Metallurgical and Materials Transactions B - MMTB Article Abstracts in Chinese: Volume 55, Issue 3
Metallurgical and Materials Transactions B June 2024
冶金与材料交易B 2024年6月 (this opens in a new tab)
An Insight into the Pre-reduction Mechanism of Manganese Ores Using Elemental Sulfur for Ferromanganese Production
使用元素硫进行铁锰生产的锰矿预还原机制的深入了解 (this opens in a new tab)
在惰性气氛下，使用元素硫对锰矿进行预还原，温度超过600°C，以最大化MnO的形成是必需的。在大气条件下，通过硫氧化形成SO2，导致MnSO4，这将再次分解为较低的Mn氧化物。因此，这种转换需要额外的能量，从而降低了整体能效。得到的最佳预还原条件是800°C，保持时间为4小时，S/Mn比率为0.5。
Understanding Element Transfer Behaviors of CaF2–TiO2 Flux-Cored Wires Under High Heat Input Electro-Gas Welding
理解CaF2-TiO2草酸焊丝在高热输入电气焊下的元素传递行为 (this opens in a new tab)
CaF2-TiO2草酸被设计并应用于适用于EH36船舶钢高热输入电气焊的草酸焊丝。已经证明，由电弧引起的CO2和TiO2的分解协同地为焊接池提供了O和Ti，而在熔渣-金属界面处更多的SiO2和MnO的形成导致了随着TiO2添加量的增加，Si（从-0.012到-0.046 wt pct）和Mn（从-0.138到-0.404 wt pct）的损失。
Oxidation Kinetics and Mechanism of Boron in Metallurgical-Grade Silicon Melt by Oxidizing Refining
氧化硼在冶金级硅熔体中的动力学和机制通过氧化精炼 (this opens in a new tab)
这篇研究论文旨在通过探索反应机制，优化工业硅氧吹精炼的净化过程。其目标是推动光伏技术的广泛应用和进一步发展。文章采用实验分析和从头算分子动力学模拟计算的组合，研究了从冶金级硅中去除硼的氧化机制。通过拟合精炼时间与精炼硅中硼浓度的关系，得到了硼的表观速率常数和质量传递系数，分别确定为5.68 × 10−4和1.37 × 10−5m s−1。我们的实验发现，随着精炼时间的延长，硅损失率显著增加。此外，我们的从头算分子动力学模拟显示，在较高温度下，B-O之间有强烈的相互作用，突显了氧吹在硼去除中的有效性。使用Materials Studio软件，计算了硅熔体中杂质硼的均方位移，得到了在1723 K和1823 K温度下的扩散系数，分别为6.756 × 10−9和9.366 × 10−9m2s−1。
Flow Characteristic of Supersonic Jet Related to O2–CO2 Mixing Injection Method
关于O2-CO2混合喷射方法的超音速喷射流特性 (this opens in a new tab)
O2-CO2混合喷射方法被提出，以减少CO2排放，并在BOF炼钢过程中增强烟气中的CO含量。尽管已经报道了O2-CO2混合喷射方法的优点，但关于各种CO2混合率设计的拉瓦尔喷嘴结构对超音速混合喷射流特性的影响的研究还很有限。在这项研究中，我们通过一系列的实验测试和数值模拟，研究了四种为不同CO2混合率设计的拉瓦尔喷嘴结构。结果表明，当CO2额外流量从0增加到15质量百分比时，混合喷射流的冲击能力增强。然而，由于O2和CO2之间的热物理性质变化，这种增加率逐渐被抑制。在室温和高环境温度条件下，速度势核内的平均轴向速度变化分别为1.58和1.68 m/(s·质量百分比)。为了进一步验证冶金效果，我们使用一个1.0吨的转炉进行了试验，O2和CO2的吹入率分别为210和31.5 Nm3/h，结果表明，基于O2-CO2混合气体热物理性质设计的拉瓦尔喷嘴结构可以达到优越的冶金效果。
Efficient Vanadium Extraction from Vanadium Slag by Roasting-Free Assisted Acid Leaching: Pure Oxygen Oxidation of Molten Vanadium Slag
通过无焙烧辅助酸浸提取钒渣中的钒：纯氧氧化熔融钒渣 (this opens in a new tab)
本文研究了一种通过纯氧氧化辅助酸浸从熔融钒渣中无焙烧回收钒的方法，以实现高效且环保的钒回收。模拟了转炉排出的熔融钒渣的纯氧氧化过程，并分析了纯氧氧化钒氧化渣（POOVS）的相演变机制。系统阐述了相演变与钒回收率之间的规律。根据结果，POOVS是一个Fe2O3–V2O5–Mn2O3–TiO2–Cr2O3–SiO2系统，80.49至86.05%的钒是V5+。POOVS的钒浸出效率达到了97.23%。在CaO添加范围内，随着CaO/V2O5比例的增加，POOVS中富钒相从V2O5和Mn2V2O7变为xCaO–V2O5，钒的浸出效率得到了提高。在响应面方法的指导下，最优的浸出过程参数是浸出温度70°C，浸出时间1.63小时，H2SO4浓度25%，固液比0.09 g/mL。本文提出的钒渣无焙烧预处理方法利用钒渣的废热和反应热完成矿物相的演变，是一种绿色高效的钒提取技术。
Effect of Cerium Element on Non-metallic Inclusions Formation During Molten and Solidification Processes of Q355 Microalloy Structural Steel
铈元素对Q355微合金结构钢熔融和凝固过程中非金属夹杂物形成的影响 (this opens in a new tab)
在50千克真空感应炉中制备了含有50~690 ppm铈的钢样。通过SEM、EDS和Feature软件对不同铈含量钢中的稀土夹杂物的形态、组成和大小进行了表征。结果表明，随着铈含量的增加，夹杂物将经历MnS + Al2O3→ CeAlO3+ Ce2O2S → Ce2O2S + CexSy+ CaS → CexSy+ CaS → CexSy+ CaO → CexSy+ Ce2C3+ Ce2Si2O7+ CeP + CeAs的转变。A类（MnS）和B类（Al2O3）夹杂物的数量和大小统计上减少，D类和Ds类夹杂物的数量和大小先减少后增加。夹杂物的密度从0.43降低到0.4μm2，然后增加到0.44μm2。适量的稀土添加可以促进夹杂物的均匀分布。通过高温平衡计算，得出在冶炼过程中产生CeAlO3、Ce2O3、Ce2O2S、CexSy和CaS。MnS、CeAs、CeP、CeN和Ce2C3夹杂物在液相线以上的温度不形成。分别计算了O-S-Ce、Si-S-Ce、Si-O-Ce、N-O-Ce、N-S-Ce和Al-O-Ce系统的夹杂物转变。使用大中模型计算了MnS、CeAs、CeP、CeN和Ce2C3的形成过程，发现这些夹杂物在凝固结束时易于形成。稀土夹杂物大小的动力学分析表明，稀土夹杂物的小临界尺寸半径和小聚合力是其尺寸小的主要原因。分别计算了1600°C和1454°C下稀土改性Al2O3和MnS的机制，并得到了不同总氧含量下改性夹杂物的稀土含量，为微合金钢中稀土Ce的应用提供了理论依据。
Fabrication of Refractory Intermetallic Cr2Ta by Reducing Metal Oxides with Calcium Hydride
通过钙氢化物还原金属氧化物制备难熔金属间化合物Cr2Ta (this opens in a new tab)
高温Cr-Cr2Ta复合材料是替代镍基沉淀硬化超合金制造涡轮叶片的有希望的候选者。这种合金的固化过程中的偏析导致了树枝晶结构，这对机械性能产生了负面影响。为了避免这样的问题，粉末冶金被认为是一种适合的方法。在这项工作中，我们研究了使用金属热（钙氢化物）合成法从氧化物原料中制备Cr2Ta难熔金属间化合物的理论和实践方面。通过X射线和电子显微分析，我们确定了Cr2Ta相的形成是由于铬粒子在Ta中的固态扩散。这个过程的表观活化能是291 ± 69 kJ/mol。我们发现，扩散反应在Cr2Ta的0.56Tm的温度下才会积极发生。热力学计算和热分析确定了Cr2Ta形成的这种低温度是由于Cr2O3氧化物被钙还原的放热反应所致。我们确定了最佳的合成参数，并研究了它们对粉末相组成的影响。开发的技术使我们能够获得含有95 ± 5体积百分比目标相的Cr2Ta金属间化合物粉末，其具有海绵状粒子形态，尺寸小于20μm。典型的杂质含量如下：氧< 0.28重量百分比，氮< 0.07重量百分比，氢< 0.02重量百分比。因此，得到的粉末可以用于生产Cr-Cr2Ta复合材料。
