical Study of a 16th–17th Century “Rapier” Sword Manufactured in Caino (Northern Italy)
对16世纪至17世纪在Caino（北意大利）制造的“剑”进行的考古冶金学研究 (this opens in a new tab)
对16世纪至17世纪在Caino（北意大利）制造的“剑”进行了冶金学研究。金相检查和维氏显微硬度测量表明，该剑是通过锤焊不同的亚共晶和近共晶钢条组装而成的。剑刃通过松散淬火进行热处理以增加其硬度，特别是在刀尖附近，以提高刺击性能。通过扫描电子显微镜结合X射线能谱分析了矿渣包裹体的化学成分。通过多元统计策略分析了矿渣包裹体的成分数据，以区分和分类矿渣包裹体的来源。估计在精炼和锻造过程中达到的温度至少为1270°C和1160°C。
Influence of Fe on the Distribution Characteristics of P in Silicon Melt During Directional Solidification
Fe对定向凝固过程中硅熔体中P分布特性的影响 (this opens in a new tab)
高温下硅熔体中的其他杂质成分会影响从冶金级硅（MG-Si）中去除P。Fe是硅中最丰富的杂质之一，因此可能影响P的去除。在本文中，基于Si-P-Fe熔体中Fe对P的活性交互系数，研究了Fe对定向凝固实验中硅熔体中P分布特性的影响。实验结果表明，MG-Si和Si-P合金的实验样品中P的富集趋势总体上是一致的，但各部分的P含量差异不大。在Si-P-Fe合金的实验样品中，Fe和P的含量从样品底部到顶部逐渐增加。P的富集区与Fe的富集区高度重叠，P和Fe总是一起分布，证实了在定向凝固过程中Fe带走了部分P到样品顶部。电子探针微分析结果表明，P在样品顶部的Fe分布区内形成了高富集。进一步表明，在定向凝固过程中，Fe和P在Fe和P之间的相互作用力下发生了共沉淀。
Effect of Tundish Impact Zone Optimization on Inclusion Removal in Steel: Industrial and Simulation Studies
中间包冲击区优化对钢中夹杂物去除的影响：工业和模拟研究 (this opens in a new tab)
本研究为设计和优化中间包提供了全面的见解。中间包是对冶金过程有贡献的基本反应器。这个反应器作为熔融钢流场的关键稳定器，它通过浮选促进了夹杂物的去除。通过系统地进行数值模拟、物理实验和工业试验，验证了基于中间包冲击区体积的两步优化方法。这种两步方法被证明可以促进中间包的快速初步优化。优化后，中间包中的静止区从原设计的22.92%降低到16.27%。此外，通过电解称重得到的铸坯样品结果显示，不同铸造周期中总夹杂物质量（TMIs）有显著减少。在中间热量时，1号和3号流的TMIs从2.46和2.52 mg/10 kg分别降低到1.06和1.68 mg/10 kg，表明夹杂物去除效率有所提高。研究了保持墙裂纹的原因，包括多位置保持墙裂纹风险的变化。
Enthalpy of Formation of Calcium and Magnesium Oxide Obtained by Knudsen Effusion Mass Spectrometry
通过努森效应质谱法获得的钙和镁氧化物的生成焓 (this opens in a new tab)
钙和镁氧化物是冶金渣系统的重要组成部分。然而，这两种氧化物的标准生成焓ΔfH°298∘在某些情况下的文献值存在很大的变化。由于ΔfH°298∘对于模型和预测平衡状态的建立至关重要，因此，也对过程优化至关重要；因此，通过努森效应质谱法确定了它。 (KEMS)。在铱Knudsen单元中研究了纯CaO和MgO。为此，记录了在1825 K至2125 K和1675 K至2075 K的温度范围内，气相中主要物种的强度，并得到了它们的部分压力。观察到CaO和MgO与气相中的主要物种，Ca，Mg，O和O 2 一起蒸发。MgO研究中气相物种的实验蒸汽压与使用 FactSage TM 7.3和FactPS数据库计算的值非常吻合，而CaO的蒸发则显示出显著的差异。这些计算基于可用的热力学信息，包括CaO(s)，Ca(g)，MgO(s)，Mg(g)，O(g)和O 2 (g)的吉布斯能量函数。在计算了反应的部分压力和平衡常数后，得到了基于热力学第三定律的CaO(s)的平均形成焓Δ f H°298∘ = − 624.5 ± 3.5 kJ/mol和MgO(s)的Δ f H°298∘ = − 598 ± 10 kJ/mol。MgO的Δ f H°298∘的偏差可以归因于使用不同的电离截面，温度校准和吉布斯能量函数的变化。
Effect of Nozzle Clogging on Bubble Movements and Slag Behaviors in a Slab Mold
