D0I:10.13374/j.issnl001-053x.1987.s3.016 共生矿分离的基础理论研究 一铌在铁液及钢渣中的热力学行为 北京钢铁学院理化系 我国包头矿中除稀上外，还含有丰富的铌化合物。但是铌的品位低、矿物种类多、 颗粒细而且与铁、锰、磷等多种元素共生。给选矿分离带来很大困难。因此如何有效地 把共生元素分开，经济地综合提取各个元素，这是理论和生产实际迫切需要解决的课 题。但是迄今有关铌的热力学数据仍非常缺乏，尤其铌在铁液和渣中的热力学数据几乎 是空白。 我组在魏寿昆教授领导下，自1978年以来先后完成了下列基础理论研究工作： (1)应用固体电解质氧电池技术测定了铌在铁液中活度，以及铌、锰、硅等元素对铁 液中铌的活度系数的影响。为从铁液中分离铌确定最佳条件提供了有用的依据影铌的自 身活度相五作用系数©在文献上长期以米假定为零，铌在铁液中的溶解自由能文献上 一向按理想溶液处理，通过我们的研究工作，对上列二项均求出确切的数据，提供了新 ‘卦罐阳华风、 (2)应用周体电解质电池技术测定和计算了MnO一Nb2O。一SiO2渣中各组元的活 度。为从低铌高锰渣中回收铌提供了基础数。 (3)应用差热分析法测定了MnO一Nb2O5二元系相图，现正在进行MnO一NbzO.-SiO2 三元系相图的研究。 在以上基础理论研究工作基础上，我们又先后完成了包头平炉低铌渣的物相结构分 析，MnO一NbOs一SiO,渣系氯化脱锰的热力学和动力学研究，并由氯化后的残渣炼得低 锰高铌(60%Nb)铁合金，为炼制无锰或低锰的铌金金钢创造条件。此外对铌渣中铌氧化 物四价及五价的平衡关系也利用固体电解质氧电池技术作了初步测定。 目前，这项研究工作正在进一步向深度和广度发展。 本项目荣获国家教委1986年技术进步二等奖。 治金矿山潜孔钻具新材料、新工艺和新技术研究 北京钢铁学院采矿亲 (1975~1984) 潜孔钻机日前占全国大型凿岩钻机的70%以上，它广泛应用于露天山、水利水 11
共生矿分离的基础理论研究 一妮在铁液及钢渣 中的热力学行为 北 京钢 铁 学院 理 化 系 我 国包头 矿 中除 稀 土 外 ， 还 含有丰富 的妮 化 合 物 。 但 是妮 的 品位低 、 矿 物种类 多 、 颗粒细而且 与铁 、 锰 、 磷 等多种元素共生 。 给选矿分离带来很大 困难 。 因此 如何有效地 把共 ，仁元素分 开 ， 经 济地综 合提取 各个元素 ， 这 是理论和 生 产实际迫 切 需 要 解 决的课 题 。 但 是 迄 今有 关妮 的 热 力 学数据仍 非 常缺 乏 ， 尤其祝 在铁液 和演 中的热 力学数据几乎 是空 白 。 我 组 在魏 寿 昆教 授领导下 ， 自 年以来先后完成 了下 列基础 理论研究工 作 应 用 固体 电解质 氧 电池 技术测 定 了妮 在铁 液 中活 度 ， 以及泥 、 锰 、 硅 等元素对铁 液 卜妮 的活 度 系数 的影响 。 为从 钞演龙中分 离妮 确定最佳条件提供 了有用 的依 据， 锯 的 自 身活 度相互 作 川 系数 一 向按理想溶 液 处 理 ， 在文献 上 长期 以来假 定 为零 ， 妮 在铁 液 中的溶解 自 由 能 文献 上 通 过我 们 的研 究 工 作 ， 对 上 列二 项 均求 出确切 的数据 ， 提 供 了新 的 资 料 。 对 及 也 求 出数据 ， 填补 了文献 上 的空 白 。 应 用 固体 电解质氧 电池 技术测定 和计 算 了 一 。 一 渣 中各组 元 的 活 度 。 为从低 妮 高锰 渣 中回收妮 提供 了基 础数据 。 应 用 差 热 分 析法 测 定 了 一 二 元 系相 图 ， 现正 在进行 一 。 一 ， 三 元 系相 图的研究 。 在 以 上基 础 理 论研究 工 作基础 上 ， 我 们又 先 后完 成 了包头 平炉低锐 渣 的 物相结构 分 析 ， 一 一 渣 系氯化脱 锰 的热力 学 和 动力 学研究 ， 并 由氯化后 的残 浓炼得低 锰 高泥 铁 合 金 ， 为炼制无 锰或低 锰 的妮 合 金钢创 造条件 。 