First-Principles Calculations of Formation Pathways for Ce2Si2O7 Oxide Particles at High Temperatures
首原理计算高温下Ce2Si2O7氧化物颗粒的形成路径 (this opens in a new tab)
细小的氧化物颗粒常用于改善材料的机械性能和使用寿命。特别是，稀土硅酸盐颗粒具有高的可变形性和在金属材料和陶瓷涂层中的应用前景。为了研究稀土硅酸盐颗粒的形成并控制其物理特性，我们应用首原理计算并研究Ce2Si2O7颗粒在原子尺度上的成核机制。对(Ce2Si2O7)n（n = 1 - 4）的热力学性质的估计与实验数据相当吻合，表明首原理计算是可靠的。此外，对Ce2Si2O7颗粒的预形成核相的潜力进行了热力学证明。提出并讨论了Ce2Si2O7颗粒的四种形成路径。基于热力学原理，最可能的形成路径是[Ce]+[Si]+[O]→(Ce2Si2O7)n→Ce2Si2O7(s)，另一种形成路径被认为是最不可能的，即(SiO2)n+(Ce2O3)n→(Ce2Si2O7)n→Ce2Si2O7(s)。
Titanium Carbides Precipitation Characteristics and Influence on Hot Ductility in 0.37 pct Ti–Mo Slab During Continuous Casting
钛碳化物沉淀特性及其对0.37%Ti-Mo板坯连铸过程中热延伸性的影响 (this opens in a new tab)
多尺度钛碳化物是0.37%Ti-Mo钢板坯角裂缺陷的主要原因之一。在这项工作中，通过高温激光扫描共焦显微镜、透射电子显微镜和热模拟，研究了不同冷却速率下钛碳化物沉淀的演变。研究发现，微米级TiC颗粒源于凝固结束时的共晶反应，根据沉淀顺序分为树枝状TiC和片状TiC。根据Thermo-Calc模拟，钛元素在钛碳化物/γ界面运动中起主导作用。纳米级(Ti,Mo)C主要从凝固后的高温奥氏体中沉淀。随着冷却速率的增加，微米级TiC逐渐破碎和细化，分布从晶界转移到晶内。高冷却速率可以减少微米级TiC的产生，但促进了铁素体膜的形成，破坏了热延伸性。
Numerical Investigation of Gas and Slag Flow in the Packed Bed
数值研究充填层中的气体和炉渣流动 (this opens in a new tab)
在高炉（BF）的下部，气体通过风口引入，炉渣从粘结带向炉底流动，强烈的气体相对于炉渣的交叉流动发生在赛道前，而在上部，气体和炉渣存在逆流。气体和炉渣之间的相互作用与装载、淹没或通道等特殊流动现象密切相关。这些现象与炉内不规则性有关，影响平稳运行并限制生产。因此，理解气-炉渣相互作用及其影响因素对于过程控制和稳定的BF运行至关重要。在当前的研究中，使用流体体积技术数值研究了充填层中的逆流气-炉渣流动。研究中考虑了不同的表观气体速度、炉渣性质、填充结构和气体入口。在介观层面可视化了气-炉渣流动行为。特别是，由气体和炉渣之间的强烈相互作用引起的局部炉渣淹没和气体通道被独特地识别出来。气体通道，这是充填层中逆流气-炉渣流动的一个关键现象，可以通过更多的湿润和更高粘度的炉渣，以及糟糕的渗透区域来增强。可以推测，在BF中，显著的气体通道在达到操作限制之前必然会发生。在BF过程中，应避免形成永久的气体通道和大的炉渣溪流，以保持相位和炉渣的适当接触和渗透性。
In Situ Observation of the Dissolution, Collision, and Aggregation Behavior of Nitride Inclusions in GH4169 Nickel-Based Superalloy
在位观察GH4169镍基高温合金中氮化物夹杂物的溶解、碰撞和聚集行为 (this opens in a new tab)
在这项研究中，我们通过热力学计算结合高温共焦激光扫描显微镜（CLSM）的在位观察，研究了GH4169镍基高温合金熔体界面处氮化物夹杂物的溶解、碰撞、聚集和分离行为。结果显示，氮化物夹杂物在合金熔化过程中能够完全溶解，且边界层扩散是溶解的限制因素。来自重熔过程的氮化物夹杂物在固化过程中重新沉淀。随着熔体温度的升高，夹杂物的溶解程度和溶解速率都增加。其次，CLSM的在位观察结果显示，氮化物夹杂物更容易与氧化物夹杂物聚集，即使在聚集后，氮化物夹杂物之间仍可能发生分离。氮化物-氧化物夹杂物的吸引力大于氮化物-氮化物夹杂物的吸引力。夹杂物在碰撞区域内接触聚集的能力取决于夹杂物之间的相互作用力。计算结果显示，空腔桥力远大于毛细力和范德华力，这些是导致夹杂物之间聚集的主要力量。一旦在夹杂物之间形成了稳定的空腔桥，聚集的夹杂物就不再分离。相反，如果在夹杂物之间形成的空腔桥是不稳定的，那么合金熔体的波动会导致不稳定的结构破裂，从而导致夹杂物的分离。
Discriminating the Fe Peak in Al-Killed Steel Specimens Using an Energy Dispersive Spectrometer: From Matrix or from Oxide Inclusions?
使用能量色散光谱仪区分铝镇静钢样品中的铁峰：来自基体还是氧化物夹杂物？ (this opens in a new tab)
在液态钢的二次精炼和铸造过程中的再氧化可能严重破坏过程稳定性和最终钢产品的质量控制。不幸的是，直到遇到过程问题或产品质量问题时，检测再氧化现象才是一个巨大的挑战。在本研究中，使用了能量色散光谱仪（EDS）来分析铝镇静钢中的非金属夹杂物的成分。特别关注的是解析EDS数据中的铁信号是来自钢（Fe）基体还是来自夹杂物中的FeTO。研究发现，当再氧化水平较低时，铁信号的主要来源是钢基体。相反，当再氧化水平较高时，铁信号的一部分确实可以归因于夹杂物中的FeTO，代表了来自钢基体和氧化物夹杂物的信号混合。提出了一种新的呈现EDS数据的方法，以便于识别夹杂物是否在一定程度上包含FeTO。这种区别对于评估液态钢是否经历了再氧化至关重要。为了验证当前的EDS分析，进行了一系列的蒙特卡罗模拟。它证实了对钢样品中夹杂物的EDS分析可以有效地指示出再氧化的存在。这项研究为钢铁生产的过程控制和质量保证提供了宝贵的见解，有助于减轻再氧化的有害影响。
Deformation Transmission Mechanism in Reduction Process During Steel Casting and Its Impact on Density
在钢铸造过程中的还原过程中的变形传递机制及其对密度的影响 (this opens in a new tab)
铸件的凝固过程容易出现收缩孔洞和宏观偏析缺陷。利用还原技术控制铸件凝固过程中的缺陷是一种有效的方法。为了研究还原技术对铸件凝固过程中不同位置的还原引起的变形的影响机制以及对凝固结构密度的影响，进行了钢锭在凝固过程中的还原引起的变形的实验室实验。进行了相应的有限元数值模拟，并使用微观CT检测分析了锭坯的孔隙分布。发现在凝固过程中的还原引起的变形可以有效地提高钢锭的密度。本研究还创新地引入了相对变形位移和还原引起的变形传递系数的概念，为在还原引起的变形过程中钢锭不同位置的实际压缩变形提供了一个度量。当固相分数小于0.70时，还原引起的变形传递系数在1.1和1.2之间变化。然而，当固相分数大于0.75时，还原引起的变形传递系数随着固相分数的增加而迅速减小，直到达到零。
Revealing the Influential Mechanism of the Direct Current on Columnar-to-Equiaxed Transition in Directionally Solidified Al–15Sn–1Cu Alloy Under 10 T Magnetic Field
揭示直流电对10T磁场下定向凝固Al-15Sn-1Cu合金柱状-等轴转变的影响机制 (this opens in a new tab)
本研究实验性和数值性地探讨了直流电（DC）对10T磁场下Al-15Sn-1Cu合金定向凝固结构的影响。实验结果显示，当未施加DC时，观察到粗大的柱状晶粒。然而，微观结构从柱状树枝晶转变为不规则树枝晶，并且在施加DC时发生柱状-等轴转变（CET）。数值结果显示，施加DC可以增加作用在树枝晶上的洛伦兹力。此外，洛伦兹力产生的扭矩导致树枝晶臂根部的应力集中。当DC大于热电流时，应力随DC增加。因此，当应力超过某一值时，树枝晶断裂成碎片，并发生CET。结果表明，施加DC在较高的提取速度下促进CET。此外，这项工作可能启动一种通过在10T磁场下的定向凝固中施加DC实现CET的新方法。
Electrochemical Behavior of Si(IV) and the Preparation of WSi2 Alloys in Molten CaO–SiO2–CaF2