喷嘴堵塞对板坯模具中气泡运动和渣行为的影响 (this opens in a new tab)
在连续铸造Al-killed钢时，浸入式出口喷嘴的堵塞是一个常见的问题，它会降低钢的质量并阻碍模具操作的连续性。进行了水实验，以研究不同喷嘴堵塞模式下模具中的多相流动。通过使用高速相机的投影方法实现了气泡测量。基于水模型得到的气泡尺寸分布，开发了LES-VOF-DPM模型，以评估喷嘴堵塞对固化壳和渣-金属界面行为的影响。结果显示，喷嘴槽道的堵塞抑制了湍流对气泡的破碎。大尺寸的气泡垂直上浮，导致对渣-金属界面的集中冲击。两个喷嘴口的堵塞增加了恒定铸造速度下的入口速度。由于强湍流的破碎效应，9.23%的气泡小于0.5mm。小气泡倾向于沿着入口流到达窄面，然后被固化壳捕获。本研究提供了一种全面评估SEN生命周期的方法。
Numerical Study on the Combustion Phenomena in the Gas Region of a Top-Blown Converter With Single-Flow Post-Combustion Oxygen Lance
数值研究单流后燃氧枪顶吹转炉气区内的燃烧现象 (this opens in a new tab)
后燃（PC）技术是一种通过引入额外的氧气量进一步氧化CO为CO 2 的清洁热补偿方法，这个过程产生的热量有效地传递给废料或熔融浴。然而，单流PC氧枪（SFPCL）的转炉空间内的燃烧现象很少被公开报道。在此，建立了一个3D模型，用来研究顶吹转炉气区内的燃烧特性，并比较了常规四孔枪（CL）和SFPCL的速度场，温度分布，各物种的质量分数以及后燃比（PCR）。本研究表明，氧气喷射流下冲并在液面冲击后在转炉空间内形成循环。SFPCL的主次喷射流的耦合使其具有更大的冲击能量。PC反应主要集中在喷射流边界。与CL相比，由于存在次级喷射流，SFPCL获得了更大的燃烧范围。在 H = 0.15, 0.65, 和 1.25 m的燃烧区域面积分别是使用CL的1.12, 1.19, 和 1.08倍。在转炉出口，CL的CO质量分数大于SFPCL，而CO 2 的质量分数小于SFPCL，后燃比（PCR）增加了4.03%。
Numerical Analysis of the Effect of SEN Port Angle on Mold Level Fluctuation Based on Wavelet Transform
基于小波变换的SEN口角度对模具液位波动影响的数值分析 (this opens in a new tab)
合理的模具液位波动是保持稳定模具生产和确保板坯质量的关键。在本研究中，建立了一个0.6倍的水模型，使用小波变换来分析模具液位波动，以及粒子图像测速 (PIV)用于测量模具的流场。结果显示，小波变换为模具水平波动的非稳态信号研究提供了更显著的优势，可以与能量结合，进行更精确的波动特性描述。波动的频率由不同的频率间隔组成，每个频率间隔的振幅随时间变化。随着浸没式出口喷嘴（SEN）口角的增加，波动稳定地减少。频率为0.625至2.5赫兹的波动在SEN和模具的窄面（NF）的贡献呈下降趋势。在模具的1/4宽面（1/4 WF），0.02至0.039赫兹的贡献减少，0.625至2.5赫兹的贡献增加。模具中的不同流动模式是波动频率组成变化的主要原因。SEN和NF的波动主要与上循环流（UCF）的Y方向速度有关，而1/4 WF的波动主要与UCF的X方向速度有关。
Research on the Leaching of Calcium Ions from De-vanadiumized Steel Slag for Indirect CO2 Mineral Sequestration: Thermodynamics, Kinetics, and Parameter Optimization
研究从去钒钢渣中浸出钙离子以进行间接CO2矿物封存：热力学，动力学和参数优化 (this opens in a new tab)
钢渣是钢铁制造过程中产生的一种大宗碱性工业固体废物。如何资源化利用这种固体废物是钢铁工业实现绿色低碳发展需要解决的紧迫问题。钢渣碳化是利用钢渣和减少CO 2 排放的关键技术之一，也是实现钢铁工业绿色低碳发展的重要手段。然而，钢渣的低浸出效率限制了其工业应用。为了获得最佳的浸出条件，本文研究了去钒钢渣在氯化铵中的浸出行为。通过热力学理论建立了基于最小自由能的钙离子浸出速率模型，并评估了氯化铵溶液中钙离子的浸出效果，这与单因素实验相互确认。然后，采用响应面方法进一步研究了各种因素及其相互作用对浸出速率的影响，并建立了浸出速率的二阶多项式模型。结果显示，影响钙离子浸出速率的参数的重要性是钢渣粒度>液–固比>浸出温度>浸出时间。在液–固比为89.74，温度为80°C的条件下，用粒径为0.089毫米的钢渣颗粒浸出69.85分钟后，钙离子的浸出率达到最大，为49.76%。基于单因素和响应面的实验数据，使用Drozdov方程和Arrhenius方程建立了动力学模型，以探索浸出速率的限制环节。反应的表观活化能计算为20.428 kJ/mol，表明浸出过程受液–固界面化学反应和扩散混合控制。本文的研究结果进一步完善了钢渣浸出钙离子的理论基础，并获得了更科学的浸出参数，为去钒钢渣固定二氧化碳的工业化和大规模高效生产提供了技术指导。
