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2019年, 第29卷, 第7期 刊出日期:2019-07-25
  

  • 全选
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    Materials Science and Engineering
  • Mihira ACHARYA, Animesh MANDAL
    中国有色金属学报(英文版). 2019, 29(7): 1353-1364.
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    为得到细晶硅,向铸造Al-20Si合金中加入4%(质量分数,下同) γ-Al2O3和0.1% Sr。在铸造过程中,γ-Al2O3的作用是细化初晶硅,其添加量为0.5%~6%,而锶的作用是改性共晶硅,其添加量为0.05%~0.1%。结果表明,当添加4% γ-Al2O3时,初晶硅的平均尺寸为24 μm。当添加0.1% Sr时,共晶硅的形状因子约为0.6,平均长度约为1.2 μm。热分析发现γ-Al2O3可以作为潜在的异质形核点。而且,与在Al-20Si合金中同时添加P和Sr一样,同时添加γ-Al2O3和Sr不会污染γ-Al2O3颗粒和抑制他们的形核效率。与铸态Al-20Si合金相比,Al-20Si-4γ-Al2O3- 0.1%Sr合金的极限抗拉强度提高了20%,伸长率提高了23%。抗拉强度的提高可归因于初晶硅的细化、共晶硅的改性,以及合金中由于共晶转变而析出的α(Al)。
  • M.E.MOUSSA,S.EL-HADAD,W.KHALIFA
    中国有色金属学报(英文版). 2019, 29(7): 1365-1374.
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    通过添加氧化钇(Y2O3)对A356铝硅合金进行改性,其添加量为0~2.5%(质量分数)。采用涡流法将预混粉末(Al-30%Y2O3)加入到750 °C熔体中,然后将样品倒入砂模。结果显示,添加Y2O3改性效果显著,其最佳添加量为1.5%,此时共晶温度从568 °C下降到557 °C。共晶硅颗粒尺寸由原来的44.8 μm细化到8.3 μm,长宽比从6.8减小为0.98。较高含量的Y2O3对共晶硅颗粒无改性作用。与未改性试样相比,改性试样的延展性提高了20%以上。这与断裂模式从解理断裂逐渐过渡到更具韧性的断裂模式有关。
  • 荣冕,张亮,吴国华,李炜炜,张小龙,孙江伟,丁文江
    中国有色金属学报(英文版). 2019, 29(7): 1375-1382.
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    研究不同精炼工艺对铸造Al-2Li-2Cu-0.2Zr合金夹杂物和力学性能的影响,包括双级C2Cl6精炼工艺,双级氩气旋转喷吹精炼工艺和双级复合精炼工艺。结果表明,结合C2Cl6和氩气旋转喷吹的双级复合精炼工艺可以显著提高铸造Al-2Li-2Cu-0.2Zr合金的熔体纯净度和力学性能。与未精炼的合金相比,通过双级复合精炼工艺得到的合金气孔缺陷和夹杂物的体积分数从1.47%下降到0.12%,固溶处理后合金的屈服强度、抗拉强度和伸长率分别从113 MPa、179 MPa和3.9%提高至142 MPa、293 MPa和18.1%。合金熔炼过程中,在加入锂之前首先使用C2Cl6精炼进行除气以及除掉熔体中较大尺寸的夹杂物,在加入锂之后使用氩气旋转喷吹进一步除气以及除掉熔体中细小的悬浮夹杂物。双级复合精炼工艺不仅可以有效去除熔体中的气体和夹杂物,还可以大幅度降低锂元素的氧化烧损,结合两种精炼方法的各自优势,取得显著的精炼效果。
  • RitukeshSHARMA,AmitKumarSINGH,AmitARORA,S.PATI,P.S.DE
    中国有色金属学报(英文版). 2019, 29(7): 1383-1392.