Si(IV)的电化学行为和在熔融CaO-SiO2-CaF2中制备WSi2合金 (this opens in a new tab)
硅已经在许多领域得到应用，如高纯度半导体、高温耐热材料、光纤连接材料、有机硅化合物和合金。在这项工作中，通过高温电解从白云鄂博尾矿中提取硅。在SiO2-CaO-CaF2熔体中研究了Si(IV)的还原过程和CaF2含量对还原过程的影响。在含有10 wt pct CaF2的SiO2-CaO体系中，Si(IV)离子通过一步四电子转移过程被还原。在含有15、20和30 wt pct CaF2的SiO2-CaO熔体中，Si(IV)的还原过程是一个两步两电子转移过程：Si(IV) + 2e → Si(II)和Si(II) + 2e → Si(0)。Si(IV)到Si(II)的还原过程是可逆的，并且受扩散控制。扩散系数为1.52 × 10−8cm2s−1。在-0.55 A cm−2的电流密度下，于1738 K下制备了Si和WSi2。发现WSi2合金是由于Si(IV)和W的合金化形成的。图形摘要
Online Supervisory System for In-Process Optimization of Calcium Additions by Continuously Monitoring the State of Non-metallic Inclusions Inside Low-Alloyed Liquid Steels
在线监控低合金液态钢中非金属夹杂物状态以优化钙添加的过程优化监控系统 (this opens in a new tab)
我们开发了一个决策支持系统，使用监督机器学习（ML）方法，通过连续监测低合金液态钢中非金属夹杂物（NMIs）的物理状态，优化钙（Ca）的添加。在这项工作中，我们考虑了两个实例来设计提出的监控系统的基础算法：（1）由于固态氧化物非金属夹杂物（NMIs）的积累，钢的连续铸造过程中浸没式入口喷嘴（SEN）的堵塞；（2）在二次钢铁冶炼过程中进行钙处理，将氧化物NMIs从固态转变为液态，以避免SEN堵塞。首先，我们对来自同一钢铁家族的三种低合金钙处理钢级的液态钢样本进行了实验研究，以评估导致SEN堵塞的固态氧化物NMIs的特性。在下一步，我们使用主要以过程数据为训练的内部ML算法，开发了用于计算新提出的虚拟参数‘Clog’值的数据驱动模型。这些模型在测试后，基于实验研究和数据驱动模型，被构建为开发一个监控系统。这个提出的监控系统的目标是，基于预测的‘Clog’值，预测避免SEN堵塞所需的将NMIs从固态转变为液态的最佳钙量。最后，我们测试了大约3000炉的工业数据，以验证从开发的监控系统得到的结果。结果证实，这个新型的监控系统能够以95到98%的准确率预测所有研究的钢级的最佳钙类。预计这个在线监控系统在钢铁生产中的集成，将最小化操作员在实现钙添加的实际控制中的纠正行动。
Prediction Model of Liquid Level Fluctuation in Continuous Casting Mold Based on GA-CNN
基于GA-CNN的连铸结晶器液位波动预测模型 (this opens in a new tab)
本文介绍了一种神经网络模型，该模型使用由遗传算法优化的卷积神经网络模型（GA-CNN）来实时预测连铸结晶器的液位波动。实验数据来自中国一家钢铁厂的实际生产过程。对于该工厂的双流连铸机，建立了两组结晶器液位波动值数据集。这些数据集被分类为第一流和第二流结晶器液面波动数据集。两个数据集都包含138个生产参数以及结晶器液位波动值。对数据集进行随机森林特征筛选和数据预处理，以便处理后的数据可以被模型学习和训练，从而获得结晶器液位波动预测模型。为了便于分析，对相关连铸生产参数和结晶器液位波动数据进行了敏感性分析。随后，通过特征热图和Shapley附加解释图，研究了生产参数对结晶器液位波动值的影响，并确定了每个参数对模型性能的影响程度。结果表明，GA-CNN模型具有强大的预测能力，相关系数（R2）高达0.98，平均绝对误差（MAE）为0.1093，均方误差（MSE）为0.0225。值得注意的是，止流器的位置被确定为显著影响结晶器液位波动的关键因素。该模型具有高预测精度，可以满足钢铁厂实际应用的需求。
Interpretable Predictive Model for Inclusions in Electroslag Remelting Based on XGBoost and SHAP Analysis
基于XGBoost和SHAP分析的电渣重熔中夹杂物可解释预测模型 (this opens in a new tab)
在冶金领域，机器学习技术的使用已逐渐扩大，但其在电渣重熔（ESR）领域的应用有限，且当前机器学习模型的预测过程缺乏探索。在这项研究中，我们提出了一种基于SHAP理论和XGBoost算法的预测方法，用于预测ESR过程中的B型夹杂物。本研究使用的数据集包含了ESR的生产数据，共有25个特征。在数据预处理后，我们使用互信息方法结合冶金原理进行了特征选择。我们构建了五个机器学习模型，分别使用XGBoost等算法预测B细夹杂物和B粗夹杂物。我们使用混淆矩阵、ROC曲线和预测准确度等指标比较了这五个模型的性能。对于表现最好的XGBoost模型，我们计算了SHAP值，并引入了SHAP解释框架，以量化并归因于各种特征变量的重要性。这阐明了影响B型夹杂物的重要因素及其作用方式，为探索可解释的机器学习模型提供了新的方法，并为ESR过程中的夹杂物预测提供了新的见解。
Detachment of a Soluble Particle at the Slag-Argon Interface: CFD Study and Experimental Observations
在熔渣-氩气界面上可溶性颗粒的脱离：CFD研究和实验观察 (this opens in a new tab)
非金属夹杂物在高温熔体和熔渣界面的行为影响了夹杂物的去除和随后的熔体清洁度。本研究通过高温共焦扫描激光显微镜（HT-CSLM）对氧化物颗粒在熔渣-氩气界面附近的行为进行了实时原位观察。此外，还进行了CFD模拟，以研究颗粒-界面相互作用的基本机制。除了揭示颗粒从氩气相向熔渣移动的过程，还实验观察到颗粒在熔渣中溶解时显著的形态变化。特别是，当颗粒从熔渣-氩气界面脱离时，颗粒在接近界面的区域表现出更多的溶解。通过与数值模拟相结合，本研究表明，界面处的颗粒分离可以被划分为两个阶段。首先，颗粒在初次在界面处沉降之前，会发生短期的毛细力驱动的运动阶段。模拟估计的沉降位置与实验测量结果具有良好的一致性。其次，颗粒需要相对较长的时间最终从界面脱离，这一期间伴随着颗粒的溶解。研究表明，由于颗粒溶解引起的界面附近的浓度变化触发了马氏流。这种流动反过来增强了局部溶解速率，从而导致颗粒形态的显著变化，影响了颗粒的脱离。本研究为通过熔渣吸收来去除夹杂物的机制提供了新的见解。在从流体-流体界面上脱离小尺度颗粒的过程中，颗粒动力学和溶解动力学，特别是溶质马氏对流的影响，都得到了突出的表现。
Influence of SiO2 and MgO on Extraction of Nickel and Cobalt from Laterite Ores by Sulfation Roasting Leaching Process
SiO2和MgO对硫化焙烧浸出法从红土矿中提取镍和钴的影响 (this opens in a new tab)
硫化焙烧浸出法已被研究作为从红土矿中回收镍和钴的替代方法。这个过程涉及将矿石中的镍和钴转化为硫酸盐，然后可以通过水浸出溶解，而铁则以不溶的氧化物形式存在。然而，红土矿中其他成分如氧化镁和硅石的存在可能会阻碍提取过程的效率。本研究旨在检查硅石和氧化镁在三种不同类型的红土矿中对通过硫化焙烧浸出法提取镍和钴的影响。采用了各种表征技术，包括热力学估计、X射线衍射和通过ICP进行的化学分析，对矿石、浸出溶液和固体残渣进行分析。使用Rietveld方法通过TOPAZ分析软件对原矿石、硫化焙烧矿石和固体残渣进行相量化。研究发现，原矿石中的硅石和氧化镁含量显著影响了镍和钴的回收。硅石和氧化镁含量最低的矿石显示出最高的回收率，镍的回收率达到86.3%，钴的回收率达到85.7%。相反，富含蛇纹石的矿石显示出最低的回收率，镍的回收率为69.9%，钴的回收率为68.0%。硅石和氧化镁如何影响硫化焙烧浸出法提取镍和钴的机制得到了阐明。
Preparation of Tungsten Carbide Powder by In Situ Electrolysis Utilizing Self-Consuming Graphite Anode
通过利用自消耗石墨阳极的原位电解制备碳化钨粉末 (this opens in a new tab)
