河北科技大学科技成果推介（第五期）

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生物质基硬碳负极材料

所属领域：新能源领域

知识产权：

一种生物质基碳材料及其制备方法和应用

专利号:ZL202210032500.8

一种硬碳材料的制备方法、硬碳材料及应用

专利号:ZL202310890127.4

项目来源：河北科技大学

成果简介：

本发明提供一种硬碳材料的制备方法、硬碳材料及应用，该制备方法通过引入特定的有机溶剂，有效避免了多孔结构在高温碳化过程中的坍塌，提高了活性闭孔的数量，保证了闭孔内部有足够的空间存储钠离子，解决了现有技术中通过调节碳化温度来控制闭孔数量和大小效果不稳定的技术问题;且制备步骤简单，原料廉价易得，有利于实现规模化生产。

技术创新性

以来源广泛、成本低廉的生物质材料为原料，通过低温分解、高温碳化等环节，利用生物质硬碳的高容量和石墨的高导电性，在短程有序中加入稳定的长程有序结构，构筑了具有电子快速传递通道的杂原子掺杂多级孔结构硬碳/石墨耦合材料，获得了具有高容量和高倍率性能的硬碳材料。该系列硬碳同时也可以应用于钠离子电池和钾离子电池负极。

解决的关键问题及成效

关键问题:钠离子电池所面临的能量密度低的问题，限制了其在大型储能领域的普及程度。钠离子电池较差的电化学性能一方面是因为当前的钠离子制备工艺沿用了锂电池制备工艺，缺乏针对钠电关键材料特点的工艺创新;另一方是钠离子电池关键主材硬碳存在比容量低、高低温性能不兼容的问题。

应用前景及案例

应用场景:电网储能、分布式储能、低速电动车、船舶等领域。案例:基于本技术成果制备的硬碳目前已在合作单位河北奥冠集团成果试用钠离子电池生产，并将其配备于低速电动车。

2

可偏转多自由度发电机及风力发电设备

所属领域：新能源领域

知识产权：

可偏转多自由度发电机及风力发电设备专利号:ZL202111131589.5

项目来源：河北科技大学

成果简介：

多自由度发电机是一种输出轴可以实现两个或两个以上自由度运动的发电机，多自由发电机将多个自由度的运动集成到一个电机上，简化了发电系统的结构，提高了发电系统的可靠性。

技术创新性

在一些发电场合往往需要多自由度的运动，例如在风力发电领域，多自由度发电机能够省去复杂的偏航系统，直接实现风机的对风，从而避免偏航系统引起的故障，提高风机的可靠性。

解决的关键问题及成效

现有技术的多自由度发电机仅有一个自由度能够实现360°运动，其他的自由度一般运动角度<30°。

应用场景及案例

项目所处阶段:小试阶段。

3

基于氧化物冶金的大线能量焊接船体钢关键技术开发与应用

所属领域：新材料领域

知识产权：

一种用于大线能量焊接微合金钢的生产设备和方法专利号:ZL202111128684.X

厚板三丝埋弧焊的动态焊接方法及焊接参数动态调节系统专利号:ZL202210028380.4

一种用于全废钢电弧炉冶炼的残余元素含量调控方法专利号:ZL202210018298.3

废钢预热的级配方法、装置、电子设备及存储介质专利号:ZL202210618119.X

项目来源：河北科技大学

成果简介：

创新开发了具有自主知识产权的大线能量焊接船体钢生产技术，实现了氧化物冶金关键技术的突破，开创了国内外以AI终脱氧、Mo-Nb-Mg-Ti合金化的大线能量焊接船体钢工业化生产先例。攻克了船体钢HAZ韧性大幅下降的“卡脖子”世界性难题，实现了批量稳定工业化生产。

技术创新性

1.微合金化钢中复合夹杂物其氧化物冶金行为的热力学、动力学问题。

2.高熔点“有益”夹杂物均匀、细小、弥散分布的调控机制。

3.厚板钢热加工过程中氧化物冶金行为对母材钢细晶强韧化机理。

4.全流程控制、多因素迭加诱导晶内铁素体优先析出机理。

解决的关键问题及成效

以促进晶内铁素体形核、生长为目标，以夹杂物控制为手段，围绕有益夹杂物体系设计与控制、微细夹杂物弥散分布机理与控制、晶内铁素体优先析出及控制、多元素微合金体系设计与控制等方面开展理论研究及关键技术开发。针对基于氧化物冶金的大线能量焊接用钢的微合金体系构成、氧化物冶金机理及组织演化与调控机制开展系统研究，研究成果为开发高强韧性船板钢及海工用钢提供理论与技术支撑。

应用前景及案例

通过关键技术突破与集成，攻克了大线能量焊接条件下船体钢焊接热影响区韧性大幅下降的卡脖子技术难题，创新开发了基于A-1Mg-Ti-Nb-Mo 微合金化的新一代氧化物冶金技术，并应用于大线能量焊接船板钢生产，获得了高性能氧化物冶金型船板钢。研究成果推动了我国船舶与海洋工程制造业发展，促进了我省钢铁工业产品结构转型升级，对加快实现钢铁大省向钢铁强省转变具有重要意义。自2015年6月开始，先后在邯郸钢铁集团、唐山中厚板、首钢京唐公司等进行了推广应用。通过中国船级社CCS、韩国船级社KR、挪威船级社/德国船级社DNV GL等船级社的认证和生产许可。2020年该项目获得河北省科技进步一等奖。以促进晶内铁素体形核、生长为目标，以夹杂物控制为手段，围绕有益夹杂物体系设计与控制、微细夹杂物弥散分布机理与控制、晶内铁素体优先析出及控制、多元素微合金体系设计与控制等方面开展理论研究及关键技术开发。