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    研究铸态和搅拌摩擦加工后的Al-TiB2基复合材料在3.5 wt.%氯化钠溶液中的显微组织和腐蚀行为。采用X射线衍射、扫描电镜和电子背散射衍射技术对材料的显微组织进行表征,并采用线性/循环动电位极化、电化学阻抗谱和ASTM-G67测试评估材料的腐蚀行为。 结果显示,复合材料铝基体中含有亚微米级的TiB2颗粒,其周围围绕着块状和细小的Al3Ti团簇,材料表现出较低且均匀的腐蚀速率。在动电位循环测验中,没有出现正循环曲线,证明其具有抵抗点蚀的能力,这归因于TiB2粒子的非导电性本质和块状Al3Ti相的含量可控。然而,无论是搅拌摩擦加工态还是铸态复合材料都容易发生晶间腐蚀,晶界处的Al3Ti和TiB2是腐蚀的起始位点;电化学阻抗研究表明,这是由于Al3Ti和TiB2对保护氧化膜具有不利影响,且随着浸泡时间的增加,其不利影响增加。
  • M.ABBASI,M.GIVI,B.BAGHERI
    中国有色金属学报(英文版). 2019, 29(7): 1393-1400.
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    搅拌摩擦加工(FSP)是一种处理金属表面的固态改性方法。在此过程中,由于非自耗刀具的旋转和来回移动,使金属表面组织细化、力学性能提升。提高FSP效率的方法较多,本研究中采用的是一种叫振动搅拌摩擦加工(FSVP)的新方法。在此方法中,金属工件在FSP过程中与加工线垂直振动。分析比较FSP法和FSVP法加工的Al5052合金试样的显微组织和力学性能,包括硬度、极限抗拉强度(UTS)和伸长率。结果表明,采用FSVP后,振动可使材料的晶粒尺寸减小约33%,极限抗拉强度和硬度提高约7%。这与振动作用下金属表面材料的应变增强有关。应变增加导致位错密度增加,动态再结晶使大角度晶界进一步发育。结果还表明,FSV加工试样的极限抗拉强度和伸长率均随振动频率的增加而增加。
  • Hossein ESMAILY, Ali HABIBOLAHZADEH, Mohammad TAJALLY
    中国有色金属学报(英文版). 2019, 29(7): 1401-1412.
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    研究激光脉冲距离和5456 铝合金强化对其与双相不锈钢 (DSS) 板激光焊接性能的影响。首先,采用镍基BNi-2钎焊粉通过搅拌摩擦加工增强铝合金板;然后,将DSS板分别与Al5456铝合金板和Al5456/BNi-2复合材料进行激光焊接。采用扫描电镜、X射线衍射仪、显微硬度仪和剪切试验等方法对焊接区进行研究。结果显示,随着激光脉冲距离从0.2 mm增加到0.5 mm,焊接界面层从23 μm减小到5 μm。由于铝合金的增强相BNi-2向熔池中注入更多的镍,导致界面层的析出相由DSS/铝合金焊缝中的Al-Fe金属间化合物(IMCs) 转变为DSS/Al复合材料焊缝中的Al-Ni-Fe金属间化合物(IMCs),因此,焊缝裂纹倾向显著降低,界面层硬度由~950 HV 降低到~600 HV。与DSS/Al焊缝相比,DSS/Al复合材料焊缝的剪切强度提高~150%,从46 MPa提高到114 MPa。
  • HuseyinZENGIN,YunusTUREN,HayrettinAHLATCI,YavuzSUN,AbdullahCahitKARAO?LANLI
    中国有色金属学报(英文版). 2019, 29(7): 1413-1423.