Assessment of URANS-Type Turbulent Flow Modeling of a Single Port Submerged Entry Nozzle (SEN) for Thin Slab Continuous Casting (TSC) Process
对薄板连铸（TSC）过程中单口浸没式出口喷嘴（SEN）的URANS型湍流建模的评估 (this opens in a new tab)
基于不稳定雷诺平均Navier–Stokes（URANS）方程的数值方法是模拟工业过程中湍流的强大工具。它们允许接受的网格分辨率以及合理的计算时间。在此，URANS方法针对薄板铸造（TSC）过程中使用的特殊单口浸没式出口喷嘴（SEN）设计进行了验证，该验证是针对水模型实验。构建了一个1比2的下尺度水模型，包括SEN，模具和丙烯酸酯段。安装了桨式传感器以测量次表面速度，并通过染料注射的视频记录提供SEN流动模拟的定性和定量验证。两种先进的URANS型模型（实现 k–ε 和剪切应力传输 k–ω ）被应用于计算各种分辨率网格上的速度模式。实验中检测到一个振荡的单喷射流，URANS模拟最初难以反映。网格属性的无量纲分析和SEN内部边界层的相应调整允许解决流动模式。执行的快速傅里叶变换（FFT）验证了流动频率谱的良好数值预测。提出了使用URANS方法对工业CC过程进行相应的模拟策略。
Separation of Li and Co From LiCoO2 Cathode Material Through Aluminothermic Reduction: Investigation of the Thermite Reaction
通过铝热还原从LiCoO2正极材料中分离Li和Co：铝热反应的研究 (this opens in a new tab)
铝可用作金属氧化物还原过程的还原剂。本研究调查了Al与LiCoO2之间的反应，以回收和分离报废电池正极材料中的Li和Co。具体而言，本工作尝试研究铝热反应点火的起始。在750°C到1020°C的温度范围内，对LiCoO2-Al系统进行了热力学评估和实验工作，样品中添加了三种不同比例的Al，即11重量百分比、20重量百分比和28重量百分比。研究发现，Al的含量（样品的组成）、样品重量和初始加热温度影响系统中铝热反应自发点火的发生，导致样品部分/完全熔化。利用Biot数和温度的函数构建了显示点火起始的图谱，发现具有大Biot数的样品倾向于点火。此外，较高的Al添加量、样品质量和温度可能会产生点火。发现点火决定了Li和Co的最终产品类型；例如，Li分布到气相为Li(g)和矿渣为LiAlO2，而Co可以作为Co金属或Co-Al合金提取。样品中添加11重量百分比和20重量百分比的Al结果产生了纯金属钴产品，而添加28重量百分比的Al结果产生了含有86.1重量百分比Co和13.9重量百分比Al的CoAl合金。由于暴露于大气中的水蒸气，收集时蒸发的Li的最终产品形式为Li(OH)。这种铝热法被认为是从废弃LiCoO2中回收Li和Co的有前途的方法。
Controlling Step Variation in the Reaction of High-Al Steel and CaO-SiO2-Type Mold Flux
高铝钢与CaO-SiO2型模具渣反应中控制步骤的变化 (this opens in a new tab)
通过数值模型模拟高铝钢和模具渣的流体流动、物种传输和化学反应。研究了反应物对物种浓度演变和控制步骤变化的影响。结果显示，化学反应产生大量热量，热力驱动流体流动，增强了物种传递。在后期，产热减少，液体速度下降，因此质量传递速率降低。质量传递速率不是恒定的，而是在反应过程中变化的。随着Al含量从1.77降至0.59重量百分比，物种浓度明显改变。由于SiO2的最大质量传递速率大于Al，Al扩散是整个反应期间的控制步骤。随着初始SiO2含量从33.6降至11.2重量百分比，SiO2的最大质量传递速率比例低于Al，尤其是在反应后期。这意味着控制步骤从Al扩散变为SiO2扩散，随着SiO2浓度的降低。
Flow Field Characteristic of Postcombustion Oxygen Lance Formed by Various Secondary Nozzle Arrangements