4

废钢预热的级配方法、装置电子设备及存储介质

所属领域：新材料领域

知识产权：

废钢预热的级配方法、装置、电子设备及存储介质专利号:ZL202210618119.X

项目来源：河北科技大学

成果简介：

本发明提供一种废钢预热的级配方法、装置、电子设备及存储介质。该方法包括:基于预先确定的废钢分级标准，将待处理的废钢原料划分为M个级别;基于各个级别废钢原料的预设约束条件，根据预设目标函数确定各个级别废钢原料的加入量;预设约束条件为根据各个级别废钢原料的属性参数构建，预设目标函数为根据各个级别废钢原料的比表面积系数确定;根据各个级别废钢原料的加入量，确定各个级别废钢原料在废钢预热装置内的N种布配方式;计算各种布配方式下各个级别废钢原料的预热温度，并根据各种布配方式下各个级别废钢原料的预热温度确定最优布配方式。本发明能够提高废钢预热的效率，降低功耗。

技术创新性

本发明实施例提供了一种废钢预热的级配方法、装置、电子设备及存储介质，以解决现有技术在采用废钢预热时，未考虑合理的布配方式，仍会造成能源浪费、效率低问题。本发明提供了一种废钢预热的级配方法，包括:基于预先确定的废钢分级标准，将待处理的废钢原料划分为M个级别;基于各个级别废钢原料的预设约束条件，根据预设目标函数确定各个级别废钢原料的加入量;预设约束条件为根据各个级别废钢原料的属性参数构建，预设目标函数为根据各个级别废钢原料的比表面积系数确定;根据各个级别废钢原料的加入量，确定各个级别废钢原料在废钢预热装置内的N种布配方式;计算各种布配方式下各个级别废钢原料的预热温度，并根据各种布配方式下各个级别废钢原料的预热温度确定最优布配方式。在一种可能的实现方式中，各个级别废钢原料的属性参数包括各个级别废钢原料的加入量、各个级别废钢原料的堆密度、各个级别废钢原料的成本、各个级别废钢原料的库存量。

解决的关键问题及成效

关键问题:现有技术在采用废钢预热时，未考虑合理的布配方式，仍会造成能源浪费、效率低问题。成效:在一种可能的实现方式中，各个级别废钢原料的属性参数包括各个级别废钢原料的加入量、各个级别废钢原料的堆密度、各个级别废钢原料的成本、各个级别废钢原料的库存量。

应用前景及案例

可应用于我国钢铁行业的电炉与高废钢比转炉冶炼等方面的示范推广。

5

一种电弧熔丝增材制造用铝镁合金焊丝及其制备方法

所属领域：新材料领域

知识产权：

一种电弧熔丝增材制造用铝镁合金焊丝及其制备方法专利号:ZL202111183612.5

项目来源：河北科技大学

成果简介：

本发明涉及铝合金增材制造技术领域，具体公开一种电弧熔丝增材制造用铝镁合金焊丝及其制备方法。所述铝镁合金焊丝包括以下质量百分含量的化学元素:Mg:4.0%~6.0%，Ti:1.5%~5.0%，B:0.4%-1.0%，C:0.1%~0.25%，Mn:0.1%~1.0%，Cr:0.05%~0.25%，其余为A1和不可避免的杂质元素;在制备铝镁合金焊丝的过程中，Mn和Cr分别以AI-Mn中间合金和AI-Cr中间合金的形式加入;Ti、B和C分别以K2TiF6和纳米B4C粉末的形式加入。本发明提供的铝镁合金焊丝在电弧熔丝增材制造时能促使等轴晶形成和细化晶粒，抑制热裂纹的产生，提高增材制造工件的力学性能。

技术创新性

在制备铝镁合金焊丝的过程中，T、B和C分别以K2TiF6和纳米B4C粉末的形式加入，可使制备得到铝镁合金焊丝中形成原位纳米TiC和TiB2颗粒，而原位纳米TiC和TiB2颗粒与AI-Mg合金基体的比重接近，晶体结构类似，可以使得到的焊丝的增材铸造工件中的晶格错配度较小，润湿性好，有良好的界面结合，在电弧熔丝增材制造时熔池中的这些纳米颗粒能够成为有效的异质形核核心，促使等轴晶形成和晶粒的细化,有效抑制热裂纹的产生，改善微观组织，进而显著提高增材制造工件的综合力学性能。

解决的关键问题及成效

针对现有铝合金增材制造存在的上述问题，本发明提供一种电弧熔丝增材制造用铝镁合金焊丝及其制备方法，该铝镁合金焊丝在电弧熔丝增材制造时能够促使等轴晶形成，细化晶粒，抑制热裂纹的产生，改善微观组织，产生晶内强化的效果，极大提高增材制造工件的综合力学性能。

应用前景及案例

AIMg合金焊丝及电弧增材制造零部件。

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