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    含鈦無(wú)氟連鑄用保護(hù)渣研究現(xiàn)狀及應(yīng)用

    2022-09-08 08:39:04劉國(guó)鵬
    世界有色金屬 2022年11期

    我國(guó)是世界第一產(chǎn)鋼大國(guó),其中連鑄技術(shù)的普及發(fā)揮了重要作用。保護(hù)渣技術(shù)是連鑄高效化的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。絕大部分連鑄用保護(hù)渣都是氟含量較高的渣系。然而保護(hù)渣中的氟具有雙重角色,一方面氟化物具有降低保護(hù)渣粘度和參與形成槍晶石控制渣膜傳熱的作用,另一方面氟離子進(jìn)入二冷水中時(shí)顯酸性,會(huì)減少鑄機(jī)的壽命,并且進(jìn)入大氣中損害環(huán)境,也會(huì)威脅人體健康。

    因此,研究低氟無(wú)氟保護(hù)渣勢(shì)在必行。綠色冶金浪潮的出現(xiàn),促使無(wú)氟或低氟保護(hù)渣等環(huán)保功能型保護(hù)渣的研究變得尤為迫切。TiO

    是鈦氧化物中最穩(wěn)定的氧化物,既能降低保護(hù)渣的粘度又能參與控制渣膜傳熱,是含氟連鑄保護(hù)渣的有效替代物,有效降低了對(duì)大自然的污染,實(shí)現(xiàn)了節(jié)能減排的可持續(xù)發(fā)展。

    2013年12月20日,中國(guó)水務(wù)公司與新疆烏魯木齊市政府簽訂了《城市基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目投資建設(shè)合作框架協(xié)議書》。此舉標(biāo)志著中國(guó)水務(wù)公司在開拓水務(wù)一體化市場(chǎng)方面又邁出了有力一步。我們看到,中國(guó)水務(wù)公司正沿著既定的目標(biāo)和方向穩(wěn)步前行。

    1 連鑄保護(hù)渣概述

    1.1 連鑄用保護(hù)渣的組成及對(duì)性能的影響

    保護(hù)渣的熔化溫度、粘度等宏觀性能與其化學(xué)成分密切相關(guān),因此保護(hù)渣組成成分的確定是研制保護(hù)渣的基礎(chǔ)。連鑄結(jié)晶器保護(hù)渣要適應(yīng)各鋼種的特點(diǎn)和工廠的條件,滿足連鑄工藝對(duì)保護(hù)渣的要求。不同類型保護(hù)渣的化學(xué)成分有很大差異。保護(hù)渣的化學(xué)成分通常如表1所示。

    各組分含量的改變通常對(duì)熔渣的硅酸鹽骨架網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的大小、鏈接形式及其結(jié)合強(qiáng)度帶來(lái)不同程度的影響,實(shí)際應(yīng)用中通過調(diào)整保護(hù)渣中各組分的含量以獲得物理化學(xué)性能優(yōu)異的熔渣。對(duì)成分的調(diào)整主要考慮以下熔渣的物理化學(xué)特性:

    (1)堿度,冶金學(xué)中一般定義R=CaO%/SiO

    %為保護(hù)渣的堿度,就普遍規(guī)律而言,析出晶體的溫度和保護(hù)渣吸收鋼液中雜質(zhì)的效果隨著堿度的增大而提高,同時(shí)熔渣的潤(rùn)滑效果和傳熱性能相對(duì)下降。

    人教A版新教材從上述定義出發(fā),比較直觀簡(jiǎn)單地推出了三角函數(shù)線、同角三角函數(shù)的基本關(guān)系、誘導(dǎo)公式、三角函數(shù)性質(zhì)(周期性,奇偶性,單調(diào)性,值域等).由此可見,人教A版新教材三角函數(shù)定義蘊(yùn)涵了三角函數(shù)線、同角三角函數(shù)的基本關(guān)系、誘導(dǎo)公式、三角函數(shù)性質(zhì)等基礎(chǔ)知識(shí).因此,人教A版新教材三角函數(shù)定義具有全息性,是全息定義.