后燃氧枪的流场特性及不同次级喷嘴布局的影响 (this opens in a new tab)
后燃氧枪旨在通过消耗烟气中的CO来增加废钢比例。在这项研究中，设计了三种次级喷嘴布局来调查次级氧气射流与CO之间的燃烧效率。此外，进行了数值模拟和实验测试，以分析主氧气射流和次级氧气射流的流场，并通过实验测量它们的轴向速度剖面，以验证模拟数据的可靠性。结果显示，与传统氧枪相比，后燃氧枪明显扩大了高环境温度下的燃烧火焰区域。与由四个次级喷嘴设计的后燃氧枪不同，由八个次级喷嘴设计的后燃氧枪形成的次级氧气射流快速与主氧气射流融合，导致在三种后燃氧枪中燃烧反应热量最低。此外，与传统氧枪相比，这三种后燃氧枪显著提高了主氧气射流的撞击深度。
Quantitative Assessment of Microporous MgO Castable Erosion and Corrosion Behaviors in Two Tundish Covering Fluxes
微孔MgO浇注料在两种中间包覆盖渣中的侵蚀和腐蚀行为的定量评估 (this opens in a new tab)
对低碳和环保钢铁制造过程的严格要求促进了具有优异热绝缘性能的新型微孔镁砂作为有前途的耐火材料的应用。本研究对微孔镁砂在两种中间包覆盖渣中进行了静态和动态渣抗性测试，以探索其在不同条件下的侵蚀和腐蚀行为。熔融镁砂浇注料被用作对照组。根据宏观和微观形态观察进行了彻底分析，辅以热力学计算和CFD模拟。结果显示，在动态渣抗性测试中，浇注料通过磨损和剥落被严重破坏，这一过程由MgO的快速溶解加剧。与熔融镁砂浇注料相比，微孔镁砂具有更强的渣抗性，因为其磨损发生时间延迟了超过5分钟，且磨损速率较低。此外，由于表面形成了尖晶石层，阻碍了渣的渗透和质量传递，微孔镁砂受MgO溶解的影响较小。最后，基于实验数据获得了一个Sherwood关联式，该关联式允许计算实际中间包中渣线处MgO浇注料的磨损速率。
Effect of Alumina on Copper Smelting of Fayalite-Based Slag System
铝对基于菱铁矿炉渣系统铜冶炼的影响 (this opens in a new tab)
使用低品位，高杂质的铜精矿使铜冶炼过程变得越来越复杂。随着铜炉渣的成分变化，控制炉渣特性对于保持过程效率和改善炉渣铜锍分离至关重要。Al 2 O 3 是铜冶炼过程中的主要伴生元素之一，对铜炉渣的物化性质有重要影响。然而，高Al 2 O 3 含量对铜冶炼的影响研究较少。在本研究中，通过使用黄铜矿精矿作为原料，研究了不同Al 2 O 3 含量对铜炉渣相和结构的影响，以及通过调整Fe/SiO 2 比例和CaO添加量对高铝铜炉渣的改性。结果显示，Al 2 O 3 含量的增加促进了尖晶石的形成，使炉渣结构复杂化。增加Fe/SiO 2 比例和CaO添加量可以简化炉渣结构，但会增加高熔点相的产生。合理的Fe/SiO 2 比例和CaO添加量可以有效减少高铝铜炉渣中的铜损失。本研究的结果为选择高铝铜精矿冶炼的合理工艺参数和回收含Al 2 O 3 的二次资源提供了理论依据。
Hierarchical Microstructure Modulation of Ti–Co–Al Alloy by Rapid Die Casting Under Simulated Space Condition
在模拟空间条件下通过快速压铸调制Ti-Co-Al合金的分层微观结构 (this opens in a new tab)
通过电磁悬浮与压铸（EML-DC）技术，完成了从超热液体、过冷液体和半固态合金三种原始状态的Ti 61.1 Co 28.1 Al 10.8 合金的空间模拟制造。通过电磁搅拌、微重力处理和快速压铸的效果，消除了微观偏析。由于压铸的高压和快速淬火，形成了既有相组成差异又有晶粒尺寸梯度的分层微观结构。此外，通过调整压铸前合金的原始状态，实现了这种分层微观结构的有效调制。分层微观结构显示出梯度微观力学性能。表面区域的超细三元共晶体表现出高弹性恢复，而由初生TiCo树枝晶和TiCo + ( β Ti)共晶体组成的中间区域微观结构显示出较低的弹性但较高的硬度。
Interfacial Reactions Between Ce-Bearing Steels and a MgO-C Refractory
Ce含量钢与MgO-C耐火材料之间的界面反应 (this opens in a new tab)
