2022年, 第32卷, 第5期　刊出日期：2022-05-15

  

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技术综述
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  锡或锑在无取向电工钢中的研究进展

  褚绍阳, 干勇, 仇圣桃, 项利, 田玉石, 刘斌

  中国冶金. 2022, 32(5): 1-6.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20210820

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  近年来,在节能减排背景之下,国内外众多研究者对无取向电工钢磁性能的提升做了大量研究。为了探索无取向电工钢磁性能提升的方法,对锡或锑对无取向电工钢磁性能的作用机制(晶粒尺寸和晶体织构的控制)进行分析。基于该作用机制,介绍锡或锑的添加对无取向电工钢磁性能的影响。经研究发现,适量的锡或锑在晶界偏聚,不会阻碍晶界的移动并且致使晶粒尺寸降低;与此同时,锡或锑在晶界偏聚不仅抑制{111}织构在原始晶界处形核及生长,还降低(100)晶粒表面能,促进(100)晶粒生长。因此,适量添加锡或锑,可使无取向电工钢铁损下降、磁感提升。最后结合生产工艺,建议无取向电工钢的研究方向应为稀土含量对高牌号无取向硅钢夹杂物尺寸和数量分布的影响,锡或锑的添加量和常化工艺参数(常化时间、常化温度)对常化晶粒尺寸的影响。
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  金属增材技术在钢铁领域的研究进展

  王长军, 刘雨, 周健, 韩顺, 刘畅, 梁剑雄

  中国冶金. 2022, 32(5): 7-15.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20210751

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  随着增材制造技术的日益成熟,其在钢铁材料制备领域逐渐崭露头角。首先介绍了国内外增材制造技术的发展现状,简述了目前增材制造金属材料的前沿技术;之后汇总了大量增材制造钢铁材料的研究成果,包括不锈钢粉末的制备技术、增材制造不锈钢改性工艺、先进钢铁丝材的增材制造等;从多个角度回顾了近几年来国内外增材制造钢铁材料的研究进展。基于对现有研究成果的总结,指出了增材制造技术在未来钢铁材料领域的重要意义,并为中国钢铁材料增材制造技术的发展提出了展望与规划。
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  二次铝灰处置及利用现状及其在炼钢中的应用

  韩金珊, 左正平, 赵洪亮, 刘风琴, 吕晗, 谢明壮

  中国冶金. 2022, 32(5): 16-24.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20210758

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  中国是铝生产和消费大国,伴随着铝产业的发展,原铝的制备、加工和再生过程中排放出大量铝灰(渣)危险固体废弃物,不仅对环境造成了污染,还存在着二次资源浪费的问题。针对二次铝灰的成分特点以及处理现状,综述了二次铝灰在钢铁行业中的应用及其制备成铝酸钙炼钢精炼剂的技术现状和发展趋势。利用廉价的二次铝灰制备成铝酸钙炼钢精炼剂作为炼钢辅助原料,可在一定程度上节约炼钢成本,同时也是目前缓解二次铝灰处置及利用问题的有效手段。
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  智能算法在球团制造流程中的应用

  江天宇, 薛涛, 李泽政, 杨爱民, 李杰, 张遵乾

  中国冶金. 2022, 32(5): 25-32.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20210789

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  智能算法是铁前数据建模与决策分析的重要支持,也是数据与工艺生产及控制的关键桥梁。为了探索不同智能算法在球团厂的适应场景,按照球团矿的生球粒径识别智能算法、球团矿制备智能控制技术、球团矿质量预测智能算法3个方向展开研究,重点比较不同方向算法的优劣,同时还对如何改善工厂数据的时滞性、冗余性等问题进行归纳总结。期望能结合智能算法,对选择球团矿原料配比、改进造球工艺、提高球团矿冶金性能以及更好地控制焙烧设备提供思路,也为后续的研究提供参考。
专题研究
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  高铝渣物性及发泡性能的试验分析

  何奕波, 郭文科, 李怡宏, 刘光明, 赵永顺, 张红旭

  中国冶金. 2022, 32(5): 33-39.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20210860

