2022年, 第32卷, 第4期　刊出日期：2022-04-15

  

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技术综述
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  中国钢铁生产“碳中和”解决方案探讨

  邵远敬, 徐蕾, 刘校平, 陈洪智

  中国冶金. 2022, 32(4): 1-8.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20210664

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  根据某工程各工序碳素流计算出全流程吨热轧钢材的直接CO₂排放量为1.786 t。以此为基数,就高炉-转炉长流程工艺的几种主要减碳技术的减碳效果进行了定量评估,发现减碳效果有限,只能作为从“碳达峰”到“碳中和”的过渡方案或最终解决方案的补充。从“碳中和”要求的角度看,以全废钢或气基还原铁+废钢为原料的电炉炼钢短流程无疑是最佳解决方案。结合中国资源条件就几种典型短流程组合方案进行了适应性分析,提出了以“氢基竖炉直接还原铁+电炉炼钢方案”为主、以“高炉-转炉长流程工艺减碳技术+碳捕集与封存(CCS)方案”和“全废钢电炉炼钢方案”为补充的“碳中和”解决方案,最后给出了安全低成本获取氢基竖炉直接还原铁所需的“绿氢”方案建议。
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  超纯铁素体不锈钢脆性及形成特点对性能的影响

  葛杰, 刘晓, 刘浏

  中国冶金. 2022, 32(4): 9-20.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20210684

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  超纯铁素体不锈钢是一种具有良好耐蚀性能、加工性能和焊接性能的材料,主要应用于汽车行业、厨房用具和家用电器以及大型建筑的屋面设计等领域。主要研究超纯铁素体不锈钢脆性形成原因以及对性能的影响,总结了超纯铁素体不锈钢σ相脆性、475 ℃脆性和高温脆性等主要特征,并对其脆性形成的原因进行了详细分析,认为σ相,χ相,α'相,Laves相,碳、氮化物及Cr元素的质量分数是导致脆性形成的主要原因。另外,简述了合金元素、稀土元素和时效处理等因素对脆性析出相的影响,以及这些脆性析出相对力学性能和耐蚀性能等的影响。最后,总结了可抑制σ相脆性、475 ℃脆性和高温脆性产生的措施。
专题研究
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  球团矿中MgO含量对炉料熔滴性能的影响

  李建鹏, 卢建光, 刘小杰, 吕庆, 郄亚娜

  中国冶金. 2022, 32(4): 21-26.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20210724

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  球团矿带入适宜的MgO可以提高炉渣的冶金性能,有利于高炉冶炼。为了探究球团矿MgO含量对高炉炉料性能的影响,在全球团冶炼的条件下,以高炉终渣成分为依据进行配料,利用高温熔滴炉检测球团矿不同w(MgO)时高炉初渣性质、炉料软熔滴落性能的变化情况。试验结果表明,随球团矿w(MgO)升高,初渣中未矿化的MgO明显增多,软化结束温度升高,软化温度区间变宽,炉料软化性能变差。当球团矿w(MgO)大于1.01%后初渣熔点升高,导致熔化特征温度升高,熔化带位置向高温区移动,熔化温度区间变窄,熔化带透气性提高;炉料的软熔带温度区间由229 ℃升高至269 ℃,软熔带增厚,炉料整体透气性变差。由于初渣中w((MgO))随之增加,初渣黏度升高,炉料最大压差和熔滴性能特征值增大。因此,在试验范围内,随球团矿w(MgO)升高,高炉炉料的软熔滴落性能恶化,渣铁分离变差,不利于高炉顺行。
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  薄带连铸用侧封板服役过程中热应力分析

  郭海荣, 李鑫, 李化龙, 施一新, 杨文刚, 李红霞

  中国冶金. 2022, 32(4): 27-33.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20210703

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  为解决薄带连铸用侧封板服役过程中热应力过大导致破裂的问题,采用数值模拟的方法,通过热-结构耦合分析,研究了BN基侧封板不同材料参数和预热温度对服役过程热应力的影响,并对高抗侵蚀性复合结构侧封板的适用性进行了讨论。结果表明,可以通过降低材料的线膨胀系数、弹性模量以及增大导热系数来降低侧封板服役过程中的热应力;预热温度越高,热应力越小;可将合适组分的含碳材料复合到侧封板工作面,以提高侧封板抗侵蚀性。
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  SAE1144钢铸坯中硫化物分布及其偏析行为分析