在当前的研究中，通过将MgO-C耐火材料棒浸入熔融钢中的实验室实验，研究了钢中铈含量对钢和MgO-C耐火材料之间界面反应的影响。使用扫描电子显微镜（SEM）以及能量散射谱（EDS）分析了界面反应产物和钢中包体的形态和化学成分。当钢中没有铈时，钢-耐火材料界面的反应产物主要是MgO，这是由于界面处镁蒸气和CO的反应。当铈的添加量为0.02和0.1 wt pct时，Ce 2 O 2 S层在溶解的硫和铈以及MgO耐火材料之间的反应中在界面处生成。当钢中的铈含量为0.5 wt pct时，溶解的硫主要被消耗以形成CeS和Ce 2 O 2 S包裹体，导致在界面处生成了CeAlO 3 和Ce 2 O 3 的双层反应产物，其中CeAlO 3 在耐火材料侧，而Ce 2 O 3 在熔融钢侧。随着熔融钢中铈的含量增加，钢对MgO-C耐火材料的侵蚀显著增加，导致更多的外来包裹体进入钢中。钢-耐火材料反应消耗铈，导致含铈包裹体的组成发生显著变化。热力学计算与实验结果一致。
Numerical Study of the Kinetics of Dephosphorization with Single-Flow Post-combustion Oxygen Lance in Converter Steelmaking Process
转炉炼钢过程中单流后燃氧枪脱磷动力学的数值研究 (this opens in a new tab)
为了研究不同氧枪和底吹对熔融钢速度、熔池磷分布和终点磷含量的影响，建立了250 t转炉吹炼过程的气-金属两相流模型，并基于标准k-ε模型的转炉脱磷动力学耦合质量传递模型。结果表明，后燃氧枪(POL)的熔融钢速度更大，死区面积更小，冲击区域更大，熔池中的磷含量比传统氧枪(COL)更低。传统氧枪(COLB)和后燃氧枪(POLB)的顶-底吹条件在熔池速度上显著增加，冲击区域增大，脱磷效率提高。当吹炼时间为800秒时，COL、POL、COLB和POLB的磷含量分别为487、426、409和373 ppm。POLB具有最高的磷去除效率，磷含量与吹炼时间呈指数关系。最后，在250 t转炉中进行了工业试验，POL在吹炼过程中枪位变化小，脱磷率提高了1.41 pct
Effect of Sn Addition on the Evolution of Inclusions in Metallurgical Grade Silicon
Sn添加对冶金级硅中包裹体演变的影响 (this opens in a new tab)
冶金级硅(MG-Si)中的包裹体可以显著降低硅材料的质量和性能。因此，实施有效的措施控制和最小化其存在是必要的。本研究通过引入不同量的Sn，研究了硅中包裹体的形态、分布和微观结构演变。研究了Sn精炼前后硅锭不同位置的Fe含量变化。研究表明，Sn精炼可以将硅锭底部的包裹体数量减少71.3 pct。包裹体的形态从细丝和零星点转变为块状形成物、有序短棒和点。Fe在垂直方向上有向上迁移的趋势，使得底部的Fe含量从0.61减少到0.25 pct，降低了59.03 pct。这些发现表明，向硅中添加Sn可以有效去除Fe杂质。此外，Sn精炼的引入使得Si 7 Al 8 Fe 5 相的形成减少，并提高了有机硅单体合成过程的选择性。值得注意的是，Al部分替代Ti导致了FeSi 2 Ti(Al)相的形成。然而，Ca倾向于在Sn中集中，并且不受Sn含量的影响。这些实证发现为有效减少和控制MG-Si中包裹体的数量和形态提供了实验证据，从而显著提高了MG-Si生产的质量。
Numerical Investigation on Grain Structure of Magnetic-Controlled Electroslag Remelted Ingot Based on CAFE and Equivalent Treatment Method
基于CAFE和等效处理方法的磁控电渣重熔锭晶粒结构的数值研究 (this opens in a new tab)
开发了一个瞬态二维轴对称模型，以研究施加的横向静磁场(TSMF)对电渣重熔(ESR) 锭。采用细胞自动机-有限元（CAFE）技术阐明了晶粒的成核和生长。此外，通过调整有效热导率引入了等效处理方法，以模拟由应用的0.05T TSMF产生的电磁振动（EMV）对温度分布的影响。实验数据与模拟结果之间的紧密对应证明了计算模型的有效性和可靠性。结果表明，随着有效热导率从 n 增加到3 n ，等轴晶粒的比例从25.1增加到48.7 pct，晶粒得到细化。此外，有效热导率的增加与中心区域的局部凝固时间（LST）和第二树枝臂间距（SDAS）的减少有关，这表明锭的微观结构更细。此外，随着有效热导率的增加，金属池的最大深度显著减少，从53.9减少到19.4 毫米，这应有助于微观结构的细化和大偏析的缓解。
Effect of Superheat on the Initial Solidification Behaviors of 3.5 wt pct Si Non-oriented Electrical Steel During Strip Casting
超热对3.5 wt pct Si非取向电工钢初次凝固行为的影响 (this opens in a new tab)
