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《华南理工大学》 2011年
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高温重构对钢渣组成、结构与性能影响的研究

李建新  
【摘要】: 钢渣是炼钢工业的废渣,其排放量巨大,长期以来未得到有效利用。2009年我国钢渣排放量超过8500万吨,有效利用率不足10%。钢渣的堆放不仅占用大量耕地、污染水与土壤,同时也是一种巨大的资源浪费。钢渣中含有部分胶凝矿物,但由于其胶凝活性远低于硅酸盐水泥的胶凝活性,且化学组成与矿物组成波动大、体积安定性差,制约了其在水泥混凝土中的大规模利用。几十年来,研究工作者采用物理粉磨和化学激发等方法对钢渣进行活化处理,在一定程度上提高了钢渣的利用率,但这些技术均属于―后端‖处理技术,需要额外的能耗或激发剂,难以从本质上解决钢渣活性低、组成波动大等制约钢渣利用的根本问题。本文在国家―十一·五‖科技支撑计划项目(2006BAF02A24)资助下,开展了利用熔融态出炉钢渣与组分调节材料之间的高温物相反应对钢渣组成和结构进行重构等相关试验研究工作。本文主要研究了组分调节材料的种类、掺量及重构温度等参数对重构钢渣组成、结构的影响,系统分析了重构钢渣及掺重构钢渣水泥的水化、硬化过程,得到了高温重构过程中钢渣的矿相演变规律及重构钢渣水化动力学参数,以期为高温重构钢渣的推广应用奠定理论和技术基础。 分析了国内多家大中型钢铁企业钢渣的化学组成、矿物组成、岩相结构等与胶凝活性的关系。发现不同来源的钢渣在化学组成、矿物组成及岩相结构等方面有较大差别,甚至同一钢厂和相同工艺下不同粒径的钢渣颗粒在化学、矿物组成与岩相结构方面也存在很大差别。当钢渣中硅酸盐矿物含量较高、尺寸较小且外形规则时,钢渣的胶凝活性较高。 利用石灰、电炉还原渣(白渣)、矿渣、煤渣、粉煤灰等作为组分调节材料,以韶钢转炉钢渣为研究对象,研究了高温重构过程中钢渣矿相演变规律及胶凝性能的变化,并对组分调节材料进行优选。实验结果表明:钙质调节材料可以促进重构钢渣中A矿和B矿的形成,当C/S大于3.0且处理温度低于1300℃时,将导致重构钢渣中f-CaO含量增多;钙铝硅质调节材料可以较好地促进重构钢渣中硅酸钙和铁铝酸钙的形成,显著提高重构钢渣的胶凝活性;硅铝质调节材料可促进f-CaO的吸收,增加重构钢渣中铝酸盐矿物的含量。上述调节材料对重构钢渣胶凝活性的增强效果顺序为:(白渣≈石灰≈矿渣)(煤渣≈粉煤灰)。 选用石灰-矿渣或白渣-煤渣复合调节材料对韶钢钢渣进行高温重构,结果表明:重构钢渣中A矿含量增加7.3~12.7%、尺寸减小,且A矿中固溶的杂质离子含量增多、缺陷增加;同时新形成了胶凝矿物C_6AF_2,钢渣胶凝活性得到显著提高。从经济和性能指标考虑,建议采用白渣-煤渣复合调节材料对钢渣进行高温重构,组成为70~80%白渣与20~30%煤渣(质量比)。 通过热力学计算建立了钢渣高温重构体系相模型,结合三元相图与矿物的析晶、形成过程,得到钢渣重构过程中矿相的演变规律。当重构钢渣的C/S大于3.0时,随C/S的增加,促进A矿的形成,同时RO相分解成f-MgO;当钢渣的C/S介于2.7~3.0时,重构过程促进了A矿和B矿的形成,部分RO相转变为MgFe_2O_4,部分分解为f-MgO;当钢渣的C/S介于2.3~2.7时,重构过程促进了A矿、B矿及中间相的形成,RO相主要转变为MgFe_2O_4;当钢渣的C/S小于1.8时,重构过程促进了f-CaO的吸收,重构钢渣中硅酸盐矿物以B矿为主,部分RO相转变为MgFe_2_4。 重构钢渣及掺重构钢渣水泥复合胶凝材料的水化、硬化研究表明,原钢渣胶凝活性较低,水化放热速率曲线仅有一个放热峰。高温重构钢渣具有与硅酸盐水泥相似的水化特征,水化放热速率曲线存在2个明显的放热峰,水化过程呈现五个阶段:诱导前期、诱导期、加速期、减速期和稳定期,重构钢渣3天水化放热量较原钢渣提高2.5倍。