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  以Al₂O₃质量分数为30%的高铝渣为原料,研究了该渣系下的液相比例、黏度、表面张力和密度在不同n(CaO)/n(Al₂O₃) (C/A=1.4、1.5、1.6)、MgO质量分数(0%、5%、10%)下与温度变化(1 550、1 600、1 650 ℃)的关系,并分析了不同n(CaO)/n(Al₂O₃)下高铝渣特性对发泡行为的影响及与发泡指数之间的关系。结果表明,不同n(CaO)/n(Al₂O₃)下,MgO质量分数不同,则熔渣成为全液相时的温度均有所差异;渣的黏度和表面张力随温度的升高而减小,并且温度越高,黏度减小的幅度越小,表面张力减小的幅度越大,而渣的密度随温度升高而增加,但幅度较小,因此温度对密度的影响较小。在温度为1 650 ℃、MgO的质量分数分别为0%和5%的渣系中,改变w(CaO)/w(SiO₂)可以影响熔渣的起泡性能,因此确立了该渣系下熔渣特性与发泡指数的关系。综合分析熔渣特性结果发现n(CaO)/n(Al₂O₃)不宜过高,最佳比值为1.4。通过对不同条件下高铝渣物性及发泡性能的试验分析,掌握高铝渣物性参数的变化规律及发泡指数,为高铝渣在冶金过程中的应用提供一定参考。
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  基于AO-ENN的LF炉C、Mn合金收得率预报模型

  易振, 柴琳, 刘惠康, 杨磊

  中国冶金. 2022, 32(5): 40-48.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20210868

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  LF炉是钢铁冶炼中的重要设备,其主要作用是对钢水中合金成分进行调整,然而目前实际生产中大多仍使用人工经验来对合金成分进行调整,而且已有的合金加料模型效果并不令人满意。为了使添加的合金更加准确、成本进一步降低,设计了一种基于天鹰优化器(AO)来优化Elman神经网络(ENN)的合金收得率预报模型。首先根据相关性分析出对合金元素收得率影响较大的因子,然后利用AO优化后的ENN建立合金元素收得率预报模型,最后通过预测的合金元素收得率来计算所需加入的合金量。利用实际生产中的真实数据来进行仿真试验,仿真结果表明,建立的AO-ENN模型相较于BP模型和Elman模型,误差更小,精度更高,对实际生产中的合金加入问题有较好的指导意义。
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  曲轴钢CaO-CaF₂-SiO₂-Al₂O₃四元渣系组分活度的热力学计算

  赵博, 乔通, 吴伟, 智建国

  中国冶金. 2022, 32(5): 49-57.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20210713

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  ANF-8渣系是目前曲轴钢电渣重熔工艺常用的渣系,具有很强的脱硫、脱磷以及去除非金属夹杂物能力,但是渣系碱度较高,钢液容易出现吸氢增氧问题,从而降低钢材的综合性能,而适当加入SiO₂可以减少此类问题的发生。针对SiO₂质量分数对ANF-8渣系性能影响的问题,采用共存理论,以ANF-8渣系为基础,对不同温度下、不同SiO₂质量分数的炉渣组元活度进行计算,对渣系组分的活度变化规律进行定量分析,进而达到优化高温下渣系热力学性能的目的。由计算结果可知,加入SiO₂对渣系组元的活度影响较大,渣中CaO活度下降,CaF₂、SiO₂和Al₂O₃的活度上升;温度变化对各组元活度的影响不大。对渣系方案的SiF₄平衡分压,炉渣的熔点、黏度、表面张力以及夹杂物类型进行统计分析,得出质量分数为6%的SiO₂含量能够提升炉渣的整体性能。
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  奥氏体合金钢斜轧穿孔数值模拟及试验验证

  胡建华, 李靖, 拓雷锋, 双远华, 陈建勋

  中国冶金. 2022, 32(5): 58-63.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20210879