在本研究中，我们在各种铸造超热（20°C、67°C、104°C和120°C）下制备了3.5 wt pct Si铸造带，使用浸渍试验装置。使用光学显微镜、电子背散射衍射和扫描电子显微镜对铸造带的微观结构、纹理和夹杂物进行了详细的研究。此外，还使用ProCast模型模拟了铸造超热对带铸造过程中凝固点的影响。研究发现，在20°C的低超热下，铸造带呈现出等轴晶微观结构，纹理弱，平均晶粒尺寸约为186 μm。相反，104°C的高超热导致了发育良好的柱状晶微观结构，平均晶粒尺寸约为278 μm，有利的{100}纹理比例高达78.2 pct。此外，铸带中的夹杂物被鉴定为Al 2 O 3 -SiO 2 -AlN复合夹杂物，平均直径从20°C的超热下的0.92 μm增加到67°C和104°C的超热下的1.24和1.68 μm。ProCast模拟显示，随着超热的增加，凝固点降低。然而，在120°C的超热下，凝固点低于出口位置，导致凝固不完全。铸造3.5 wt pct Si电工钢的最佳超热为104°C。
Effect of Nitrogen on Solidification Structure and Microsegregation of Electroslag Remelted 7Cr13 Steel
氮对电渣重熔7Cr13钢凝固结构和微偏析的影响 (this opens in a new tab)
研究了不同氮含量（0.043、0.084、0.164 pct）的电渣重熔（ESR）7Cr13钢的宏观结构、微观结构和合金元素微偏析。计算得出7Cr13钢中氮的最大溶解度为0.161pct。一旦钢的N含量超过0.121 pct，过渡反应就不会发生，这导致重熔锭的晶粒粗大。随着N含量从0.043增加到0.164 pct，糊状区的宽度减小，但金属浴的深度增加。糊状区宽度的减小有利于减少局部凝固时间和细化二次枝晶。锭的微观结构由奥氏体、马氏体和共晶碳化物组成，与铸锭的N含量无关。氮增加了N、C和V元素的平衡分布系数，这有利于在液态钢凝固过程中抑制这些元素的微偏析。尽管氮的添加降低了Cr的平衡分布系数，但二次枝晶的细化使Cr元素的分布更均匀。
Molecular Dynamics Study on the Effect of Nb for the Carbon Segregation Behavior Under High Temperature
分子动力学研究Nb对高温下碳偏析行为的影响 (this opens in a new tab)
Nb可以通过沉淀强化有效地提高钢的强度。然而，钢中Nb的微观效应，特别是高温下的原子尺度机制，很少被研究。在本研究中，我们使用LAMMPS建立了Fe–C和Fe–C–Nb系统模型，以探索高温（1050°C到1200°C）下Nb的效应，并为设计含Nb的高强度钢提供理论洞察。结果表明，Nb可以显著增加高温下C和Fe原子的动能。除了原子扩散系数的显著增加外，晶粒尺寸也 在相应的温度下增加，并且分离簇形成的上限温度降低。在模拟系统中形成的原子簇主要由C原子组成，Nb原子分散在整个系统中。与没有Nb的系统相比，随着温度的升高，Fe-C-Nb系统中的原子簇的大小反而减小而不是增大，这表明Nb抑制了原子簇的生长。通过跟踪标记的原子，发现一旦形成稳定的原子簇，簇内的一些原子会经历一个逃逸、被捕获、重新逃逸和被重新捕获的循环过程。此外，接近的簇之间发生了原子交换。这些原子的迁移机制是簇大小稳定的基本原因。
A Homogenization Technology for Heavy Ingots: Hot-Top Pulsed Magneto-Oscillation
重型铸锭均质化技术：热顶脉冲磁振荡 (this opens in a new tab)
我们放大了以前开发的一种方法，称为热顶脉冲磁振荡（HPMO），以最小化大铸锭中的裂纹、收缩孔和大偏析。电磁场、流场和温度场的模拟揭示了HPMO诱导的电磁场迫使液态钢在冒口附近循环，这导致晶粒核和自由晶粒从冒口壁上脱落，漂移并沉积在模具的中部。这种现象，被称为“晶粒淋浴”，细化了固化结构并减少了偏析。HPMO过程产生的焦耳热导致冒口的大量供给，消除了管道或中心孔隙和裂纹的发展。基于模拟结果，我们设计了一个原型HPMO设备，并在生产重18吨的铸锭上进行了测试。实验结果表明，使用HPMO晶粒淋浴确实产生了预期的铸锭固化结构，等轴晶粒尺寸减少了56-83%，夹杂物数量减少了41%，正常碳偏析减少了50-75%，与控制铸锭相比。此外，通过使用HPMO，收缩引起的管道和中心裂纹在控制铸锭中经常发生的情况被消除，导致铸锭关键区域的延展性增加了四倍。这项工作展示了计算辅助模拟对改进大铸锭铸造方法的价值。
Numerical Simulation of Droplet Splashing Behavior in Steelmaking Converter Based on VOF-to-DPM Hybrid Model and AMR Technique