在这项工作中，石墨被用作自消耗阳极，在含有Na2WO4和Na2CO3的熔盐中原位合成WC纳米粉末。讨论了电解电压、W/C摩尔比、电解温度和时间对产品的物理相组成和形态的影响。揭示了电解过程中熔盐中碳含量与电解效率之间的内在关系。结果显示，可以在800℃的温度和3.5V的电解电压下，以10:1的W/C摩尔比制备出粒径约100nm的WC粉末。在电解过程中，熔盐中的碳含量随时间增加然后减少，电流效率显示出相应的关联。STEM结果表明，单个WC颗粒的大小可以达到20nm，它从碳表面的成核点开始，沿着初始颗粒扩散生长。循环伏安法表明，WO42-和CO32-被共同还原并沉积形成WC相。通过对计时电流曲线的分析，显示出WC颗粒在阴极以瞬态成核模式生长。
Numerical Simulation of Melt Flow, Heat Transfer and Solidification in Final Solidification Zone of Bloom Continuous Casting with Vertical Linear Electromagnetic Stirring
连续铸坯终凝区内熔体流动、传热及凝固的数值模拟与垂直线性电磁搅拌 (this opens in a new tab)
在这项研究中，提出并应用了一种新颖的垂直线性电磁搅拌（V-LEMS）技术，应用于260 mm × 300 mm GCr15轴承钢连铸坯的最终凝固区。通过建立三维数值模拟模型，研究了V-LEMS对熔体流动、热传递和凝固的影响。结果表明，应用V-LEMS在坯的内弧形成了有效的纵向磁场，其高度是V-LEMS设备高度的1.9倍，且在这个有效的纵向磁场内的电磁力大于$$1.0 \times 10^{3} {\text{ N}}{ \cdot }{\text{m}}^{{ - 3}}$$1.0×103N·m-3。V-LEMS在坯的液核中引发纵向循环流动，其高度达到V-LEMS设备高度的1.8倍，以促进熔体的纵向混合。纵向循环流动将液核上部区域的高温熔体输送到坯的下部区域，改善了液核的温度均匀性，有利于增加坯中心的等轴晶粒的比例。通过在坯的最终凝固区应用V-LEMS，液核中凝固前沿附近的熔体温度比没有V-LEMS的高6.5 K，液核的宽度比没有V-LEMS的宽4.3 mm。这些效果有利于提高液核中熔体的流动性和馈送能力，减少坯中心的气孔、收缩腔和裂纹等缺陷。
Kinetics of Deoxidation of the Molten Blister Copper by Bubbling a Carbon Monoxide and Argon Gas Mixture
通过向熔融粗铜中注入一种氩-一氧化碳气体混合物进行脱氧反应的动力学研究 (this opens in a new tab)
在1473 K的条件下，通过一个浸没的喷嘴向熔融粗铜中注入氩-一氧化碳气体混合物，进行了脱氧反应的动力学研究。详细研究了一氧化碳气体部分压力和总气体流速的影响。脱氧速率随着一氧化碳部分压力和总气体流速的增加而增加。此外，构建了一个关于反应物和产物在上升气泡边界层周围的质量传递速率的数学模型。脱氧速率高度依赖于反应物和产物通过边界层的质量传递。并且，这个模型很好地解释了实验结果。在不同反应条件下，单位时间内一氧化碳气体供应速率的变化被忽略，以便比较分析氧浓度降低和质量传递阻力。结果发现，反应界面处的化学反应达到了局部化学平衡。此外，在给定条件下，一氧化碳和二氧化碳气体的质量传递驱动力显著影响了反应速率。因此，发现通过一氧化碳气体对熔融铜进行脱氧的速率具有混合控制机制，涉及到液体和气体边界层的质量传递。
Modification Mechanism of Ce-Treatment on Inclusions in High-Al Ferritic Steel
Ce处理对高铝铁素体钢中夹杂物的改性机制 (this opens in a new tab)
稀土元素处理是解决高铝钢冶金过程问题的最有前景的方法之一。在实验室条件下，制备了6.3%铝铁素体钢，并用0.04%Ce进行处理。通过SEM-EDS观察了Ce处理前后钢中的夹杂物。添加Ce后，钢中产生了CeS和Ce2O2S夹杂物。通过热力学分析和错配计算研究了Ce对夹杂物的改性机制。Al2O3夹杂物被改为CeS-CeAlO3-Al2O3和CeS-CeAlO3，其中CeAlO3是由Al2O3和溶解的Ce反应生成的，CeS在Al2O3和CeAlO3的表面上异质成核沉淀。AlN夹杂物被改为单粒子和聚集的CeS-AlN，通过在CeS表面上的异质沉淀。此外，基于空腔桥理论分析了AlN的聚集，AlN的临界聚集距离和粒子半径的关系为$${d}_{\text{C, AlN}}\text{ = 0.134}{\left({r}_{{\text{P}}_{1}}{r}_{{\text{P}}_{2}}\right)}^{0.5}\text{ - 0.02}\left({r}_{{\text{P}}_{1}}\text{ + }{r}_{{\text{P}}_{2}}\right)$$dC, AlN= 0.134rP1rP20.5- 0.02rP1+rP2。CeS对AlN聚集过程的促进效果如下：I. 增加AlN的成核点和沉淀温度；II. 增加AlN粒子的初始等效半径；III. CeS-AlN在与AlN的多次聚集过程中充当核心。
On Sc Addition in A206 Alloy: The Formation of W-AlCuSc Phase and Its Strength-Weakening Effect in Sand Castings
关于A206合金中Sc的添加：W-AlCuSc相的形成及其在砂型铸造中的弱化效应 (this opens in a new tab)
钪(Sc)由于其潜在的优点，正在航空航天和特种车辆工业中引起关注，但关于Sc添加对Al-Cu铸造合金（即2xx.x系列）相形成和机械性能影响的研究结果却存在冲突。为了探索Sc在铝铸造工业中的潜力，我们使用了含有不同Sc含量的基于Al-Cu的A206合金，在工业砂型铸造环境中铸造特种车辆的气缸头。结果显示，Sc的添加促进了W-AlCuSc棒状析出物在α-Al晶粒内的形成，以及通过重新分布Cu原子从α-Al晶粒内部到边界的大型W-AlCuSc金属间化合物粒子的形成。W-AlCuSc相的形成和Cu原子的重新分布降低了铸态和T6状态A206合金的屈服强度。凝固计算表明，W-AlCuSc相是从初生Al3Sc相或过饱和α-Al相演变而来。还通过实验证实了，W-AlCuSc相的形成依赖于冷却速率，可以通过提高冷却速率来抑制其形成。这些发现为Sc在铸造工业中的高效利用提供了参考。
Real-Time Force Prediction Model of Blooms in the Reduction
减压过程中钢坯实时力预测模型 (this opens in a new tab)
在连续铸造过程中，准确的实时预测坯料凝固确保了还原的有效实施。由于连续铸造生产环境、设备等因素的影响，热追踪模型的计算结果会有偏差；这些偏差在实时中难以发现和纠正，影响了铸造过程的有效实施。在本文中，探讨了在还原过程中应力-应变和力-还原关系的在线计算过程。基于在还原过程中截面应变分布的有限元模型的计算结果，分析了还原、尺寸、钢材和还原位置等参数对坯料截面在还原过程中的应变分布的影响。还原量是影响应变分布的主要因素；在一定范围内，元素应变与还原线性相关。基于这一发现，本文提出了一个实时预测坯料力的模型。该模型结合了热-机械耦合的有限元模型的应变分布趋势，并根据实际的还原过程计算截面每个元素的应变和应变率。通过将热追踪模型的实时温度结果与实验中确定的钢的本构特性相结合，准确预测了在连续铸造过程中的应力-应变和力-还原关系。根据与现场还原过程实际力的比较，误差通常小于5%；然而，对于设备问题，误差有所不同。计算结果显示，环境温度（5℃和10℃）也影响了还原过程中的实际压实力。不同环境温度下的力偏差约为5%到10%。通过比较坯料温度和力数据，可以实时验证现场的热追踪模型，并可以初步诊断还原设备的条件。
Viscosity and Structure Studies of Iron-Based Quaternary Melts: The Effect of Silicon
粘度和铁基四元熔体结构研究：硅的影响 (this opens in a new tab)
本文研究了温度和Si含量对Fe-4.5wt pct C-0.1wt pct Ti-xSi熔体全粘度范围的影响机制。在固-液相区域，Si含量的增加促进了熔体的液相温度的升高和固相粒子的沉淀。温度的降低也增强了固相粒子的沉淀。在纯液相中，Si的引入占据了熔体中的空位，并与Fe结合形成更多的B-Fe簇。这个过程导致了熔体中平均簇大小的增加，温度的降低，自由体积比例的减少，最终，系统粘度的增加。系统的粘度随着Si含量的增加和温度的降低而增加。
Nucleation Mechanism of TiS in Al/Ti Simultaneously Deoxidized Steel based on Homogeneous and Heterogeneous Modes