  王奕, 李志伟, 徐翔宇, 张志明, 周楠, 付建勋

  中国冶金. 2022, 32(4): 34-40.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20210660

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  SAE1144是典型的中碳高硫易切削钢,钢中硫化物的形貌、大小、空间分布、偏析是影响其产品性能的关键因素。对国内某厂生产的SAE114连铸坯取样,采用金相显微镜、扫描电镜、夹杂物三维腐刻技术等表征方法开展硫化物形貌的解析,分析了铸坯中硫化物类型、空间分布、三维形貌的变化规律,并总结了硫偏析的规律。研究发现,SAE1144铸坯中硫化物的类型主要为硫化锰夹杂物,激冷层中硫化物主要为单一型椭球状硫化物;柱状晶区硫化物主要为单一型硫化物;中心等轴树枝晶区内硫化物主要为团簇状、链条状、单一型硫化物3类。SAE1144铸坯中心部位的最大偏析值为1.30。硫元素的微观偏析在一次枝晶、二次枝晶中产生的富集导致MnS的宏观分布偏析,聚集状大颗粒MnS的存在是SAE1144硫偏析的反映,也是制约产品性能的重要质量因素。
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  调质工艺对汽车大梁钢700L组织性能的影响

  李冠楠, 商志强, 李红俊

  中国冶金. 2022, 32(4): 41-46.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20210691

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  摘 要: 通过金属摆锤冲击和显微硬度试验,采用OM、SEM、TEM等表征手段,研究了不同调质工艺对700L汽车大梁钢组织和力学性能的影响。结果表明,随着淬火温度的提高,粒状贝氏体(GB)组织有所减少,板条状贝氏体铁素体(BF)数量逐渐变多,板条宽度增加,铁素体基体及边界上的白色析出物数量增多;随着回火温度的提高,块状铁素体有所长大,马奥岛组织和残余奥氏体分解现象明显,且出现了数量较少的等轴状铁素体,回火析出物数量增多,回火温度超过600 ℃后粒子出现粗化长大现象。低温冲击功在不同淬火与回火条件下均表现为上下波动的状态,这主要与第二相粒子及基体组织规律性的变化有关;试验钢在经600 ℃回火后具有最佳低温冲击韧性,其主要原因是钢基体中存在数量较多的具有高密度位错的贝氏体铁素体(BF)与尺寸合适、分布均匀的第二相纳米粒子。
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  1 500 MPa级高伸长率双相钢的组织性能分析

  孙航, 褚晓红, 唐梦霞, 高鹏飞, 邝春福, 赵征志

  中国冶金. 2022, 32(4): 47-53.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20210669

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  为了进一步提高双相钢的性能,通过合理的化学成分设计,在实验室研发了1 500 MPa级Nb-Ti微合金化的高伸长率冷轧双相钢,并且利用连退模拟试验机、扫描电镜等设备,系统研究了退火温度和过时效温度对双相钢组织性能的影响。结果表明,抗拉强度随着退火温度的升高而增大,在840 ℃时可达到1 650 MPa。当温度继续升高时,组织中开始出现回火马氏体,抗拉强度略有下降。随着过时效温度的升高,组织中的回火马氏体含量减小,淬火马氏体含量增大,温度继续升高后,还有部分贝氏体生成,因此伸长率总体上不断增大,在380 ℃时抗拉强度可达1 520 MPa,伸长率达到8.3%,获得最佳力学性能。
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  Si含量对316H钢耐铅铋腐蚀性能的影响

  李骥, 何西扣, 许斌, 杨钢

  中国冶金. 2022, 32(4): 54-62.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20220009