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    研究添加锡对AS21镁合金显微组织和耐腐蚀性能的影响。采用低压压铸法制备分别添加0、0.5、1和 2 wt.% Sn的AS21合金。用光学显微镜和扫描电镜进行显微组织表征,通过在3.5% NaCl溶液中浸渍和电化学腐蚀试验研究合金的耐腐蚀性能。微观检测结果显示,AS21合金中含有α-Mg、孤立的β-Mg17Al12和汉字状Mg2Si 金属间化合物相。随着Sn含量的增加,Mg2Si相的分布变得更加离散和致密。当Sn添加量为2 wt.%时,形成遍布于整个组织的富Sn网状结构,汉字状组织由短棒状的Mg2Si相排列组成。持续浸泡腐蚀试验表明,随着锡含量的增加,AS21合金的降解程度不断降低,当锡含量为2 wt.% 时,AS21合金的腐蚀速率降低约65%。电化学腐蚀试验也表明,随着锡含量的增加,AS21合金的耐蚀性逐渐提高。
  • 罗贤,Qi-yangTAN,NingMO,YuYIN,杨延清,WymanZHUANG,Ming-xingZHANG
    中国有色金属学报(英文版). 2019, 29(7): 1424-1429.
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    在室温下对固溶处理后的AZ91镁合金块体材料进行表面深滚处理,以研究其对合金表面显微组织和力学性能的影响。分析被加工试样表层沿深度方向的显微硬度和显微组织。结果表明,表面影响层厚度达到2.0 mm,可分为3个亚层:从最表面起约为400 mm厚的严重变形层,大约600 mm厚的中等变形层和厚度达1000 mm的小变形层。在变形层中除晶粒细化外,还观察到应变诱导析出的β相(Mg17Al12),尤其是在严重变形层和中等变形层内。研究认为,晶粒细化、应变硬化和沉淀强化的协同作用使AZ91镁合金在表面深滚后的硬度显著提高。
  • 罗 皎,叶 鹏,韩文超,李淼泉
    中国有色金属学报(英文版). 2019, 29(7): 1430-1438.
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    基于显微组织表征和等温热模拟压缩试验,研究TC17合金在α+β两相区变形时的显微组织演变及其对流动应力的影响。研究表明:当变形温度为820和850 °C时,随着应变的增加,α相的球化率略微增加;随着变形温度的升高,α相的球化率略微增加,但是α相的体积分数明显减小。当变形温度为780 °C、应变速率为1 s-1时,流动应力呈减小趋势;当应变为1.2时,由于位错湮没和α片层转动,流动应力未达到稳定状态。当变形温度为820和850 °C、应变速率为1 s-1、应变大于0.8时,由于加工硬化和动态软化的平衡作用,流动应力呈稳定状态。合金动态软化归因于α片层转动、动态回复和轻微的球化。
  • 尹美贵,蔡振兵,李正阳,周仲荣,王文建,何卫锋
    中国有色金属学报(英文版). 2019, 29(7): 1439-1448.
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    采用自制的冲击磨损实验台研究激光冲击强化工艺(LSP)对Ti-6Al-4V合金冲击磨损性能的影响,并对材料强化后的显微组织及力学性能进行分析。通过冲击磨损实验研究样品在不同冲击动能作用下的动能吸收、冲击力、磨损接触时间和磨损机理。实验结果表明,经激光冲击强化后,Ti-6Al-4V合金表面的显微硬度、弹性模量和内部残余压应力等均得到显著提高,其磨损抗性也得到显著改善,且强化能量越高,其改善效果越明显。此外,样品的磨损机理为磨粒磨损、氧化磨损和疲劳剥落。
  • 权国政,刘乔,赵江,熊威,施瑞菊
    中国有色金属学报(英文版). 2019, 29(7): 1449-1464.
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    能够诱导晶粒细化的动态再结晶变形机制内在变形参数的求解对成形工艺的设计具有重要意义。对于Ni80A 超温合金,在温度范围1273~1473 K、应变速率范围0.01~10 s-1内进行等温压缩试验,并据此建立加工图。结合加工图和显微组织验证,可以在变形机制图内识别出动态再结晶对应的参数域。此外,引入代表能量势垒的激活能指标进一步优化这一参数域。最终,构造出改进后的加工图,并求得对应动态再结晶变形机制和较低激活能的最优参数域如下:应变为0.3时,参数域为 1296~1350 K,0.056~0.32 s-1 和 1350~1375 K,0.035~0.11 s-1;应变为0.5时,参数域为 1290~1348 K,0.2~0.5 s-1 和 1305~1370 K,0.035~0.2 s-1;应变为0.7时,参数域为 1290~1355 K,0.042~0.26 s-1;应变为0.9时,参数域为1298~1348 K,0.037~0.224 s-1
  • 曾庆辉,Adrien CHAPUIS,栾佰峰,刘 庆
    中国有色金属学报(英文版). 2019, 29(7): 1465-1475.