基于VOF-to-DPM混合模型和AMR技术的炼钢转炉滴液飞溅行为数值模拟 (this opens in a new tab)
顶吹超音速喷射冲击液态金属表面引起的滴液飞溅行为显著影响了基础氧气炉（BOF）炼钢过程中的脱碳效率和耐火材料侵蚀。然而，模拟飞溅滴液的质量和大小是具有挑战性的，因为滴液大小与熔融浴的大小相差几个数量级。在这里，一个混合模型（VOF-to-DPM）将体积流体模型（VOF）和离散相模型（DPM）与自适应网格细化（AMR）技术结合起来，成功地实现了飞溅滴液的高分辨率和定量捕获。模拟结果与基于吹气数（ N B ）的理论公式计算的滴液飞溅率在允许的误差范围内吻合。单孔和多孔喷射冲击液面引起的飞溅滴液的生成机制得到了阐明。此外，还研究了氧气枪高度和顶吹流量对总滴液质量、喷射到炉壁上的滴液质量和百分比以及滴液大小的影响。研究发现，随着氧气枪高度的降低，总滴液质量先增加后减少，滴液大小增加。随着顶吹流量的增加，滴液的总质量和大小都趋于增加。当冲击空腔处于穿透模式、飞溅模式和准凹陷模式时，喷射到炉壁上的滴液的比例依次增加。此外，定量地描述了空腔形态与滴液飞溅的关系。随着修正的空腔形状指数（ I cm ）的增加，滴液飞溅质量先增加后减少，最后增加。空腔模式的变化是影响滴液飞溅行为的主要因素。
Effect of Cu/Li Ratio on Porosity and Microstructural Evolution of Gravity and Squeeze-Cast Al–Cu–Li Alloys
Cu/Li比例对重力和挤压铸造Al-Cu-Li合金孔隙和微观结构演变的影响 (this opens in a new tab)
本研究调查了Cu/Li比例对通过重力和挤压铸造制造的两种Al-Cu-Li合金的孔隙和微观结构演变的影响。无论制造方法（重力或挤压铸造）如何，Cu/Li ~ 4的合金都表现出独特的组成偏析模式和比Cu/Li ~ 2的合金更高的优选晶体学取向。在Cu/Li ~ 4的合金中，由于Cu富集的Al 2 Cu 和 Al 2 CuLi 沉淀物和沿 组分{113}⟨58¯1⟩的强烈纹理。重力和挤压铸造合金的均匀化减少了偏析，但通过挤压铸造 途径生产的合金有更多的能力减少偏析。Cu/Li 比例约为4的合金对铸后均匀化处理的反应比Cu/Li比例约为2的合金少。X射线 微计算断层扫描研究揭示了Cu/Li比例极大地影响了内部和表面的孔隙度，对于Cu/Li约为2的重力铸造合金比Cu/Li约为4的更高。挤压铸造有助于消除Cu/Li约为2的合金中的大部分孔隙，但在Cu/Li约为4的合金中留下了相当数量的孔隙。
Prediction on the Composition Distribution of Oxide Inclusions in a Tire Cord Steel Billet Using an Integrated Model
使用集成模型预测轮胎钢丝钢坯中氧化物夹杂物的成分分布 (this opens in a new tab)
在当前的研究中，提出了一个集成模型来预测轮胎钢丝钢连铸坯厚度方向上夹杂物的成分分布。热力学、动力学、流体流动、热传递、凝固和元素偏析在集成模型中被结合起来。与已发表的工作相比，使用当前模型得到了更准确的结果，这表明了动力学和元素偏析在夹杂物预测中的重要性。热力学计算显示，1073 K时夹杂物的平衡成分大约为 92 wt pct SiO 2 –3 wt pct MnO–4 wt pct Al 2 O 3 –1 wt pct CaO，这与测量结果明显不同，即使元素偏析被预先考虑，也表明热力学在预测坯料中夹杂物成分方面的不足。揭示了C、Si、Mn和S在坯料中心的大的正偏析，模拟的平均偏析指数分别为1.89、1.05、1.08和1.26。钢的强元素偏析引起了坯料厚度方向上夹杂物成分的波动，这比忽略元素偏析的模型更准确
Multimodel Predictions on Converter Raw Material Addition Under GRNN Optimization: A Comparative Study
在GRNN优化下对转炉原料添加的多模型预测：一项比较研究 (this opens in a new tab)
由于炼钢过程的复杂性，建立原料添加的预测模型一直是一个具有挑战性的问题。虽然统计模型和人工神经网络已经被广泛研究用于模拟复杂的炼钢过程，但是哪种方法最适合预测原料的添加还不清楚。在本文中，首先比较了各种机器学习工具，包括反向传播（BP）神经网络、径向基函数（RBFs）、广义回归神经网络（GRNNs）、随机森林（RFs）和支持向量回归（SVR），以验证它们在预测转炉中原料添加的适用性。在预测实验过程中，观察到不同的预测模型对同一样本点显示出显著的误差。这个结果可能是由于测量误差导致这些样本点偏离了实际的预测逻辑，从而影响了模型的整体预测结果。因此，提出了一种基于广义回归神经网络（GRNNs）的多模型来优化初始预测数据。通过使用GRNN技术优化初始样本，过滤出了异常数据的样本点，从而提高了多模型预测的准确性和稳健性。通过应用多模型预测来预测石灰和轻烧白云石的添加，证明了对异常样本的预测性能在优化后显著提高。根据多模型预测的比较分析，随机森林（RF）模型表现最好，其次是SVR、BP和RBF方法。这个结果表明，RF算法提供的预测准确性满足了转炉炼钢过程的实际生产控制要求。