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  奥氏体合金钢斜轧穿孔易出现缺陷,工艺参数不易确定。采用电子探针显微分析技术(EPMA)对奥氏体合金钢进行分析,获得材料成分及各种主要元素质量分数,建立材料模型,并针对该材料利用三维有限元软件Deform-3D模拟整个斜轧穿孔过程,分析了变形规律,得到等效应力分布、等效应变分布以及金属流动矢量图,模拟结果与实际变形规律相符。将模拟得到的奥氏体合金钢毛管外形尺寸与试验测量数据进行对比,管形吻合,厚度偏差最大为0.82 mm,误差率为8.0%;外径最大偏差为3.50 mm,误差率为3.7%。对试样进行晶间腐蚀试验,未发现裂纹。穿孔后试件的奥氏体微观组织均匀、晶粒得到细化。
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  大压下率冷轧无取向硅钢织构演变及性能

  林媛, 王红霞, 张文康, 王士嘉, 孙颖, 王一德

  中国冶金. 2022, 32(5): 64-70.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20210865

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  组织和织构是影响无取向硅钢性能的重要因素。为改善产品性能,研究了冷轧压下率(71.7%~87.0%)对高牌号无取向硅钢组织、织构、磁性能和力学性能的影响。结果表明,随冷轧压下率的增加,退火晶粒平均尺寸先减小后增大;高斯和立方织构强度减弱,γ纤维织构增强,α纤维织构转变为较强的α^*({ h, 1, 1}〈1/h, 1, 2〉)织构,并随冷轧压下率的增加而增强,同时其峰值逐渐向{111}面移动;工频铁损P1.5/50、高频铁损P1.0/400和磁极化强度J5000同时降低,屈服强度变化不大,表面硬度逐渐增加。当冷轧压下率由84.7%增至87.0%、厚度减至0.30 mm时,高频铁损降幅是工频铁损的11倍,表面硬度增幅变大。以上研究成果对硅钢减薄后织构及组织的优化提供了很好的指导。
生产技术
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  焦炉燃烧室煤粉-燃气混燃过程数值模拟

  仇灏, 张雪红, 刘和平

  中国冶金. 2022, 32(5): 71-79.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20210738

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  为简化焦化厂煤粉资源化利用工艺,改善焦炉燃烧室炉墙温度均匀性,提出新型煤粉-燃气混燃供热模式,并通过数值模拟方法研究了喷煤时空燃比、喷煤位置对JN60焦炉燃烧室内温度特征、炉墙温度分布的影响。结果表明,当空燃比为1.2∶1.0时,燃烧室中部喷吹煤粉会降低炉墙平均温度、增加炉墙高向温差;喷吹煤粉条件下增大空燃比能有效提升炉墙温度;煤粉在燃烧室底部喷吹时可起到延迟燃烧、提高炉墙高向温度均匀性的效果。
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  鞍钢高炉喷吹燃料的综合特性分析

  曾宇, 姜喆, 张建良, 张楠, 滕海鹏, 王广伟

  中国冶金. 2022, 32(5): 80-85.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20210817

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  为了充分掌握大喷煤条件下高炉喷吹不同燃料的可行性,对几种可用于鞍钢高炉喷吹的不同煤级煤种进行了深入研究,主要包括喷吹煤种的工业分析、元素分析,灰成分、发热量、可磨性、着火点和爆炸性、灰熔特性、燃烧性、反应性分析等。同时,结合动力学计算来表征不同煤种的化学反应特性差异。结果表明,随着煤级的升高,煤的软化温度逐渐提高,这主要和氧化钙的作用相关;提质煤和兰炭具有优异的燃烧和气化特性,并且其价格优势明显,安全爆炸性和可磨性符合高炉喷吹要求,搭配混合燃料进行高比例喷吹时有利于燃料结构优化和喷吹成本控制。
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  高炉风口回旋区兰炭燃烧行为的数值模拟

  肖卫锋, 贺鑫杰

  中国冶金. 2022, 32(5): 86-92.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20210844