在韶关钢铁公司钢铁生产线上,采用白渣-煤渣复合调节材料对钢渣进行了工业化在线重构。结果证明,利用出炉熔融钢渣与加入的组分调节材料之间发生的物相反应对钢渣进行重构改性是可行的。工业重构钢渣的组成均匀性良好、胶凝活性得到大幅度提高,28d活性指数高于85%,利用工业重构钢渣微粉取代30%的水泥可稳定制备C30和C50强度等级的混凝土。利用重构钢渣和粒化高炉矿渣制备了复合掺合料,重构钢渣微粉掺量不低于30%的复合掺合料28d活性指数达到95%以上,利用工业重构钢渣复合掺合料替代30%以上硅酸盐水泥时,可以稳定制备C60强度等级的混凝土,且制备的混凝土具有良好的抗渗性能。
【学位授予单位】:华南理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TU528

【引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 张同生;水泥熟料与辅助性胶凝材料的优化匹配[D];华南理工大学;2012年
【参考文献】
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1 孟光斌,顾文飞,王林,徐莉;宝钢钢渣在水泥生料配料中的应用研究[J];宝钢技术;2002年02期
2 徐彬,邓国柱,张天石,王玉平;碱激发钢渣水泥研究[J];重庆环境科学;1998年06期
3 石青;;美国钢铁渣工业的发展概况——钢铁渣综合利用考察报告[J];硅酸盐建筑制品;1980年04期
4 吴少华;钢渣矿渣水泥[J];硅酸盐建筑制品;1994年03期
5 吴少华;影响钢渣矿渣水泥强度的主要因素[J];硅酸盐建筑制品;1994年06期
6 李有光,龚七一,扬汝仕;粉煤灰钢渣复合砌筑水泥的研制[J];硅酸盐建筑制品;1995年03期
7 甄广常,李瑞英;影响钢渣沸石水泥强度诸因素的探讨[J];房材与应用;1998年01期
8 孙家瑛;磨细钢渣对混凝土力学性能及安定性影响研究[J];粉煤灰;2003年05期
9 张德成,黄世锋,吴波,王英姿;钢渣矿渣水泥碱性激发剂的研究[J];硅酸盐通报;2004年03期
10 温金保;陆雷;;机械力化学作用活化钢渣的研究[J];硅酸盐通报;2006年04期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 董荣珍;化学外加剂对高性能水泥水化及初始结构形成的调控机理的研究[D];武汉理工大学;2005年
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1 温金保;钢渣的机械力化学效应研究[D];南京工业大学;2003年
2 王晓龙;钢渣活化处理试验研究[D];西安建筑科技大学;2007年
3 曾晓辉;无电极电阻率仪在早龄期水泥水化行为的应用研究[D];中国建筑材料科学研究总院;2007年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 邢锋,冷发光,冯乃谦,李伟文;高性能混凝土骨料数量效应研究[J];四川建筑科学研究;2001年02期
2 赵文兰;汤寄予;;自密实混凝土的力学性能研究[J];四川建筑科学研究;2006年02期
3 乔宏霞;何忠茂;刘翠兰;;SO_4~(2-)环境下高性能混凝土耐久性研究[J];四川建筑科学研究;2006年03期
4 华建民;高育欣;;温度作用对混凝土墙体早期开裂的影响分析与计算[J];四川建筑科学研究;2008年02期
5 何娟;;氨基磺酸盐高效减水剂对混凝土耐久性的影响[J];四川建筑科学研究;2008年02期
6 霍世金;尚建丽;;机制砂配制C60高性能混凝土试验研究及工程应用[J];四川建筑科学研究;2008年03期