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  316H钢具有较好的高温力学性能和耐腐蚀性能,是铅铋快堆主要候选结构材料。Si元素的加入会提升材料在铅铋中的耐蚀性,同时也会对组织产生影响。通过向316H钢中加入不同含量的Si元素,采用OM、SEM、XRD进行组织分析,对不同Si含量试验钢在550 ℃氧控的铅铋环境下进行动态腐蚀性能研究。结果表明,Si元素可有效提升316H钢的耐铅铋腐蚀性能,加入质量分数为2.0%的Si元素可使得氧化层厚度由450 μm减少至30 μm;加入质量分数为4.5%的Si元素使组织中铁素体含量升高,同时晶界出现大量碳化物,降低材料的耐腐蚀性能。不同Si含量的316H钢氧化层结构差异较大,内层出现的含SiO₂氧化薄膜可阻碍元素通过,从而提高材料的耐铅铋腐蚀性能。
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  热顶设计对镍基高温合金铸锭收缩孔隙的影响

  王建武, 徐志强, 杨树峰

  中国冶金. 2022, 32(4): 63-69.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20210876

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  为减轻缩孔缺陷以降低铸锭头部切除率进而提高铸锭成材率,通过数值模拟研究了热顶高度和热顶预热温度对铸锭收缩孔隙率的影响。对ø350 mm×3 200 mm的高温合金铸锭进行纵向剖切来验证模拟精确性,并结合试验测试和反算法确认了合理的铸锭与锭模界面换热系数,阐明了热顶最优设计方案。试验结果表明,不采用加热冒口时,铸锭缩孔达到1 400 mm并在铸锭中下部出现严重的疏松缺陷。通过有限元数值模拟,验证了镍基高温合金铸锭中心疏松形成条件。过高的热顶高度和预热温度会加剧中心疏松,相反会降低铸锭缩孔高度。因此,为全面控制这两个缺陷,设定ø350 mm高温合金铸锭最佳热顶高度和预热温度为600 mm和900 ℃,这一标准已成功用于优化ø350 mm高温合金铸锭生产。
生产技术
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  转炉炼钢过程中数据库的构建与应用

  康毅, 任萌萌, 赵俊学, 屈波樵, 王泽, 辛鑫

  中国冶金. 2022, 32(4): 70-76.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20210672

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  炼钢过程的自动化及信息化建设日渐完善,由此积累了大量的生产和过程检测数据,为数据库技术应用提供了有利条件。通过完善整合原料、吹炼工艺、产品终点质量等原始数据,结合生产实际建立转炉炼钢的原始数据库;探索炼钢数据库的结构,建立基于数据库的工艺过程数据互算体系,充分利用数据库及人工智能技术对冶金工艺过程进行深入分析、改进优化、精准预测,由此更好地揭示冶金规律,综合提高工程技术人员的工艺控制及生产管理水平,为钢铁的智能生产与制造打下坚实基础。
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  单点非平衡异型坯连铸配水优化的数值模拟

  徐宇, 张峻纲, 林小祥, 武鸿杰, 周俐

  中国冶金. 2022, 32(4): 77-83.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20210692

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  某钢厂超薄异型坯BB2(750 mm×370 mm×90 mm)断面在单点非平衡浇注对称冷却模式下,连铸过程中铸坯存在表面温度不均匀和坯壳生长不一致等问题,为改善这些问题,采用数值模拟方法对原水表进行优化。优化后的结果表明,窄面中心两侧沿拉坯方向温度差值由原来的25~110 K下降到10~50 K,降低到原来的50%以下;窄面中心两侧沿拉坯方向坯壳厚度差值在出结晶器后由原来的3.3~7.4 mm下降到0.4~3.8 mm,降低了50%左右,改善效果明显。
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  冷轧工作辊热凸度及其对板形影响

  渠福泉, 李旭, 张宇峰, 李晓华, 李康, 秦秀珍

  中国冶金. 2022, 32(4): 84-93.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20210704