基于均质和异质模式的Al/Ti同时脱氧钢中TiS的成核机制 (this opens in a new tab)
对钢中的Al/Ti进行了同时脱氧，以分析含有TiS的包裹体，观察到钢样品中的TiS单一包裹体和Al2O3(或TixOy)-TiS双层包裹体。进行了密度泛函理论计算，以研究TiS临界成核前的中间产品的结构和性质，并基于均质和异质成核模式讨论了Al/Ti同时脱氧钢中TiS的成核机制。结果显示，TiS的成核受(TiS)n团簇的形成控制；钢中TiS包裹体的均质成核只能通过n≥4的(TiS)n团簇发生，而在Al2O3和Ti2O3表面的(TiS)n团簇的异质成核可以通过所有的(TiS)n团簇发生。因此，Al2O3和Ti2O3的包裹体可以作为诱导钢中TiS包裹体异质成核的有效位点。在Ti2O3表面形成的(TiS)n团簇的吉布斯自由能变化值低于在Al2O3表面的值，且Ti2O3(001)-TiS(001)界面的失配值小于Al2O3(001)-TiS(001)界面的失配值。因此，TiS包裹体在Ti2O3表面比在Al2O3表面更容易形成。
On the Impact of a Change in Slag Batch on the Freeze Lining Structure and Stability
关于炉渣配比变化对冻结衬层结构和稳定性的影响 (this opens in a new tab)
通过将已经固化的冻结衬层浸入具有不同成分的熔融物中，研究了炉渣配比变化对冻结衬层稳定性的影响，这在Fe-Ca-Si-O炉渣系统中实现。转变是从相同的橄榄石初级相炉渣到3种不同的炉渣系统：（1）橄榄石，（2）硅灰石初级相炉渣，和（3）以硅灰石作为近液相的橄榄石初级相炉渣。实验结果显示，初始冻结衬层界面处的晶体和非晶体相部分熔化和溶解，初始冻结衬层和新炉渣之间发生化学混合。在恢复热梯度后，新的层只从新炉渣的初级和近液相中结晶。总的来说，炉渣配比的变化在一个案例中导致了样品中大的裂缝的形成和其机械稳定性的降低，并在所有情况下导致炉渣高熔点相在密集层中的增长，可能导致冻结衬层化学和热稳定性的增加。
Evolution of Inclusions and Their Statistics in Low-Carbon Aluminum-Killed (LCAK) Steel Treated with Mischmetal
低碳铝杀(LCAK)钢中夹杂物的演变及其统计学 (this opens in a new tab)
研究了两种主要稀土(RE)元素Ce和La的合金——稀土金属对低碳铝杀(LCAK)钢中氧化铝夹杂物改性的影响。在一系列的实验室实验中，准备了四种不同的样品，含有0、160、260和441 ppm的稀土金属。使用自动化的FESEM-EDS特征分析和夹杂物分类软件进行了夹杂物分析。在未处理的样品中，观察到了聚集的氧化铝夹杂物，而在稀土金属处理的样品中，夹杂物被解聚并均匀分布。最后转化的夹杂物被发现是一种复合夹杂物，核心是氧化铝，外围是富含RE的硫化物作为硫环，这与FactSage软件的热力学分析相符。然而，低添加量(160 ppm)的RE导致了氧化铝的不完全改性(氧化铝被硫环不完全覆盖)，而高添加量(410 ppm)导致了更大的复合夹杂物的形成。在统计分析上，RE处理样品的平均长宽比、平均长度和平均ECD(等效圆直径)值显著降低。在LCAK钢中，260 ppm的RE含量被发现是演变出带有硫环的球形夹杂物的最佳条件。基于FactSage预测的夹杂物演变与温度的关系，开发了一个收缩核心模型，以理解夹杂物改性的机制。动力学结果也表明，在钢的加工期间，存在一个临界半径，超过这个半径，夹杂物的改性就不可能了。图形摘要
Tribological Behavior and Residual Stresses of Gas Tungsten Arc Welded Dissimilar Joint of sDSS 2507/X-70 Pipeline Steel
摩擦学行为和气体钨弧焊接的残余应力不同接头的sDSS 2507/X-70 管道钢 (this opens in a new tab)
本研究调查了sDSS 2507/X-70 不同焊接接头的摩擦学行为和残余应力，重点关注其在海洋应用中的结构完整性。使用ER2594和ER309L填充金属进行气体钨弧焊接，分别在较低热输入（LHI-0.7 kJ/mm）和较高热输入（HHI-1.4 kJ/mm）下进行。利用含有不同硅砂浓度（10和30 wt pct）的浆砂罐测试器，在海洋环境中分析了重量损失、磨蚀磨损和磨损机制。通过使用扫描电子显微镜分析表面和微观结构特性，对侵蚀行为进行了全面理解。所有样品在浆砂浓度增加时都经历了显著的重量损失。sDSS 2507基体金属（BM）的重量损失增加了17%，X-70 BM的重量损失增加了36%。高浆砂浓度由于沙粒密度、粒子与表面接触、粒子相互作用和流体冲击，导致了显著的重量损失。ER309L-LHI比ER2594-LHI在浆砂浓度增加时多损失了55%的重量，而ER309L-HHI比ER2594-HHI多损失了56%的重量。与两种BM相比，ER2594-LHI和ER309L-LHI对浆砂侵蚀具有更好的抵抗力。ER2594-LHI和ER309L-LHI的侵蚀率随浆砂浓度的增加分别增加了1.14和1.32倍。材料去除机制包括微切削、坑洞形成、唇片破碎和脊形成。深孔钻孔法已被用来估计焊接区的残余应力。ER2594焊接件主要表现出分布在其厚度上的拉应力残余应力。焊接表面经历了241 MPa的纵向残余拉应力，焊接根部观察到的残余应力最低。在ER309L焊接件中，记录的最大残余应力为175 MPa。该研究推荐了适合的焊接参数，包括热输入和填充金属（ER2594和ER309L），以提高sDSS 2507/X-70焊接的浆砂侵蚀抗性，强调了残余应力分析对评估焊接结构在操作条件下的完整性的重要性。
Establishing Aluminum-Oxygen (Al-O) Equilibria in Liquid Iron at 1873 K: An Experimental Study and Thermodynamic Analysis
在1873 K下建立铝-氧（Al-O）平衡在液态铁中：实验研究和热力学分析 (this opens in a new tab)
对于不同浓度的铝（0.0008-23.35 wt pct）含量，已经在1873 K下建立了铝-氧平衡。实验是在惰性（高纯氩）气氛中进行的，通过在氧化铝坩埚中熔化纯电解铁和Fe-Al主合金，并在1873 K下使Fe-Al-O熔体平衡两小时。采用了两阶段加热方法，在惰性气体熔融吸光度计和扫描电子显微镜-自动包裹体分析（SEM-AIA）中，用于估计样品中不溶解的氧含量。已经分别为总氧和溶解氧含量建立了铝-氧平衡。使用高阶相互作用参数进行了热力学分析，即，截止到2阶的Wagner相互作用参数形式（WIPF），Darken的二次形式，和立方形式。在这些形式中，实验分析与基于立方形式的热力学分析发现一致性良好。
Effect of TiO2 Addition on the Viscosity of Ladle Refining Slags
TiO2添加对钢包精炼渣粘度的影响 (this opens in a new tab)
为了理解TiO2对钢包精炼渣粘度的影响，我们在实验室测量了CaO-SiO2-30pct Al2O3-5pct MgO-TiO2精炼渣系统的粘度，并计算了粘性流动的活化能。还使用了FTIR和拉曼来分析渣结构的变化。结果显示，随着渣系统中TiO2含量（0至10 pct）的增加，渣的粘度先降低后增加。钢包渣中低TiO2含量（例如，2 pct）可以由于[TiO4]4−的形成而削弱渣结构的强度；而足够的TiO2（例如，10 pct）将导致[Ti2O6]4−的形成，并进一步增加渣的聚合度（DOP）。尽管硅酸盐结构可以被TiO2解聚，但[AlO4]5−-四面体结构的变化在粘度变化中起着更深远的作用。随着含TiO2渣的碱度（w(CaO)/w(SiO2) = 2至10）的增加，粘度降低。CaO提供的自由氧降低了铝酸盐和硅酸盐结构的DOP。将适量的TiO2添加到钢包精炼渣中对于精炼Ti含钢级别是非常可能的，因为它对渣的熔点和粘度有积极的影响。
Extracting Beryllium from Beryllium Fluoride by Magnesiothermic Reduction
通过镁热还原从氟化铍中提取铍 (this opens in a new tab)
铍（Be）是一种不可或缺的战略金属，主要通过镁热还原氟化铍（BeF2）来生产。在这项研究中，我们研究了BeF2的镁热还原化学反应过程，并辅以对金属、渣和蒸汽冷凝物中含有Be和其他相关元素的各种相的表征。基于热重（TG）和差热分析（DTA），BeF2的镁热还原温度应保持在1380 K以下。随后，在Ar气氛中使用镁（Mg）作为还原剂，将温度保持在1173 K至1323 K范围内，对BeF2进行30分钟的提取，然后进一步加热至1573 K并保持10分钟，以分离金属和渣。Be金属的最大提取率为68.8 wt pct。所产生的Be纯度高达99.5 wt pct，其中Mg是主要的杂质元素。镁热还原后，渣主要由MgF2相和BeF2-MgF2共晶组成。杂质元素Al和Si主要以Al-Si-O化合物的形式存在于渣中。对镁热还原过程中的蒸汽冷凝物的表征表明，Mg、BeF2和Be在还原过程中都有蒸发。