7 张文武;王振龙;何兆益;;混凝土碱集料反应预防措施的再认识[J];四川建筑科学研究;2009年01期
8 李柱凯;刘云;;高钛渣复合微粉的应用研究[J];四川建筑科学研究;2010年02期
9 丁以兵;;高性能混凝土自养护研究[J];四川建筑科学研究;2011年02期
10 汪海东;曾志兴;;基于集对分析的高性能再生混凝土性能优化[J];四川建筑科学研究;2012年03期
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1 董必钦;刘伟;马红岩;邢锋;;海砂砂浆早龄期水化过程的电阻率法研究[A];2011年混凝土与水泥制品学术讨论会论文集[C];2011年
2 林晖;王玲;李云峰;;高等级路面钢渣矿渣高性能混凝土的研究[A];2011年混凝土与水泥制品学术讨论会论文集[C];2011年
3 纪宪坤;周永祥;;固硫灰渣用于土壤固化领域研究[A];2011年混凝土与水泥制品学术讨论会论文集[C];2011年
4 巴恒静;苏安双;;环向约束条件下高强混凝土早期开裂[A];第五届混凝土结构耐久性科技论坛论文集[C];2006年
5 缪昌文;刘加平;刘建忠;;外加剂对混凝土耐久性的影响[A];第五届混凝土结构耐久性科技论坛论文集[C];2006年
6 宓振军;刘玉环;安树好;郑伟;冯艾东;杨克锐;;钢渣配料对生料易烧性影响的机理研究[A];第九届全国水泥和混凝土化学及应用技术会议论文汇编(上卷)[C];2005年
7 崔素萍;于海洋;王亚丽;王子明;张营;;矿渣-PC-CA复合水泥性能研究[A];第九届全国水泥和混凝土化学及应用技术会议论文汇编(上卷)[C];2005年
8 谢燕;吴笑梅;樊粤明;赖小强;赖标来;;混凝土早期温度应力发展及抗裂性能评价[A];第九届全国水泥和混凝土化学及应用技术会议论文汇编(上卷)[C];2005年
9 崔素萍;于海洋;王亚丽;王子明;张营;;矿渣-PC-C■A复合水泥性能研究[A];华北地区硅酸盐学会第八届学术技术交流会论文集[C];2005年
10 徐德龙;;论水泥工业的科技进步[A];2005年水泥技术大会暨第七届全国水泥技术交流大会论文集[C];2005年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 文俊强;石灰石粉作混凝土掺合料的性能研究及机理分析[D];中国建筑材料科学研究总院;2010年
2 黎鹏平;胶凝材料组成与钢筋混凝土氯离子腐蚀研究[D];华南理工大学;2010年
3 杨婷婷;基于集料功能设计的水泥石界面性能研究[D];武汉理工大学;2010年
4 姜从盛;轻质高强混凝土脆性机理与改性研究[D];武汉理工大学;2010年
5 田焜;水泥基电磁防护吸波多功能复合材料的研究[D];武汉理工大学;2010年
6 刘润清;多因素影响下低温混凝土抗冻临界强度的研究[D];大连理工大学;2011年
7 王琼;跨断层隧道地震反应分析[D];中国地震局工程力学研究所;2011年
8 石建光;再生骨料对混凝土性能影响的试验研究和计算分析[D];上海大学;2011年
9 岳敏;污泥的粉煤灰调理和污泥陶粒的制备及应用研究[D];山东大学;2011年
10 姚振巩;矿山充填体作用机理与铝基复合充填胶凝材料研究[D];中南大学;2010年
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1 杨明林;塑性混凝土配合比及性能指标试验研究[D];郑州大学;2010年
2 余远明;安钢钢渣辅助胶凝性的优化研究[D];郑州大学;2010年
3 陈高锋;钢丝网约束混凝土轴压性能试验研究[D];郑州大学;2010年
4 李新明;钢渣稳定土的路用性能研究及应用[D];郑州大学;2010年
5 赵亮平;高温中纤维矿渣微粉混凝土力学性能研究[D];郑州大学;2010年