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    锆合金的力学性能、耐腐蚀性能和吸氢行为与其加工过程中形成的织构密切相关。采用700 °C下的压缩变形实验、EBSD显微组织观察以及黏塑性自洽建模研究α-Zr的高温变形行为。结果表明,当应变速率 1 s-1时,孪生变形的开启量可以忽略不计。所有滑移系的应变速率敏感因子m=0.17。选取的材料参数很好地重现了力学各向异性和变形织构,通过对比实验测量与模拟计算得出的应变各向异性对材料参数进行验证。模拟研究结果表明,在高温条件下,柱面滑移是最容易开启的变形机制,而锥面ác+a?滑移最难开启,而基面滑移和锥面áa?滑移作为比较容易开启的滑移系在变形中大量开启。
  • 曹远奎,刘 咏,刘 彬,张卫东,王家文,杜 萌
    中国有色金属学报(英文版). 2019, 29(7): 1476-1483.
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    难熔高熵合金在高温下具有优异的力学性能,其高温氧化行为非常重要。本文作者研究TiNbTa0.5Zr、TiNbTa0.5ZrAl 及 TiNbTa0.5ZrAlMo0.5 3种合金的高温氧化行为,并讨论合金元素的影响。研究结果表明,TiNbTa0.5Zr及TiNbTa0.5ZrAl合金的氧化速率受扩散控制,符合指数型氧化规律。但TiNbTa0.5ZrAlMo0.5合金的氧化速率受界面反应控制,符合直线型氧化规律。添加Al可形成氧化保护膜从而提高合金的抗氧化性能;然而,添加Mo会破坏富Al保护膜。TiNbTa0.5ZrAlMo0.5合金的氧化膜中出现大量的孔洞和裂纹,导致其抗氧化性能明显下降。
  • 汪建英,方京华,杨海林,刘峙麟,李瑞迪,Shou-xunJI,YunWANG,阮建明
    中国有色金属学报(英文版). 2019, 29(7): 1484-1494.
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    采用机械球磨和放电等离子烧结方法制备Fe40Mn40Cr10Co10/TiC (TiC的体积分数为10%)中熵合金复合材料,并对其力学和摩擦磨损性能进行研究。研究表明,在1373 K烧结15 min后,TiC颗粒均匀分布在Fe40Mn40Cr10Co10/TiC复合材料中,烧结后复合材料的晶粒得到明显细化;同时,添加10% TiC颗粒使复合材料的抗压强度从1.571 GPa提高至2.174 GPa,维氏硬度从HV 320提高至HV 872。摩擦磨损试验表明,与Fe40Mn40Cr10Co10中熵合金基体相比,复合材料的摩擦因数、磨痕深度和宽度都减小。良好的力学性能和摩擦磨损性能使Fe40Mn40Cr10Co10/TiC复合材料成为工程应用的理想材料。
  • 曹中秋,尹晓桐,贾中秋,田秋月,鲁捷,张轲,王艳
    中国有色金属学报(英文版). 2019, 29(7): 1495-1502.