Oxygen Distribution at the Hot Spot in BOF Steelmaking
在BOF炼钢过程中热点处的氧分布 (this opens in a new tab)
模拟了热点处气态和液态氧化产物之间的分布。这个简化模型准确地描述了从喷枪喷嘴出来的气体射流与射流周围气体的相互作用。这种相互作用改变了气体射流的化学成分，影响了其随后与热点的相互作用。然后，迭代过程计算了从空腔出来的气体的化学成分。通过将模拟出的从空腔出来的气体成分与基于准静态BOF操作的氧质量平衡相结合，得到了流过喷枪头部的出口气体的特性以及FeO的生成速率。
Reduction of Metallurgical Slags Using Sunflower Pellets
使用向日葵颗粒还原冶金渣 (this opens in a new tab)
本文介绍了实验室测试的结果，目的是验证向日葵颗粒作为生物质还原剂用于还原有色金属氧化物的适用性。我们使用了多种研究技术来验证测试材料在还原过程中的行为。这些技术主要基于高温的使用，这是冶金过程的特征。所得结果表明，该材料在燃烧热量（16至19 MJ kg−1）和挥发分含量（质量百分比为75%）方面与此类其他原材料具有相似的值。使用向日葵颗粒对铜渣进行还原的研究在持续时间和添加还原剂量的各种变体中进行。测试中采用的1300°C的温度反映了实际的过程条件。所得结果表明，随着添加的还原剂量从5.67增加到12.0 wt pct，铜和铅过渡到金属相的程度从大约24%增加到56%。
Numerical Simulation on the Motion Behavior of Micro-inclusions at the Steel–Slag Interface
钢渣界面微观夹杂物运动行为的数值模拟 (this opens in a new tab)
采用体积流体（VOF）方法与过度网格相结合，模拟了粒子通过钢-渣界面的动态运动。结果显示，直径为10μm的固体夹杂物粒子在接近界面时，会先下沉然后在短时间内上升，界面变形范围广，运动状态极不稳定。在相同条件下，液态夹杂物也伴随着不稳定的运动，但上升的液面会起到加速上升运动的作用。增加粒子的末端速度，提高粒子在熔融钢中的润湿性，以及将固体夹杂物改为液态夹杂物，可以减少粒子运动过程中的振荡幅度，有利于粒子在液-液界面的稳定性。渣的粘度对小粒子的脱离运动影响较小。
Changes in Microscale Liquid Formation in Lump and Sinter Mixed Burden Softening and Melting Tests with the Addition of Hydrogen
氢气添加对块矿与烧结矿混合负荷软化和熔化试验中微观尺度液态生成变化的影响 (this opens in a new tab)
随着向富氢高炉操作的转变以降低温室气体排放，必须重新考虑铁质负荷设计以优化炉温透气性。增加直接充电块矿在铁质负荷中的比例也提供了一个机会，减少与烧结矿和球团生产相关的排放。在传统高炉条件下，通过将块矿与负荷中的烧结矿混合以促进他们有利的高温相互作用（包括化学和物理），可以提高块矿的使用效率。因此，必须理解相互作用的机械性变化，以优化负荷设计，包括未来添加氢的操作。在这项研究中，对铁质负荷的金属和氧化物组分中的液体形成进行了显微观察。使用一种新颖的映射技术可视化了不同负荷界面处的氧化物液体和固相稳定性，并且蚀刻了金属铁以揭示碳的微观结构。结果表明，氢的包含促进了烧结矿中金属铁的气体渗碳化，但块矿则不是。得出的结论是，通过两种方式添加块矿，混合负荷软化和熔化性能与氢的添加得到了改善：高度金属化的块矿颗粒为崩溃的烧结矿床提供了结构支撑，并且还抑制了从烧结矿中早期液态矿渣的形成。图形摘要
In Situ Microscale Observation of FeOx–SiO2 Interfacial Reaction
在原位微观观察FeOx-SiO2界面反应 (this opens in a new tab)
促进浓缩物生成的铁氧化物（FeOx）颗粒与反应塔中的硅石通量之间的界面反应，对于制造具有良好流动性的熔渣，并确保闪速炉沉淀器中的铜镍硫化物分离至关重要。使用高温显微镜观察了与硅石通量接触的微米级FeOx颗粒的界面反应，并成功直接用此系统观察了熔渣形成行为。在闪速炉操作条件下，FeS氧化的主要产物是Fe3O4，Fe3O4与SiO2之间的反应温度远高于沉淀器中的典型熔融温度。另一方面，当FeS与Fe3O4共存时，与SiO2的反应温度显著降低。研究表明，FeS与Fe3O4和SiO2的共存是在反应塔中去除Fe3O4和形成FeOx-SiO2熔渣的关键。本研究还调查了颗粒大小、硅石通量的组成以及O2的部分压力对反应的影响。研究表明，这里报告的观察方法具有获取界面熔渣形成反应动力学的潜力。
Impact on Physical Properties of Chloroaluminate Species Distribution in 1-Ethyl-3-methylimidazolium chloride (EMIC)–Aluminum Chloride (AlCl3) System
1-乙基-3-甲基咪唑氯化物（EMIC）-氯化铝（AlCl3）体系中氯铝酸盐物种分布对物理性质的影响 (this opens in a new tab)
使用热力学数据对EMIC-AlCl3系统的氯化铝物种分布进行了建模，温度范围从90°C到110°C，AlCl3的摩尔分数从0到1。考虑到物种的活性（ai）和聚合反应的平衡常数（K），开发了一个热力学模型。模型物种分布结果与可用的文献数据进行了比较。从0到0.5摩尔分数的AlCl3($$X_{{{\text{AlCl}}_{3} }}$$XAlCl3)存在的主要阴离子物种是Cl−和AlCl4−，而在AlCl3浓度较高时存在Al2Cl7−，Al3Cl10−和Al4Cl13−物种。在所有温度下，AlCl4−，Al2Cl7−，Al3Cl10−和Al4Cl13−的分布峰值最大出现在AlCl3的0.5，0.67，0.75和0.8摩尔分数处。随着温度的升高，Al2Cl7−，Al3Cl10−和Al4Cl13−峰值最大的摩尔分数减少。这些物种分布数据被用来分析离子熔体物理性质的变化，如电导率，扩散系数，密度和运动粘度。电导率数据显示，当AlCl4−摩尔分数从0.50降至0.07时，电导率从5.58降至3.94 S/m。发现AlCl4−物种的浓度在调节电解质的电导率方面至关重要。扩散系数数据从1.3 × 10−11增至2.16 × 10−11m2/s2，$$X_{{{\text{AlCl}}_{3} }}$$XAlCl3揭示了Al2Cl7−浓度对电解质中更好的扩散系数的重要性。Al2Cl7−也被发现对获得更高的密度很重要。最后，由于AlCl4−和EMIC+之间强阴离子-阳离子相互作用的减弱效应，得到了较低的AlCl4−浓度下的降低的运动粘度。
Measuring Dynamic Nonreactive Wetting Behavior Between Interstitial-Free Molten Steel and Alumina
测量间隙无钢与氧化铝之间的动态非反应性润湿行为 (this opens in a new tab)
改进的静滴法被用来测量在1550ºC下，不同钛浓度的间隙无钢在氧化铝基底上的动态非反应性润湿行为，同时也通过Young方程基于测量的表面张力和静态接触角来计算界面张力，与之前的静滴法相比。并且，通过分析熔体和氧化铝基底之间的界面层在不同氧分压下的差异进行了研究。此外，还讨论了改进的静滴法的动态接触角的力分析和界面层反应性。结果表明，通过改进的静滴法，流动熔体和固体基底之间的前进角、后退角和静态接触角可以快速获得。并且，改进的静滴法中，钢液和氧化铝基底之间的界面张力，分别为1428.71和1221.35 mN/m，钛浓度分别为280 ppm和540 ppm，高于之前的静滴法，分别为1245.56和719.01 mN/m。低合金间隙无钢和氧化铝基底在之前的静滴法中形成了一个界面层，随着氧分压从5.4×10−23增加到5.4×10−19atm，界面层的厚度从3.5增加到77.8μm，钛浓度为540 ppm。界面层由硅、锰和钛氧化物等合金化合物组成，对间隙无钢的活性合金和氧分压敏感。
Phosphorus Removal Properties of the Fe–C–Si–Mn–P–S Metallic Melts Based on the Atom–Molecule Coexistence Theory: Mutual Verification by Industrial and Laboratorial Experiments