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  为了探究价格较为廉价并且燃烧性能良好的燃料(兰炭)在高炉直吹管、风口、回旋区内燃烧产生的温度、气体成分以及燃料的燃尽率分布情况,根据高炉的实际尺寸,建立了三维物理模型并进行模拟计算。模拟结果表明,当单独喷吹烟煤、兰炭时,回旋区内的温度均为先升高到最高温度后缓慢降低,风口中心线上最高温度分别为2 447、2 415 K。然而,当单独喷入无烟煤、焦化除尘灰(CDQ粉)时,回旋区内温度持续缓慢上升,在回旋区出口处达到的最高温度分别为2 473、2 366 K。烟煤在风口、回旋区内燃烧产生CO的质量分数均高于其他3种燃料;兰炭、烟煤、无烟煤、CDQ粉在回旋区出口处产生的CO质量分数分别为20.82%、26.09%、17.51%、15.74%。采用兰炭喷吹的燃尽率(63.01%)高于采用无烟煤和CDQ粉的燃尽率(分别为58.03%和52.40%),低于采用烟煤的燃尽率(73.13%)。虽然兰炭和无烟煤的组成成分相似,但是从兰炭在风口、回旋区内燃烧产生的温度、气体成分、燃尽率等方面来看,兰炭的燃烧性能要强于无烟煤。
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  喷淋水量分布对C38N2钢大方坯冷却效果的影响

  杜肖臣, 刘青, 张江山, 王超, 李明

  中国冶金. 2022, 32(5): 93-101.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20210827

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  合理的连铸二冷工艺制度是提高非调质钢连铸坯质量的关键。以某钢厂320 mm×480 mm C38N2非调质钢为研究对象,建立了基于大方坯横向水量分布的凝固传热模型,分析二冷区各段喷淋水量分布对铸坯表面温度分布的影响。研究表明,在现行工艺喷淋条件下,二冷一段和二段铸坯边角部喷淋水量较大,铸坯在二冷一段出口内弧和侧弧的表面横向温差分别达到了340 ℃和327 ℃,三段和四段铸坯表面中心喷淋水量较大,铸坯在空冷区内弧和侧弧的表面回温分别为109 ℃/m和125 ℃/m,容易引发角部裂纹和内部裂纹。在此基础上,提出“在二冷一段和二段降低喷淋高度+三段和四段升高喷淋高度”的喷嘴布置方式。水量分布优化后,二冷各段出口表面横向温差基本控制在200 ℃以内,铸坯在空冷区内弧和侧弧表面回温分别降低至95 ℃/m和107 ℃/m,角部回温由94 ℃/m降低至40 ℃/m,降低了裂纹缺陷发生率。研究结果可为该类非调质钢连铸生产提供借鉴。
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  保护渣对430不锈钢铸坯边部凹陷缺陷的影响

  翟俊, 李欢, 陈法涛, 李晓军

  中国冶金. 2022, 32(5): 102-108.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20210727

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  针对太钢430不锈钢铸坯边部凹陷严重的问题,采用Gleeble 3800、高温原位分析仪、黏度分析仪等技术手段,系统研究430铸坯边部凹陷缺陷的产生机理和保护渣性能对边部凹陷的影响规律。研究结果表明,430铸坯边部凹陷缺陷的主要原因与保护渣的控制传热有关。保护渣碱度过小,结晶能力弱,坯壳在结晶器内冷却强度大,凝固收缩带来较大的角部扭动力而产生边部凹陷,此时铸坯边部凹陷主要发生在结晶器内;保护渣碱度过大,结晶能力强,铸坯冷却强度不够,出结晶器的坯壳厚度薄,在钢水静压力的作用下铸坯宽度产生延展效应,导致后续产生较大的凝固收缩而形成边部凹陷,此时铸坯边部凹陷主要发生在二冷阶段。保护渣碱度控制为1.00,保护渣的结晶能力适宜,既避免了结晶器内强冷带来的铸坯凹陷,又保证了出结晶器坯壳足够的厚度和强度,最终使铸坯边部凹陷深度由1.26 mm降低至0.30 mm,显著改变了铸坯表面质量。
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  热处理工艺对铝硅镀层热成形钢组织性能的影响

  马闻宇, 李学涛, 郑学斌, 郝玉林, 徐德超, 潘跃

  中国冶金. 2022, 32(5): 109-115.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20220101