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    为了更好地了解块体双相Ag-25Cu(at.%)合金的腐蚀机制,采用液相还原(LPR)、机械合金化(MA)和粉末冶金(PM)法分别制备显微组织不同的2种纳米晶和1种常规尺寸的Ag-25Cu块体合金,并采用电化学方法对比研究此3种不同显微组织Ag-25Cu合金在NaCl溶液中的腐蚀行为。结果表明:粉末冶金法制备的常规尺寸PMAg-25Cu合金的显微组织极不均匀;相反,液相还原法和机械合金化法制备的纳米晶LPRAg-25Cu和MAAg-25Cu合金的显微组织较均匀,而纳米晶LPRAg-25Cu合金的显微组织最均匀。MAAg-25Cu合金的腐蚀速率高于PMAg-25Cu合金的腐蚀速率,但低于LPRAg-25Cu合金的腐蚀速率。3种Ag-25Cu合金表面形成的钝化膜均具有n型半导体特征。LPRAg-25Cu合金的钝化电流密度低于PMAg-25Cu合金的钝化电流密度,但高于MAAg-25Cu合金的钝化电流密度。
  • 葛毅成,王志龙,易茂中,冉丽萍
    中国有色金属学报(英文版). 2019, 29(7): 1503-1509.
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    采用简单浸渍法,以制备的酚醛(PF)球为模板,经500~700 °C退火,合成粒径为200~302 nm的ZnFe2O4空心球(ZFHs)。所制备的ZFHs由尺寸15~20 nm的大量小纳米粒子组装而成,在这些纳米粒子之间存在着许多介孔。经500~550 °C退火后,ZFHs呈单一的立方尖晶石结构,而较高的退火温度导致六方氧化锌和菱形α-Fe2O3二次相的形成。纳米粒子的晶粒尺寸随退火温度的升高而增大。退火温度的降低导致顺磁性向铁磁性的新转变,饱和磁化强度从2.3 A·m2/kg显著提高到13.5 A·m2/kg。研究空心球体结构的形成对Fe3+和Zn2+在尖晶石结构中再分布的影响。
  • M.S.AGUILAR,R.ESPARZA,G.ROSAS
    中国有色金属学报(英文版). 2019, 29(7): 1510-1515.
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    通过室温化学还原合成Cu纳米粒子(CuNPs)。采用硼氢化钠还原Cu2+离子,并用聚乙烯吡咯烷酮进行稳定化处理。考察还原剂/前驱体盐 (RA/PS) 比值的变化对CuNPs粒径和形貌的影响。利用紫外-可见光谱(UV-Vis)、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)对合成的材料进行表征。UV-Vis光谱显示,569 nm处存在一CuNPs的等离激元峰;另一峰位于485 nm处,为Cu2O的特征峰。XRD分析表明,合成的材料为fcc-Cu相,并含有少量的fcc-Cu2O化合物。SEM和TEM研究显示,当RA/PS比值为2.6时,得到粒径约7 nm的半球形CuNPs微粒。过量的聚乙烯吡咯烷酮稳定剂对于防止CuNPs的氧化至关重要。另一方面,当RA/PS比在2.0~1.84范围内时,获得较大粒径的多面体形Cu2O颗粒,最大粒径可达150 nm。此外,在RA/PS比为1.66时,得到在其尖端具有量子限域效应的星形Cu2O粒子。
  • Mining, Minerals Processing and Metallurgical Engineering
  • 李夕兵,陈正红,翁磊,黎崇金
    中国有色金属学报(英文版). 2019, 29(7): 1516-1526.
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    基于深部开挖过程中的应力重分布分析,利用离散元方法(DEM)对卸载过程进行模拟,揭示卸载条件下卸载速度和裂隙倾角对含裂隙岩体的强度和裂纹特性的影响。结果表明:随着卸载周期的增大,含裂隙岩体的卸载破坏强度呈幂函数增大。同时,结合缺陷上的应力分析发现,含裂隙岩体的卸载破坏强度随着裂隙倾角的增大逐渐增大;卸载条件下含裂隙岩体的裂纹分布主要取决于裂隙倾角,并总结了3种不同的裂隙搭接方式;此外,卸载速度越快,含裂隙岩体的卸载破坏过程越剧烈,岩体内部形成的劈裂裂纹越多。
  • 朱广丽,王毓华,王旭明,JanD.MILLER,卢东方,郑霞裕,赵悦豪,郑海涛
    中国有色金属学报(英文版). 2019, 29(7): 1527-1537.
