在全球碳中和目标驱动下,钢铁工业亟需低碳冶金技术革新。本文基于热力学最小自由能原理,构建了铁氧化物碳还原与碳-氢协同还原理论模型,量化分析了还原剂消耗、能耗及碳排放极限。研究表明:氢还原吨铁需53.7 kg H_(2)及878.4 MJ热量,...在全球碳中和目标驱动下,钢铁工业亟需低碳冶金技术革新。本文基于热力学最小自由能原理,构建了铁氧化物碳还原与碳-氢协同还原理论模型,量化分析了还原剂消耗、能耗及碳排放极限。研究表明:氢还原吨铁需53.7 kg H_(2)及878.4 MJ热量,对应碳排放仅为H_(2)O,较传统碳还原碳排放强度降低97%,节能率达80.6%。碳-氢协同还原可降低20%~40%碳耗,高温(>810℃)下氢气还原效率较CO提升30%~50%,且温度每升高100℃,氢利用率增加8%~12%。碳循环与氢循环在>1000℃及C/CO_(2)摩尔比>1.5时协同作用显著,平衡转化率达99%,双循环耦合可额外减排0.3~0.5 t CO_(2)/t Fe。提出了高炉富氢冶炼工艺优化路径,综合减排潜力达30%~40%。本研究为氢冶金工业化及钢铁低碳转型提供了关键理论支撑。展开更多
激光粉末床熔融(laser powder bed fusion,LPBF)成形悬垂结构的应力与变形是实现复杂金属构件高质量、高精度制造的关键问题之一。通过基体预埋应变片的方式实现了悬垂结构LPBF成形过程应变数据的实时测量。基于原位应变测量系统研究了...激光粉末床熔融(laser powder bed fusion,LPBF)成形悬垂结构的应力与变形是实现复杂金属构件高质量、高精度制造的关键问题之一。通过基体预埋应变片的方式实现了悬垂结构LPBF成形过程应变数据的实时测量。基于原位应变测量系统研究了T形悬垂结构、低角度悬垂结构(5°和10°)LPBF过程的原位应变行为。深入研究了不同悬臂长度、不同成形工艺参数对T形悬垂结构原位应变行为的影响,并进一步分析了不同悬垂角度、支撑类型对低角度悬垂结构原位应变行为的影响。结果表明,T形悬垂结构的悬空长度越长,结构的变形越大;采用激光能量梯度、棋盘扫描策略可有效降低T形悬垂结构的变形。支撑结构设计可显著影响低角度悬垂结构的应变行为和成形质量,采用H1支撑设计策略(块体支撑间距0.8 mm+锥体支撑间距0.6 mm)的成形质量最佳。上述结果可为深入理解LPBF成形悬垂结构的变形行为和调控提供有效参考。展开更多
文摘在全球碳中和目标驱动下,钢铁工业亟需低碳冶金技术革新。本文基于热力学最小自由能原理,构建了铁氧化物碳还原与碳-氢协同还原理论模型,量化分析了还原剂消耗、能耗及碳排放极限。研究表明:氢还原吨铁需53.7 kg H_(2)及878.4 MJ热量,对应碳排放仅为H_(2)O,较传统碳还原碳排放强度降低97%,节能率达80.6%。碳-氢协同还原可降低20%~40%碳耗,高温(>810℃)下氢气还原效率较CO提升30%~50%,且温度每升高100℃,氢利用率增加8%~12%。碳循环与氢循环在>1000℃及C/CO_(2)摩尔比>1.5时协同作用显著,平衡转化率达99%,双循环耦合可额外减排0.3~0.5 t CO_(2)/t Fe。提出了高炉富氢冶炼工艺优化路径,综合减排潜力达30%~40%。本研究为氢冶金工业化及钢铁低碳转型提供了关键理论支撑。