基于原子-分子共存理论的Fe-C-Si-Mn-P-S金属熔体的磷去除性能：工业和实验室实验的相互验证 (this opens in a new tab)
为了量化热金属或熔融钢等铁基合金中含磷化合物的反应能力，并准确评估其磷去除程度，我们基于原子-分子共存理论（AMCT）、宏观实验、冶金物理化学和计算机科学，建立了一个用于科学地表征Fe-C-Mn-Si-P-S金属熔体中结构单元反应能力的热力学预测模型。在当前研究的金属系统和组成范围内，熔体中不同原子和分子的平衡质量百分比与基于AMCT计算的它们的质量作用浓度Ni之间存在强烈的线性关系，其中铁磷化合物是主要的磷运输单元。Fe2P的质量作用浓度与初始和脱磷热金属中的[质量百分比P]在0.02至0.31百分比范围内显示出连续的线性强关系。基于AMCT计算的Fe-C-Si-Mn-P-S金属熔体和矿渣之间的平衡磷去除比率与测量值之间显示出完美的1:1线性关系。铁磷化合物对总平衡磷去除比率的贡献最大，高达99.9%，其中Fe2P贡献了68.7%。基于工业和实验室实验测量的热金属脱磷比率与基于AMCT计算的平衡磷去除比率显示出一致的线性趋势，这表明AMCT可以正确地应用于研究热金属或熔融钢在脱磷过程中的磷去除性能。
The Effect of Steel Grade Casting Sequence on the Length of Transition Bloom
钢级浇注顺序对过渡坯长度的影响 (this opens in a new tab)
在生产过程中，我们观察到过渡坯的中心和表面成分之间存在显著差异，这给准确确定其位置带来了挑战。为解决这个问题，我们开发了一个三维（3D）多物理耦合的钢级过渡数值模拟。这个模拟基于流体-固体-热-磁和溶质运输模型，涵盖了从钢包喷嘴到凝固终点的整个过程。与之前将新旧钢级视为不同组分的研究不同，我们的方法将每个元素视为一个独立的组分，使得可以研究每个元素的特定偏析行为。通过同时考虑流动和偏析对过渡坯成分的影响，我们提出的模型提供了对坯内溶质元素分布的清晰理解。此外，我们的模型与以前用于钢级过渡的方法相比，展示出更高的预测准确性。研究发现，将密度较高、溶质元素含量较低的钢级指定为旧钢级，将密度较低、溶质元素含量较高的钢级指定为新钢级，可以得到24.70米的过渡坯长度。相反，当浇注顺序反转时，过渡坯的长度增加到33.44米。因此，我们的新模型为减少过渡坯长度提供了理论依据。通过实施针对钢级过渡的精心计划的浇注顺序，可以实现过渡坯长度的大幅度减少，从而在生产中实现显著的成本节省。
Composition Engineering on the Structure and Transport Properties of CaO–SiO2–P2O5 System: A Computational Insight
CaO-SiO2-P2O5系统的组成工程对结构和传输性质的影响：计算机模拟的洞察 (this opens in a new tab)
为了支持对冶金渣的组成-结构-粘度的工程研究，我们使用分子动力学方法系统地研究了在网络修饰剂与网络形成剂比例不同的情况下，CaO-SiO2-P2O5三元系统的微观结构和传输性质的变化。结果显示，随着碱度和CaO/P2O5（C/P）比例的增加，Ca-O和P-O的平均键长略有增加，而Si-O的则减少。P-O和Si-O的配位在CN=4时相对稳定，O-P-O和O-Si-O的键角接近标准四面体结构的键角。Ca2+比例的增加会破坏桥氧键，形成更多的非桥氧键和自由氧，导致网络聚合度的降低。碱度和C/P比例的增加显著增加了[SiO4]4-和[PO4]3-四面体中Q0结构的比例，而Q2+ Q3的比例之和则减少。粘度的降低与CSP系统微观结构的聚合度降低一致。随着碱度和C/P比例的增加，CSP系统的焓值都以不同程度的指数形式增加。在研究组成范围内，组分对微观结构和粘度影响程度的顺序大致为CaO > SiO2 > P2O5。
Wettability and Interfacial Phenomena Between Silicon and Sulfur-Bearing Steels and Solid CaO Substrates
硅和含硫钢与固态CaO基底之间的润湿性和界面现象 (this opens in a new tab)
使用静滴法在1550°C下研究了含0.2 wt pct硫和0~3.5 wt pct硅的Si-S钢与CaO基底之间的润湿性。当钢中的硅含量为0、1.4、2.8和3.5 wt pct时，Si-S钢与CaO基底之间的平衡接触角分别为95、136、142和142度。当钢中没有硅时，钢几乎不与CaO基底发生反应。然而，当钢中含有>1 wt pct的硅时，在熔融钢和基底之间的界面处生成了由CaS和2CaO·SiO2组成的反应层。此外，随着钢中硅含量从0增加到2.8 wt pct，反应层的厚度从0增加到36μm，这是因为溶解的氧被硅还原。然而，当硅含量增加到3.5 wt pct时，反应层的厚度反而减小，这归因于在致密的固态反应层中阻止了硫的扩散。
Oxidation Weight Gain Model for Electrodes During Electroslag Remelting of Superalloy Inconel 718
对Inconel 718超合金电渣重熔过程中电极的氧化增重模型 (this opens in a new tab)
高温终端氧化是电渣重熔中渣组分损失的主要原因。本次探索的目标是制作一个氧化增重模型，该模型可以用来估计消耗电极的重量增加，并确定Inconel 718复合物的脱氧过程。使用XRD和SEM检查并观察了氧化的Inconel 718合金表面的氧化状态和状况，并测量了重量增加，以推断Inconel 718合金的氧化动态曲线。使用恒温氧化引擎模型和Inconel 718复合物的变温氧化活性模型，构建了电渣重熔过程中自燃电极稳定氧化的数学模型。本工作中创建的模型可以适当地估计电渣重熔过程中自燃电极的氧化增加，然后确定所需的具体脱氧剂量，这对于这种高纯度合金等级的工业制造至关重要。
Recognition of Converter Steelmaking State Based on Convolutional Recurrent Neural Networks
基于卷积递归神经网络的转炉炼钢状态识别 (this opens in a new tab)
转炉炼钢过程是冶金生产的重要部分，炉口火焰特性间接反映了炉内的熔炼条件。有效地识别和预测转炉炼钢的熔炼条件是工业生产中的一个具有挑战性和关键性的问题。然而，传统的基于图像的方法使用单一的静态火焰图像作为输入，识别精度低，无法准确反映熔炼条件的变化。为了解决这个问题，本研究提出了一种新的识别模型，首先对炉口火焰视频序列进行预处理，然后应用卷积递归神经网络（CRNN）进一步学习时空特征并获得识别结果。此外，为了进一步提高模型的准确性，我们引入了通道注意力机制，并通过特征层可视化技术验证了模型的有效性。我们还通过准确性、精确性、召回率和F1分数定量评估模型性能，并绘制了AUC-ROC曲线的混淆矩阵。实验结果表明，该方法不仅有效，而且稳健，具有很大的工业应用潜力。
Metallurgical Mechanism Guided Machine Learning to Predict Slag Entrapment Behavior during Ladle Refining with Bottom Blowing
冶金机理指导的机器学习预测底吹精炼炉中渣包围行为 (this opens in a new tab)
本研究分析了气体流速、油层厚度和冲洗塞位置对炉铁精炼过程中油眼面积和油包围深度的影响。为此，我们使用了一个单塞搅拌水模型系统，实验性地研究了渣包围的动态，这在净化熔融钢中起着至关重要的作用。高清摄像机捕捉了油眼图像，并通过二值化进行了处理。通过像素点计数，我们获得了油眼面积数据，建立了一个将渣眼面积与油包围深度相关联的数据库。数据集被划分为90%的训练数据和10%的验证数据。通过网格搜索和交叉验证方法，确定了最佳的超参数组合和建立了决策树（DT）模型。DT模型成功地实现了对两个参数的预测功能，并基于实验数据，对油眼面积的准确率达到了97.318%，对油包围深度的准确率达到了90.624%。热力图和特征重要性被用来分析这些因素对实验结果的影响。此外，通过个体条件期望（ICE）、部分依赖图（PDP）和Shapley加性解释（SHAP）图表，探讨了模型的决策过程。所提出的DT模型的可行性得到了验证，显示出其在预测油包围方面的强大适应性，并证明了其在工厂环境中的实际应用效果。
Influence of Li2O and Na2O on Viscosity, Crystallization and Microstructure of High TiO2-Containing Mold Slags
Li2O和Na2O对高TiO2含量模渣粘度、结晶和微观结构的影响 (this opens in a new tab)