6 孟丽峰;粉煤灰基地质聚合物的强度影响因素及其固化Pb~(2+)的形态分析[D];郑州大学;2010年
7 赵畅;海洋环境下高性能混凝土耐久性试验研究[D];大连理工大学;2010年
8 彭超;单向荷载、冻融循环及龄期对混凝土氯离子渗透性的影响研究[D];大连理工大学;2010年
9 范世锁;钢渣缓释肥料的制备及缓释性能评价[D];安徽农业大学;2010年
10 李强;水性环氧树脂改性沥青混凝土路面材料研究[D];长沙理工大学;2009年
【同被引文献】
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1 刘银辉;粉煤灰预处理及其应用[J];北京工业大学学报;1999年03期
2 张文生,陈益民,张洪滔,林震,郭随华;热处理粉煤灰及其胶凝性[J];材料科学与工艺;2002年01期
3 刘猛;李百战;姚润明;;水泥生产能源消耗内含碳排放量分析[J];重庆大学学报;2011年03期
4 张永娟,张雄;高钙粉煤灰颗粒群分布与其活性关系研究[J];粉煤灰综合利用;2004年01期
5 吴中伟;高技术混凝土[J];硅酸盐通报;1994年01期
6 温金保;陆雷;;机械力化学作用活化钢渣的研究[J];硅酸盐通报;2006年04期
7 肖斐;崔洪涛;陈剑雄;陈寒斌;;超磨细石灰石粉高强混凝土的研究[J];硅酸盐通报;2010年06期
8 唐明述,袁美栖,韩苏芬,沈兴;钢渣中MgO、FeO、MnO的结晶状态与钢渣的体积安定性[J];硅酸盐学报;1979年01期
9 许仲梓;粒径分布对水泥水化速度的影响的理论探讨[J];硅酸盐学报;1986年01期
10 黄士元,李志华,程吉平;粉煤灰-Ca(OH)_2-H_2O系统中的反应动力学[J];硅酸盐学报;1986年02期
中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 王晓钧;粉煤灰机械研磨中物理与机械力化学现象的研究[D];南京工业大学;2003年
2 陈美祝;水泥基材料组分对早期水化及收缩开裂影响的研究[D];武汉大学;2004年
3 郭伟;煤矸石的活性激发及活性评价方法的探讨[D];南京工业大学;2005年
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 温金保;钢渣的机械力化学效应研究[D];南京工业大学;2003年
【二级引证文献】
中国期刊全文数据库 前3条
1 刘向阳;张同生;张平平;韦江雄;余其俊;;低活性粉煤灰表面胶凝性能改善研究[J];硅酸盐通报;2014年07期
2 郝成伟;罗毅;姜蕾;;辅助性胶凝材料在水泥工业中的应用研究[J];皖西学院学报;2013年02期
3 苏军;王高峰;;浅议提高水泥熟料强度的途径[J];中小企业管理与科技(下旬刊);2013年09期
中国硕士学位论文全文数据库 前3条
1 田亚坡;聚羧酸高性能减水剂在水泥和辅助性胶凝材料表面的吸附特性研究[D];华南理工大学;2013年
2 陈培鑫;BEI-GSR分析技术在复合水泥浆体结构中的应用研究[D];华南理工大学;2013年
3 郭锴;抗氯盐硅酸盐水泥级配与组成优化研究[D];华南理工大学;2013年
【二级参考文献】
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1 冷发光;煤矸石综合利用的研究与应用现状[J];四川建筑科学研究;2000年02期
2 韩宝国,关新春,欧进萍;碳纤维水泥石电阻测试方法研究[J];玻璃钢/复合材料;2003年06期
3 吴建其,卢迪芬;无机非金属材料粉磨中的机械力化学效应[J];材料导报;1999年05期
4 张培新,文岐业,刘剑洪,张黔玲,任祥忠,魏波;矿渣微晶玻璃研究与进展[J];材料导报;2003年09期