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  冷轧过程中工作辊的热凸度变化是决定带材板形质量的重要因素,研究分析工作辊的热变形及其对板形的影响对于提高带材质量有着重要的意义。以某厂1 450 mm冷连轧生产线为研究对象,运用大型有限元分析软件ANSYS与LS-DYNA分别建立四机架与五机架的工作辊二维热凸度有限元仿真模型和三维有限元轧制仿真模型,并将2个仿真模型相结合,分析热凸度变化对板形的影响规律、工作辊上机后的热辊形变化过程及其对板形的影响规律,进一步分析轧制速度改变引起的热辊形变化对板形的影响以及乳化液温度、边部预热宽度对板形的影响,为以后冷轧板形质量提升提供了基础。
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  硼元素添加对酸洗板氧化行为的影响

  王畅, 于洋, 王林, 张衍, 郭子峰, 吴新朗

  中国冶金. 2022, 32(4): 94-98.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20220021

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  为了分析硼元素对低碳铝镇静钢酸洗板的氧化特性、氧化激活能和界面作用特点,利用差热分析仪系统研究了硼元素对低碳铝系列镇静钢酸洗板的氧化行为。结果表明,添加硼元素后,酸洗板抗氧化性明显降低;氧化激活能由12.02 kJ/mol 降至8.52 kJ/mol,氧化增重速率由0.239%/min增至0.323%/min;高温条件下硼元素出现界面富集,并与硅氧化物形成复合氧化相,因此降低了氧化铁皮的黏附力。同时,含硼钢在1 100 ℃附近存在氧化增重速率明显增大的趋势,抗氧化性不足,导致氧化铁皮厚度明显增加,当氧化铁皮厚度超过临界变形厚度时,易于发生氧化铁皮压入现象。可通过适当降低精轧入口温度以及适当添加硅元素,改善含硼钢表面麻点状氧化铁皮压入缺陷。
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  基于空洞卷积神经网络与注意力机制GRU的滚动轴承故障诊断

  葛超, 杨奇睿, 刘佳伟, 臧理萌, 陈亮, 孙瑞琪

  中国冶金. 2022, 32(4): 99-105.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20210679

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  针对传统故障诊断方法需要人工提取特征的不足,以及大数据下滚动轴承故障振动信号自适应特征提取与智能诊断问题,利用空洞卷积神经网络(DCNN)可以在不增加计算量的基础上兼顾不同尺度空间特征的能力、门控循环单元(GRU)善于从动态变化的序列数据中学习到时间上的关联性的能力,提出了一种将DCNN、注意力机制和GRU多路径融合的端到端故障诊断方法。首先利用DCNN从原始数据中自动提取时序信号特征,然后将注意力机制(Attention)的GRU通路和DCNN通路进行融合,最后将提取到的特征融合之后送入分类层进行分类。试验结果表明,所提方法的诊断准确率平均为98.75%,高于比较方法,更加适用于滚动轴承故障诊断。
节能环保
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  氧化铝含量对高炉熔渣析晶行为的影响

  任倩倩, 邱明伟, 裴晶晶, 赵鹏越, 龙跃

  中国冶金. 2022, 32(4): 106-112.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20210632

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  高炉熔渣直接纤维化过程中,晶相析出会使熔渣的黏度增加、流动性降低,从而影响矿渣棉纤维质量。熔渣的化学组成会对其析晶行为产生重要影响。采用FactSage热力学模拟结合X射线衍射分析(XRD)、场发射电子显微镜分析(FESEM)、能谱分析(EDS)和热丝法(HTT)等研究方法,探析了Al₂O₃质量分数(11%~19%)对高炉渣冷却过程中析晶行为的影响。结果表明,高炉渣冷却过程中析出的矿相主要为黄长石相、钙长石相、辉石相和硅灰石相。连续冷却试验结果表明,当Al₂O₃质量分数分别为11%、13%、15%以及17%时,高炉渣临界冷却速率分别为60、50、15、15 ℃/min。当Al₂O₃质量分数增加至19%、冷却速率大于3 ℃/min时,熔渣中没有晶体析出;随着高炉渣中Al₂O₃含量的增加,熔渣的开始析晶温度和临界冷却速率降低,有利于高炉渣制备矿渣纤维。重点探析了Al₂O₃含量对高炉熔渣析晶行为的影响,以期为高炉熔渣直接制备矿渣纤维奠定理论与试验基础。
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  含钛高炉渣制备CaTiO₃-多孔地质聚合物光降解吸附材料