此外 对 泥 渣 中泥 氧 化 物 四价 及 五价 的平衡关 系也利 用 固体 电解质 氧 电池 技术作 了初步测 定 。 目前 ， 这 项研究 工 作 正 在进 一 步 向深 度 和广 度 发 展 。 本项 目荣获 国家 教 委 年 技术进 步二 等奖 。 冶金矿 山潜孔钻具新材料 、 新工艺和新技术研究 北 京钢 铁 学院 采矿 系 潜孔钻 机 目前 占全 国大 型凿 岩 钻机的 。 以 上 ， ‘ 白广泛应 用 于露 天 矿 山 、 水 利 水 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1987．s3．016
电、铁路、公路，桥梁、港口等工程建设中。潜孔钻具即击器和钻头是潜孔钻机的谐 岩部件，消耗量很人。在国外它是一·项制造雅度很大的专利产品，多年为瑞典森德维 克，美国英格索兰、米申等公司所袭断。六十年代我国就发展了潜孔钻机，但山于没重 视解决钻具的材质和热处理工艺及硬质合金质量等问题，钻具寿命极低，早期失效严 重。当时产的儿种型号冲击器寿命只相当于外国先进水平的15%，估头寿命只相当于 5一20%，这给潜孔钻机推广使用造成极大困难。1971年治金部以(71)治科字第1744 号文件下达了《研究牙轮钻头和潜孔钻头材质和工艺延长钻头寿命》的科研任务，并于 1972年由中国科学院金属研究所、长沙矿山研究院、嘉兴冶金机械厂，株州硬质合金厂研 究所、北京钢铁学院组成攻关组协调攻关工作。经过十多年的努力，现已研制成功了系 列潜孔钻头和冲击器各六种规格计12种产品，使用寿命较旧型号、型和Y型冲击器提高 3~5倍，钻头5一8倍，达到和接近世新先进水平。 此项研究解决的主要关键是： 1。在材质和热处理工艺方面，根据大量现场试验结果并参照近期材料科学的发 展，总结出一套选材规范与热处理制度，例如引入断裂力学韧度K:/0的概念做为衡量 对冲击器和钻头等各种部件选用钢材的热处理制度的韧性和强度匹配关系要求标准，并 且参考钢的疲劳强度与钢的强度只是在一一定的范围内呈线性正比例关系的规律，提出在 国产合金钢的质量条件下，，为要得到最佳的疲劳强度，钻头体的最佳热处理硬度应控制 在HRC38~45之间以及充分利用浅淬透高碳工具钢在淬火过程中形成具有负70一90公斤 /毫米2的压应力的高硬度薄层的“壳一芯”结构法或机加锻来控制活塞表面的应力状态 以延长冲击器活塞寿命。 2,使潜孔钻头寿命有突破性提高的另一原因是根据淋孔钻头破碎矿岩对硬质合 金韧性和耐磨性匹配关系要求研制成功YG105新牌号合金，此合金不仪用于潜孔钻头， 而且已推广应用于中小凿岩轩头 3:在丁系列潜孔钻具全面推广以前，国内主要使用的潜孔钻具为苏式C型侧排 气冲击器和郴片钻头，它的设计落后，穿孔效率低，使用寿命短，制造成本高。攻关组 在材质、热处理工艺和硬度合金质量得到充分保证的前提下，在潜孔钻冲击器和钻头的 设计和制造工艺方面都做了根本性的改进，如冲击器设计方面在国内首创性地采用了低 频率和大神击功的工艺参数，钻头方面采用过盈冷正硬质合金柱齿钻头来代替传统的焊 片佑头，在过盈冷压固齿工艺等钻头表面布齿方面做了大量试验工作，获得了优化参 数，提高了布齿的合理性和固齿质量。 木项目获得了显著的经济效益。由攻关组主要成员嘉兴治金机械厂和长沙矿山研究 院工厂制造的各科规格的丁系列潜孔钻冲击器和估头，已至占国内总需求量80%以上， 其中嘉兴)用户就有170个，除西藏和台湾外，遍及了全国。1979~1984年嘉兴广为 用户提供的潜孔钻是给用户带来的经济效益达1亿2千4百多万元，平均每年2078,49 万元，嘉兴厂平均每年获利润279.75万元。 丁系列潜孔钻具除了能满足全国需要外，通过美商和意大利商人已向国外销售。 本项目于1985年被评定为国家科学技术进步一等奖。1986年5月于北京颁发奖状奖 章（金质）。 .12