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    研究油酸钠体系中磨矿对锂辉石浮选行为的影响。不同磨矿环境导致锂辉石表面暴露的金属活性位点的含量有差异,从而显著影响锂辉石的可浮性。酸处理后金属活性位点脱离锂辉石表面,使得锂辉石的可浮性下降,进一步表明金属活性位点对锂辉石浮选的重要作用。金属离子杂质可能来源于磨矿环境或晶格杂质。密度泛函理论(DFT)计算表明,杂质铁、钙质点主要是以晶格取代的形式存在于锂辉石表面,镁难以发生晶格取代。与钙和镁相比,铁更易于与油酸钠发生相互作用。扫描电镜结果表明,锂辉石的粒度和解理特性不同,导致其暴露晶面的差异。在不同磨矿环境下,粒度、解理特性和金属离子杂质对油酸钠捕收剂浮选锂辉石起着重要作用。
  • Swagatika SATPATHY, Sujata MISHRA
    中国有色金属学报(英文版). 2019, 29(7): 1538-1548.
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    采用界面积恒定的连续搅拌萃取池,研究在乳酸存在条件下,以用Petrofin稀释的二-2-乙基己基磷酸(DEHPA)作萃取剂从硝酸盐介质中萃取分离La(III)与Ni(Ⅱ)的动力学。考察搅拌速度、界面积、pH值、乳酸浓度、萃取剂浓度、金属离子浓度和温度对萃取速率的影响。结果表明,该萃取体系是受扩散控制的,界面反应为速率控制步骤。两种金属离子的萃取速率均与pH值无关。La(III)和Ni(II)的萃取速率与乳酸浓度和金属离子(La(III)或Ni(II))浓度呈线性关系。La(III)的萃取速率与DEHPA浓度呈线性关系,而Ni(Ⅱ) 的萃取速率则与DEHPA浓度的1.5次方呈线性关系。在低界面积和低搅拌速度的条件下,从硝酸盐溶液中分离La(III)和Ni(Ⅱ)是可行的。
  • 汤卫东,杨松陶,薛向欣
    中国有色金属学报(英文版). 2019, 29(7): 1549-1559.
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    研究B2O3对含铬型钒钛磁铁矿球团氧化固结和还原膨胀行为的影响。在模拟喷吹焦炉煤气的条件下,研究球团还原膨胀指数和抗压强度。结果表明,随着B2O3含量的提高,球团的抗压强度从2448 N增至3819.2 N,而孔隙率从14.86%降至10.03%。添加的B2O3主要以TiB0.024O2和Fe3BO5的形式存在于氧化球团和还原球团中。随着B2O3含量的提高,还原球团的抗压强度从901 N提高至956.2 N,还原膨胀指数从5.87%降低至3.81%。B2O3能促进金属铁的聚集和扩散,抑制铁晶须的形成,并降低还原膨胀行为。
  • 李家栋,周萍,廖舟,柴立元,ChennQ.ZHOU,张岭
    中国有色金属学报(英文版). 2019, 29(7): 1560-1568.
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    通过数值模拟研究供氧方式对基夫赛特熔炼过程的影响。以中央喷射分配喷嘴的中央氧与侧氧质量流量比表示供氧方式,模拟质量流量比在0.09~0.39范围内的基夫赛特炉熔炼过程。结果表明,4个中央喷射分配喷嘴下方区域为高效反应区。增大中央氧流量可以改善颗粒与气体的混合状况,从而促进化学反应的进行,同时会缩短高效反应区;但是,由于喷嘴下颗粒柱的分散会使烟尘率增加。对于熔炼能力为50000 kg/h的基夫赛特炉,其最优的供氧方式为质量流量比取0.31,在该工况下,炉料的化学反应可以充分进行,同时也保证较低的烟尘率。