  王琨, 朱丽云, 李鹏, 王振波, 国宏伟

  中国冶金. 2022, 32(4): 113-120.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20210667

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  含钛高炉渣作为固体废弃物,国内存量巨大,且其中的钛组元难以提取,导致含钛高炉渣综合利用一直没有得到有效解决。针对当前含钛高炉渣利用率低、附加值低等问题,基于含钛高炉渣成分特点,通过选择性析晶(CaTiO₃优势析出)、碱激发,制备出CaTiO₃-多孔地质聚合物的复合材料。试验结果表明,析晶温度1 400 ℃、保温1 h能够促进CaTiO₃的优势析出,而剩余氧化物以玻璃相形式存在。制备出的CaTiO₃-多孔地质聚合物材料结合了CaTiO₃高光催化活性与多孔地质聚合物比表面积大的优点,对亚甲基蓝具有优异的吸附效果,最大吸附量可达60.4 mg/g。在投加量为50 mg,2 h吸附、3 h光降解条件下,对亚甲基蓝去除率可达94.5%,在治理有机污染领域有良好的应用前景。
有色冶金
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  湿法炼锌过程中氟的脱除方法及应用

  崔鹏, 刘战伟, 李绍元, 秦博

  中国冶金. 2022, 32(4): 121-125.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20210681

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  湿法炼锌过程中,硫酸锌溶液中氟含量的多少直接影响锌片的剥离,易导致工作条件恶化,不仅给整个湿法炼锌系统带来严重影响,也会造成较大的经济损失。多年来,氟的去除一直是冶炼企业面临的难题,特别是锌二次资源的利用,导致电解液中氟离子浓度已超出冶炼企业的控制要求。目前,针对高氟硫酸锌溶液尚无一种高效、经济的除氟方法。为此分析和总结了各种除氟技术的优缺点,指出高效、低成本的除氟新工艺应确保除氟效果稳定、工艺控制条件简单、渣量及锌损失少,能够解决氟在系统中的开路问题,提升企业生产效率。
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  P204萃取分离高铁粉煤灰硫酸浸液中铁铝

  赵爱春, 贺欣, 张廷安, 刘煜金, 叶鑫, 曾淼

  中国冶金. 2022, 32(4): 126-131.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20220073

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  粉煤灰是燃煤电厂发电所产生的主要固体废弃物,年产量及堆存量巨大。近些年越来越多的学者逐渐开始关注如何合理有效地处理粉煤灰。酸法是从粉煤灰中提取有价金属的主要途径之一,但由于Fe³⁺、Al³⁺化学性质相似,相互分离较为困难,因此成为限制资源化处理高铁粉煤灰的主要因素。以P204为萃取剂、260号溶剂油为稀释剂,对高铁粉煤灰酸浸液(Fe³⁺浓度为14.644 g/L,Al³⁺浓度为12.944 g/L的硫酸铝溶液)中铁铝分离展开研究。结果表明,在P204体积分数为40%、温度为60 ℃、相比为1:1、溶液初始pH为1.2的条件下反应20 min,Fe³⁺萃取率达到92.2%,Al³⁺萃取率不足1%,铁铝达到良好分离效果。FT-IR红外检测结果表明,Fe³⁺在萃取过程中通过与P-O-H及P=O键结合被萃取进入有机相,而萃余液被蒸发结晶,经XRD检测确定结晶为Al₂(SO₄)₃产品。
冶金科技英才
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  董超芳

  中国冶金. 2022, 32(4): 132-132.

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  章华兵

  中国冶金. 2022, 32(4): 133-133.

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冶金科学技术奖
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  核电用高品质不锈钢制造技术及品种开发

  中国冶金. 2022, 32(4): 134-134.

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  绿色低碳提钒关键技术及产业化应用

  中国冶金. 2022, 32(4): 135-135.

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会议通知
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  关于召开“2022年全国炼铁生产技术会暨炼铁学术年会”的通知

  中国冶金. 2022, 32(4): 136-136.

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