Numerical Understanding on Penetration and Corrosion Behavior of CaO–Al2O3–MeO Slag to Al2O3–MgO Refractory
对CaO–Al2O3–MeO熔渣对Al2O3–MgO耐火材料的侵蚀和腐蚀行为的数值理解 (this opens in a new tab)
为了增强对由熔渣引起的耐火材料腐蚀机制的理解，在当前的工作中开发了一个2D数值模型。该模型模拟了CaO–Al 2 O 3 –MeO熔渣渗入 Al 2 O 3 –MgO耐火材料，考虑了毛细力，以及多孔矩阵内对熔渣的粘性和惯性阻力。进行了实验观察和测量以验证模型的准确性。通过模拟，我们直观地表示了熔渣渗透过程，突出了由熔渣组分扩散引起的变质反应。值得注意的是，小的骨料颗粒有 对炉渣渗透的影响微乎其微。相反，它们完全被熔融炉渣包裹，随后从耐火材料上剥落。渗透深度( α 炉渣 = 0.05， α 炉渣 代表液态炉渣的体积分数)超过了腐蚀深度的三倍 ( α 炉渣 = 0.99)。在被熔融炉渣渗透的区域内，部分耐火材料基质转变为液相。显著地，减少孔隙度被证明是控制熔融炉渣渗透的有效策略。通过将孔隙度从0.28降低到0.14，腐蚀深度减少了44.7%。这个数值模型为影响耐火材料腐蚀的因素提供了宝贵的见解，并提出了一种定量方法，用于优化耐火材料设计，以增强对炉渣渗透的抵抗力。
Pressure Behaviors and Isothermal Kinetics of Magnesiothermic Reduction of Titanium Tetrachloride in a Semi-batch Reactor
半批次反应器中四氯化钛的镁热还原的压力行为和等温动力学 (this opens in a new tab)
主要涉及一般钛冶金书籍和文献中的反应机制与一些基础知识有所不同，对于研究人员和工程师来说难以理解。尽管各种作者提出了不同类型的理论来识别这个还原过程，但对于半批次反应器中TiCl 4 的镁热还原的反应路径和动力学特性仍然没有共识，需要理论创新来进一步研究今天的钛海绵冶金。为了更好地理解半批次反应器中TiCl 4 的镁热还原机制，本研究定义了一组最小的独立反应 通过 广义化学计量方法，并提出了一种创新的动力学建模方法 通过 主要组分的净化学反应速率模型和独立反应的反应速率模型在镁热还原TiCl 4 的气-液界面附近。我们还建立了TiCl 4 镁热还原的整体化学反应动力学模型 通过 在原型12吨Kroll反应器中的等温还原实验。
Tailoring of the Microstructure and Mechanical Properties of High Nitrogen Steel Repaired by Underwater Laser Direct Metal Deposition
通过水下激光直接金属沉积修复高氮钢的微观结构和机械性能的定制 (this opens in a new tab)
防护气体组成（SG1为50 vol pct N 2 + 50 vol pct Ar，SG2为70 vol pct N 2 + 30 vol pct Ar，SG3为90 vol pct N 2 + 10 vol pct Ar，相应的样品分别命名为样品SG1，样品SG2和样品SG3）对相变和高氮钢（HNS）的机械性能的影响机制通过水下激光直接金属沉积（UDMD）在0.3 MPa的环境压力下进行了系统阐述。结果表明，防护气体中氮含量的提高增加了熔池上方的氮分压，从而增强了熔池内的氮溶解度。这导致了从样品SG1到样品SG2的孔隙缺陷的减少，以及在样品SG3中的虚无缺陷。同时，提高的氮分压促进了从热源空间的氮吸收过程，从而提高了奥氏体转变开始温度，并从样品SG1到样品SG3增加了奥氏体分数。一部分吸收的氮原子溶解在基体中，提供了额外的固溶强化，而剩余的与Cr反应形成 Cr 2 N。此外，防护气体中氮含量的提高会通过扩大压缩空气（排气气）回流区，削弱对熔池的保护效果，从而引入更多的氧气进入熔池，并导致更多的氧化物形成。另外，随着防护气体中热导率较高的氮的增加，熔池冷却速率会加快。因此，预期会有更细的晶粒和更密的位错网络。大约70 vol pct的氮含量在防护气体中被推荐，因为它有效地抑制了孔隙缺陷，并调节了金属间化合物（氧化物和Cr 2 N）的形成，从而导致了优越的机械性能（样品SG2）。