电 、 铁 路 、 公路 ， 桥 梁 、 港 口 等工程 建设 中 。 潜 孔钻具 即冲击器和钻 头是潜孔钻机的衡 岩 部件 ， 消耗 最很 大 。 在 国外它是 一项 制造难度很大 的专利产 品 ， 多 年为 瑞典 森德维 克 ， 美 国英格索兰 、 米 申等公 司所 袭断 。 六十年代我 国就发 展 了潜孔钻机 ， 但 由于没重 视解决钻 具 的材质 和 热处理 工艺 及硬质 合 金质 量 等问题 ， 钻具 寿 命极 低 ， 早 期 失 效严 重 。 当时 产的儿 种 型号 冲击器 寿命只相 当于外 国先进 水 平 的 ， 钻头 寿命 只相 当于 一 ， 这 给潜 孔钻 机推广 使用造成极大 困难 。 年冶 金部 以 冶 科字第 号文件下达 了《 研究 牙轮 钻头 和潜 孔钻 头材质 和 工艺 延长钻头 寿命 》 的科研任 务 ， 并 于 年 由 中国科学院 金属研究所 、 长沙矿 山研究院 、 嘉兴冶 金 机械厂 、 株州 硬 质 合 金厂研 究所 、 北京钢铁 学 院组 成攻关组 协调 攻关 工 作 。 经 过十多年的努力 ， 现已研 制 成功 了系 列潜孔 钻头和 冲击 器各六 种规格计 种 产品 ， 使用 寿命 较旧型 号 型和 型冲击 器 提高 倍 ， 钻头 一 倍 ， 达到和接近 世新先进 水平 。 此 项研究解决 的主要 关键是 在材质和 热处理 工艺方面 ， 根 据大 量现场 试验结果并参照近 期材 料 科 学 的发 展 ， 总结 出一套选材规范 一 与热处理 制度 ， 例如 引人 断裂力 学韧度 的概念 做 为衡 量 对 冲击 器和钻头 等各种部 件选 用钢材 的热处理制度 的 韧性和强度 匹配关 系要求标准 ， 并 且 参考钢 的疲劳强 度 与钢 的强度 只是在一定 的范围 内呈线性正 比例关 系的规律 ， 提 出在 国产合 金钢的质 量条 件下 ， ， 为要 得 到最佳 的疲劳 强度 ， 钻头体 的最佳热处理硬 度 应控 制 在 “ 之间以及充 分 利 用浅 淬透 高碳 工具钢 在淬火 过程 中形 成具有 负 一 公斤 毫米 “ 的压 应力 的 高硬 度薄层 的 “ 壳一芯 ” 结构 法或 机加 锻 来控制活 塞表面 的 应力 状 态 以延 长冲击 器活塞 寿命 。 使潜 孔 钻头 寿命有 突破 性提 高的 另一 原因是根 据潜孔 钻头破 碎矿岩 对 硬 质合 金 韧性 和耐磨性 匹 配关系要 求研 制 成功 新牌号 合金 ， 此 合 金不仪 用 于潜孔钻头 ， 而且 已推广 应用 于 中小 附岩钎头 在丁系 列潜孔钻具 全 面推广 以前 ， 国内主要使用 的潜 孔 钻具为 苏 式 型 侧排 气冲击 器和焊 片钻头 ， 它 的设计 落后 ， 穿孔效 率低 ， 使用 寿命 短 ， 制造 成本 高 。 攻关组 在材质 、 热 处理 工艺 和硬 度 合 金质量得 到充分保 证 的前提 下 ， 在潜 孔钻冲击 器和 钻头 的 设计 和 造 工艺方面都做 了根 本性 的改进 ， 如 冲击 器设计 方面 在 国内首创性地采 用 了低 频 率和大 冲击功 的 工艺 参数 ， 钻头方面采 用过 盈 冷压硬 质 合金柱齿钻头来代 替传统 的焊 片钻头 ， 在过盈 冷压 固齿工 艺 等钻头 表面布 齿方面做 了大 量试 验工作 ， 获 得 了 优 化参 数 ， 提 高 了布齿 的 合理性 和 固齿 质量 。 木 项 目获得 了显著的经济 效 益 。 由攻关 组 主要 成员嘉兴冶 金机械厂 和长沙 矿 山研究 院工厂 制造的各科规格 的丁 系列潜孔 钻冲击器和 钻头 ， 已至 占国内总需求 量 以上 ， 其 中嘉兴厂 用 户就 有 个 ， 除西 藏和 台湾外 ， 遍及 了全 国 。 年 嘉 兴厂 为 用 户 提供 的潜 孔 钻 是给用 户带来 的经 济效益 达 亿 千 百 多万 元 ， 平 均 每 年 万元 ， 嘉 兴厂平 均每 年获 利润 万元 。 丁 系列潜 孔 钻具 除 了能满足 全 国需要外 ， 通 过 美商 和意大 利商人 已 向国外销售 。 本 项 目于 年被评定 为国家科学技术进 步一 等奖 。 年 月干北京颁 发 奖 状 奖 章 金质