5 何真;金雪莉;梁文泉;骆翔宇;;电学方法研究掺有窑灰水泥的水化特性[J];材料科学与工艺;2005年06期
6 吴其胜,张少明,周勇敏,方莹;无机材料机械力化学研究进展[J];材料科学与工程;2001年01期
7 李东旭;朱建平;李宗津;;应用电阻率方法研究粉煤灰持碱效应[J];材料科学与工程学报;2007年03期
8 徐彬,邓国柱,张天石,王玉平;碱激发钢渣水泥研究[J];重庆环境科学;1998年06期
9 马保国,董荣珍,许永和,朱洪波,张莉;硅酸盐水泥初始水化流变特性与结构形成研究[J];铁道科学与工程学报;2004年02期
10 周本濂;材料制备中的非平衡过程[J];材料研究学报;1997年06期
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1 魏小胜;肖莲珍;李宗津;;电阻率法快速测定水泥强度的原理[A];HPC2002第四届全国高性能混凝土学术研讨会论文集[C];2002年
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1 李永鑫;含钢渣粉掺合料的水泥混凝土组成、结构与性能的研究[D];中国建筑材料科学研究院;2003年
2 王子明;“水泥—水—高效减水剂”系统的界面化学现象与流变性能[D];北京工业大学;2006年
中国硕士学位论文全文数据库 前4条
1 张莉;化学外加剂对水泥水化历程的影响及作用机理研究[D];武汉理工大学;2004年
2 王谦;萘系减水剂吸附与保塑性能的研究[D];南京工业大学;2003年
3 曾晓辉;无电极电阻率仪在早龄期水泥水化行为的应用研究[D];中国建筑材料科学研究总院;2007年
4 马红岩;海砂对水泥基材料水化行为及护筋性能的影响研究[D];深圳大学;2008年
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1 舒保华;;钢渣综合利用方案的决策方法[J];武钢技术;1987年07期
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3 王琳;孙本良;李成威;;钢渣处理与综合利用[J];冶金能源;2007年04期
4 白大兴;;钢渣处理新方法—盘泼快速冷却法[J];河北冶金;1985年03期
5 李葆生;唐钢钢渣资源化利用工程设计[J];炼钢;2005年03期
6 栾景丽;李文斌;屈云海;;昆钢钢渣资源化利用的研究[J];中国资源综合利用;2009年04期
7 朱丹;王世和;张维;;钢渣净化水中磷素的研究进展[J];电力环境保护;2009年06期
8 范世锁;汤锋;喻谨;章骏;;钢渣在废水处理方面的应用研究[J];安徽农业科学;2010年32期
9 谢光荐;赵亮;石拥军;;重钢钢渣处理工艺研发及综合利用[J];重庆科技学院学报(自然科学版);2009年04期
10 周宇;;冶金钢渣在废水处理中的研究进展及应用[J];现代矿业;2009年09期
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1 王贤慧;朱立江;;钢渣处理国内外的现状及发展趋势[A];2010年全国炼钢—连铸生产技术会议文集[C];2010年
2 许立谦;张德国;唐卫军;罗顺云;;钢渣二次处理生产线的改造与创新[A];第十六届全国炼钢学术会议论文集[C];2010年
3 叶冰;时秋颖;;浅谈钢渣综合利用途径及处理工艺的选择[A];2011年全国冶金安全环保学术交流会论文集[C];2011年
4 金强;;宝钢钢渣资源化工业技术系统解决方案研究与实践[A];循环经济理论与实践——长三角循环经济论坛暨2006年安徽博士科技论坛论文集[C];2006年
5 张作顺;徐利华;余广炜;唐卫军;孙鹏辉;郝洪顺;赛音巴特尔;翟伟;;国内钢渣处理方法及资源化利用的研究进展[A];2010年全国能源环保生产技术会议文集[C];2010年