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  为深入理解不同热处理工艺参数对铝硅镀层热成形钢组织性能的影响规律,主要研究了加热温度和保温时间对铝硅镀层热成形钢的硬度、微观组织、镀层厚度和镀层成分的影响。结果表明,当加热温度不大于 900 ℃ 时,铝硅镀层热成形钢的硬度随着保温时间的增加而增加;当加热温度大于 900 ℃ 时,铝硅镀层热成形钢的硬度随着保温时间的增加而下降。当加热温度为850~930 ℃,保温时间为 4、8 min 时铝硅镀层热成形钢的微观组织在模具淬火冷却过程中均转化成为马氏体。在相同加热温度下,铝硅镀层热成形钢合金层的厚度随着保温时间的增加而增大,当加热温度升高至 930 ℃ 时,镀层因氧化而挥发严重,导致镀层变薄,所以铝硅镀层热成形钢的加热温度应控制在 930 ℃ 以下。保温温度升高、保温时间增加导致元素扩散显著,聚集的硅元素含量和面积由于其不断向四周扩散而降低。同时铁元素大量扩散到镀层中,镀层中铁元素含量增加显著。高温下,镀层发生明显的氧化反应,氧化反应促进了微孔洞的形核和长大。
节能环保
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  气淬高炉熔渣冷却凝固相变特性仿真

  康月, 刘超, 张玉柱, 邢宏伟

  中国冶金. 2022, 32(5): 116-124.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20210709

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  为了探究实际喷吹参数对渣珠内部凝固换热过程产生的影响,研究了不同喷吹速率和渣珠粒径参数下、高炉渣珠落到冷渣器时、渣珠内部温度场及固液相变规律,获得了不同气淬参数对高炉渣气淬渣珠冷却过程中换热情况的影响。结果表明,气淬高炉熔渣能够加快渣珠表层凝固形成固态渣壳,但是整个凝固过程并不均匀。随着喷吹速率的增大,渣珠凝固速度增快,渣壳形成时间缩短;粒径越小,渣珠换热速度越快,发生完全凝固时间越短。1 723 K出渣温度、350 m/s喷吹速率、粒径3 mm渣珠落入冷渣器时能够获得最快凝固速率,形成完整渣壳,同时节约能耗。
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  福建三钢集团节能降碳进展及碳减排路径

  钟嘉豪, 周继程, 刘骁

  中国冶金. 2022, 32(5): 125-130.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20220088

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  系统总结了福建三钢集团“十三五”期间节能降碳工作所取得的卓越成绩,并剖析了三钢集团在原料结构调整、降低高炉燃料比、二次能源回收、煤气高值化利用以及系统节能降碳等方面的措施和取得的效果。通过推进结构节能、技术节能和管理节能,全面提升了企业的能效水平。“十三五”期间,铁钢比下降了0.2,高炉燃料比下降了21.66 kg/t,吨钢综合能耗下降了1.30%,吨钢CO₂排放量下降了4.98%。另外,还对三钢集团碳减排规划进行了介绍,为其他钢铁企业绿色低碳发展提供借鉴。
有色冶金
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  含钼废渣冶炼钼铁的优化试验

  杨双平, 刘守满, 王苗, 张甜甜, 孙海兴, 何凯

  中国冶金. 2022, 32(5): 131-139.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20210717

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  利用含钼废料钼酸钙为原料,采用碳还原法冶炼钼铁,通过单因素分析试验及正交试验优化得出最佳的试验条件,钼酸钙加入量应低于10%,熔炼温度为1 525 ℃,保温时间为25 min,碱度为1.3。通过XRD、SEM、EDS分析得出用此方法生产得到的钼铁合金中,钼以Mo₂C、Fe₃Mo以及Fe₃Mo₃C的形式存在,渣系为二元玻璃渣系,具有与普通玻璃相似的成分系统。经测定合金中钼的回收率大于99%,钼资源回收效益可观。
冶金科技英才
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  李俊

  中国冶金. 2022, 32(5): 140-140.

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  杨树峰

  中国冶金. 2022, 32(5): 141-141.

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冶金科学技术奖
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  冷轧热镀锌线锌锅电磁驱渣技术研究及产业化应用

  中国冶金. 2022, 32(5): 142-142.

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冶金科学技术奖获
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  地下矿山采矿工程精细爆破技术研究

  中国冶金. 2022, 32(5): 143-143.

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