在当前的研究中，研究了Li2O和Na2O对连铸高Ti钢用高TiO2含量结晶渣的粘度、结晶和结构的影响，以改善在钢-渣反应下基于CaO-SiO2-TiO2的渣的性能，通过测量粘度-温度关系、结晶温度和相、以及拉曼光谱。随着Li2O含量从0增加到8％，1300℃的粘度和熔化温度分别从0.54降低到0.01Pa s，和从1151降低到884℃。而随着Na2O含量从2增加到10％，1300℃的渣粘度从0.20增加到0.62Pa s，1400℃的渣粘度从0.16降低到0.09Pa s，熔化温度从1195降低到1077℃。根据热力学计算和XRD测量，高TiO2渣的主要结晶相是CaTiO3，Li2O含量低于4％，Na2O为2到10％，结晶相逐渐从CaTiO3变为LiTiO2，Li2O从4到8％，晶核形态从尖刺星型变为倒刺球型。同样，随着Li2O含量从2增加到6％，初始和完全结晶温度分别降低和增加，而随着Na2O含量的增加，这些都增加，表明当前渣中Li2O的增加低于4％，Na2O的减少导致了弱结晶能力。随着Li2O含量的增加，Q1，Q2和Q3的复杂结构单元被解聚，渣粘度降低。随着Na2O含量的增加，Q0，Q1和Q2结构单元有增加的趋势，1400℃的渣粘度降低。这些结果可以用于选择连铸高Ti钢的模具渣的典型组分。
Efficient Extraction of Ni, Cu and Co from Mixed Oxide–Sulfide Nickel Concentrate by Sodium Chloride Roasting: Behavior, Mechanism and Kinetics
通过氯化钠烧结从混合氧化物-硫化物镍精矿中高效提取Ni、Cu和Co：行为、机制和动力学 (this opens in a new tab)
面对镍资源短缺和镍需求增加的情况，实现低品位硫化镍矿的高效利用是镍工业发展的重要任务。在这项工作中，提出了NaCl烧结-水浸出的过程，以同时从低品位镍精矿中提取有价金属。基于烧结过程的热力学分析，研究了几个关键因素对金属提取的影响。结果显示，在以下最佳条件下：温度400°C，时间90分钟，NaCl剂量100%和精矿粒度70-88µm，Ni、Cu和Co的提取率可以分别达到约94.08、92.81和91.85%。通过热力学分析、差热重分析和烧结产品的相组成分析，确定了金属矿物的演变行为和机制。基于差热和热重实验的烧结过程动力学通过Kissinger方法和Doyle-Ozawa方法进行了分析。金属矿物被氯化的平均表观活化能确定为400.12 kJ/mol，动力学方程表示为$$\frac{{{\rm{d}}\alpha }}{{{\rm{dt}}}} = 2.41 \times {10^{12}}{{\rm{e}}^{ - \frac{{400.12}}{{{\rm{RT}}}}}}{{\rm{(1}} - \alpha {\rm{)}}^{1.27}}$$dαdt=2.41×1012e-400.12RT(1-α)1.27。图形摘要
Numerical Study on Metallurgical Effect of Filtering Weir with Multi-stepped Orifices in Tundish
关于炉缸中带有多级孔洞的过滤堰的冶金效应的数值研究 (this opens in a new tab)
在此，我们提出了一种新型的带有多级孔洞的过滤堰，以解决传统流量控制设备在炉缸中无法有效去除小颗粒包裹物的问题。在不改变安装位置的情况下，设计了三种新型的过滤堰。比较和分析了堰和坝的流动和热传递行为，壁面剪切分布，以及不同大小包裹物的去除率。进行了1:0.4比例的水模型实验，以验证通过数学模拟计算的流场。结果表明，过滤堰可以延长反应时间并促进液态钢的混合，但对停留时间和死体积分数的影响很小。由于流动的影响，堰和坝的近壁速度和壁面剪切应力减小，但炉缸中液面低温区的面积增加。在堰上增加的多级孔洞增加了50μm以下包裹物的去除率，特别是2和5μm包裹物的去除率增加到63至64%，比使用传统堰高出18至21%。
Evolution of Inclusions in AH32 Shipbuilding Steel Ingots Solidified Under Permanent Magnet Stirring with Different Magnetic Flux Densities
在永磁搅拌下固化的AH32船舶钢锭中夹杂物的演变与不同磁通密度 (this opens in a new tab)
一种以高磁通密度为特征的创新永磁搅拌（PMS）方法，提供了一种在固化过程中生产具有细小且均匀分布夹杂物的AH32船舶钢的可行途径。在这项工作中，我们构建了一个PMS模型，模拟了在各种中心磁通密度（0，1000，1400，1800 Gs）下钢的磁流特性。模拟结果显示，最大电磁力从1.80增加到5.56 kN/m3，因此，当磁通密度从1000增加到1800 Gs时，引入了增强的流动，最大切向速度从0.12增加到0.31 m/s。此外，实验结果显示，在钢中观察到了Al2O3，MnS和Al2O3-MnS三种典型的夹杂物，并且在增强磁通密度的PMS后更均匀地分布。根据Aztec Feature的结果，当磁密度增加到1800 Gs时，锭中心夹杂物的平均尺寸显著从7.2减小到2.5μm，其数量从每平方毫米64增加到85。此外，由于增强PMS后小尺寸Al2O3成核核心的数量增加，Al2O3-MnS复合夹杂物的百分比从32.8增加到75.3 pct。
Characteristics and Formation Mechanism of Oxide–Sulfide Complex Inclusions in High-Speed Railway Wheel Steel
高速铁路轮钢中氧化物-硫化物复合夹杂物的特性和形成机制 (this opens in a new tab)
脆性和刚性的氧化物对高速铁路轮钢的质量的有害影响可以通过用硫化物包裹氧化物来减轻。研究揭示了连铸坯中存在三种类型的氧化物-硫化物复合夹杂物。类型1具有高CaO含量的核心氧化物，其壳层硫化物主要由CaS组成。类型2呈现出低CaO含量的核心氧化物，伴有(Mn,Ca)S壳层。类型3的核心氧化物几乎不含CaO，壳层硫化物主要是MnS。面积比，定义为硫化物面积与氧化物面积的比值，在三种类型的复合夹杂物中逐渐增加。三种类型的复合夹杂物的形成机制各不相同。在类型1中，核心氧化物来源于精炼过程。壳层硫化物中的CaS是液态钢中的Al和S与氧化物中的CaO反应的产物。在类型2中，核心氧化物在冷却和凝固过程中形成。随着液态钢的凝固，Ca、Mn和S的偏析导致了氧化物周围形成(Mn,Ca)S壳层。类型3中的核心氧化物的形成温度低于类型1和类型2，发生在凝固的后期阶段。大量的MnS在凝固接近结束时围绕氧化物形成。在成品轮子中，以其(Mn,Ca)S壳层为特征的类型2表现出适当的硬度和抗变形能力，使其成为三种类型的复合夹杂物中最优的。
Entrained Defects in A356 Semisolid Slurry Produced by RSF and CSC Processes
在RSF和CSC过程中产生的A356半固态浆料中的夹带缺陷 (this opens in a new tab)
半固态浆料在流变铸造中非常重要。在大多数半固态浆料制备方法中，熔融物都会受到强烈的搅拌。在本研究中，实验、模拟、扫描电子显微镜、X射线计算机断层扫描和韦布尔统计分析被用来证明强烈的搅拌是否会在半固态浆料中产生铸造缺陷。快速浆料成型（RSF）和冷坡铸造（CSC）被用来制造A356半固态浆料。结果显示，气孔、收缩孔隙和双膜在产生的半固态浆料中被发现。氧化膜存在于气孔和收缩孔隙的内壁上。由CSC产生的半固态浆料中的气孔和收缩孔隙数量多，大小小，分布均匀，但在由RSF产生的半固态浆料中的数量少，大小大，集中在半固态浆料的中心。模拟和实验证实，RSF和CSC过程都可以引起严重的表面湍流，并导致夹带缺陷的形成。此外，在RSF中，将旋转的EEM（焓交换材料）插入熔融物中可以将熔融物表面的气体和氧化膜带入熔融物中。由CSC和RSF产生的淬火半固态浆料样品的拉伸强度显示出强烈的分散特性，并且都符合韦布尔分布。
Author Correction: Reduction Behavior and Kinetics of Iron Ore–Charcoal Composite Pellets for Sustainable Ironmaking
作者更正：可持续炼铁中铁矿石-木炭复合球团的还原行为与动力学 (this opens in a new tab)
作者更正：冶金与材料交易B (2023) 54:823–832 https://doi.org/10.1007/s11663-023-02729-0
本文的原在线版本已经修正。作者忽略了方程1中的一个排版错误。加号和乘号是错误的。方程应该读作：金属化率（百分比）= Fe(M) / Fe(T)