6 周云;方生;董元篪;刘会斌;;SiO_2在钢渣改性中的作用[A];2010年全国冶金物理化学学术会议专辑(下册)[C];2010年
7 姜绪华;;钢渣“热泼闷渣”工艺在生产中应用[A];2011年全国冶金安全环保学术交流会论文集[C];2011年
8 孙嵬;马刚平;;迁钢钢渣处理工程生产实践研究[A];冶金循环经济发展论坛论文集[C];2008年
9 朱桂林;郝以党;孙树杉;;钢铁渣“零排放”与低碳经济、节能减排[A];2010年全国能源环保生产技术会议文集[C];2010年
10 朱桂林;杨景玲;李可;孙树杉;;科学选择钢渣处理工艺,加快钢渣综合利用[A];2005中国钢铁年会论文集(第2卷)[C];2005年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 全国冶金节能减排新技术知识竞赛组委会专家组;选择合适的钢渣处理工艺[N];中国冶金报;2009年
2 ;国内率先采用转炉熔融钢渣热闷技术[N];世界金属导报;2011年
3 丁洁 佟晓宾;变废为宝 钢渣成农肥[N];太原日报;2011年
4 全国冶金节能减排新技术知识竞赛组委会专家组;他山之石助力我国钢渣处理[N];中国冶金报;2009年
5 马金山;钢与渣可实现彻底分离[N];中国环境报;2010年
6 赵瑞东;太钢不锈 率先引进国外钢渣处理技术[N];证券日报;2008年
7 安立华;构建循环经济产业链条[N];中国环境报;2010年
8 本报特约记者 张年农 李丽萍;赤诚之心铸未来[N];经理日报;2004年
9 罗耀华 张志发;拓展应用途径 提高利用效益[N];中国冶金报;2010年
10 司马文景 季一牛;马钢新区实现炼钢清洁生产[N];中国质量报;2010年
中国博士学位论文全文数据库 前9条
1 李建新;高温重构对钢渣组成、结构与性能影响的研究[D];华南理工大学;2011年
2 宁东峰;钢渣硅钙肥高效利用与重金属风险性评估研究[D];中国农业科学院;2014年
3 谢君;钢渣沥青混凝土的制备、性能与应用研究[D];武汉理工大学;2013年
4 黄玲;垂直潜流钢渣人工湿地处理高氨氮生活污水的试验研究[D];中国矿业大学(北京);2010年
5 郝素菊;钢铁联合企业典型废弃物的综合处理研究[D];东北大学;2010年
6 张凯;模拟热态钢渣直接熔制微晶玻璃晶化规律[D];华中科技大学;2012年
7 张凯;模拟热态钢渣直接熔制微晶玻璃晶化规律研究[D];华中科技大学;2012年
8 邓雁希;天然矿物及冶金炉渣处理含磷废水的研究[D];中国地质大学(北京);2003年
9 叶国华;从含钒钢渣中提取V_2O_5的新工艺与机理研究[D];昆明理工大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 罗珣;用于混凝土中钢渣早强剂的研究[D];北京化工大学;2010年
2 钟根;不同种类钢渣的重构与性能优化的基础研究[D];华南理工大学;2010年
3 郭辉;钢渣重构及其组成、性能的基础研究[D];华南理工大学;2010年
4 魏惠;钢渣对磷的吸附与解吸特性及影响因素研究[D];郑州大学;2010年
5 耿栋健;重构钢渣及性能与应用[D];济南大学;2010年
6 王宗森;用做水泥混合材的风淬钢渣性能研究[D];西安建筑科技大学;2010年
7 董涛;钢渣在水泥生产中的应用研究[D];济南大学;2012年
8 惠咏薇;利用钢渣去除水中镉的研究[D];南京理工大学;2013年
9 于建;钢渣吸附在分散式生活污水除磷中的研究[D];北京林业大学;2013年
10 陈荣凯;钢渣碳酸化反应数值模拟研究[D];辽宁科技大学;2012年
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