    全息機(jī)器人產(chǎn)品主要具備3D全息顯示、語(yǔ)音交互等功能。全息圖像由激光全息照相技術(shù)生成,其利用分光鏡生成多路激光,無(wú)論全息底片多小,或者碎成多少塊,在激光進(jìn)行重放時(shí)都可以看到完整的圖像。通過這樣的方式,可以實(shí)現(xiàn)與用戶面對(duì)面交流和服務(wù)。

    在冶金生產(chǎn)過程中,連鑄用保護(hù)渣在加入結(jié)晶器鋼液面中后,在熔融鋼水熱力學(xué)擴(kuò)散釋放的熱量作用下,溫度逐漸從常溫升至熔融狀態(tài),期間一般發(fā)生燒結(jié)和熔化的現(xiàn)象,隨后的保護(hù)渣液流入結(jié)晶器和鑄坯殼之間。在連鑄生產(chǎn)中,隨著結(jié)晶器上下振動(dòng)和拉坯的進(jìn)行,液態(tài)渣和部分固態(tài)渣膜從結(jié)晶器下口被帶出,在二冷水作用下與鑄坯分離,由此完成保護(hù)渣的消耗過程

    。為了在熔融鋼液面上的保護(hù)渣形成較穩(wěn)定的層狀結(jié)構(gòu),保證鑄時(shí)優(yōu)異的冶金功能。因熔渣不斷與鑄坯分離消耗,生產(chǎn)中需要不斷地補(bǔ)充連鑄用保護(hù)渣。熔渣縱向穩(wěn)定的層狀結(jié)構(gòu)確保了保護(hù)渣絕熱保溫、隔絕空氣防止鋼液二次氧化及吸附和溶解夾雜物的冶金功能,而橫向穩(wěn)定的層狀結(jié)構(gòu)保護(hù)渣則確保了其潤(rùn)滑作用和控制傳熱功能的實(shí)現(xiàn)。

    (3)熔化溫度和熔化速度,當(dāng)熔渣的熔化溫度過高時(shí),保護(hù)渣的潤(rùn)滑作用及均勻性都將受影響,通常通過控制保護(hù)渣的堿度、成分及Al

    O

    含量等因素來(lái)選擇合適的熔化溫度。實(shí)際應(yīng)用中常通過調(diào)整熔渣成分,改進(jìn)加工工藝及選用預(yù)熔熔渣等方法來(lái)改善熔渣熔化的均勻性。

    (4)析晶溫度,熔渣在降溫過程中,在某一溫度點(diǎn)出現(xiàn)了熔渣結(jié)晶的現(xiàn)象,此時(shí)的熔渣因失去流動(dòng)性而無(wú)法通過相關(guān)測(cè)量方法測(cè)定其粘度,將此溫度點(diǎn)定義成該熔渣的析晶溫度。析晶溫度是影響凝固殼層傳熱的重要指標(biāo),包晶類鋼種對(duì)于裂紋敏感性較強(qiáng),析晶溫度高的熔渣會(huì)對(duì)其裂紋產(chǎn)生抑制作用,從而提高生產(chǎn)質(zhì)量。

    本文以武漢市光谷區(qū)域的土地利用變化模擬為例,選取2006年和2009年的遙感圖像,通過遙感分類獲取不同時(shí)段的土地利用情況.利用ARCGIS軟件獲取元胞自動(dòng)機(jī)的影響因素,包括鄰域范圍的城市化元胞數(shù)、元胞距城鎮(zhèn)點(diǎn)的距離、元胞距街道的距離、元胞距公路的距離以及元胞自身的類型.利用Rosetta軟件基于粗集理論進(jìn)行元胞自動(dòng)機(jī)規(guī)則的提取,然后基于轉(zhuǎn)換規(guī)則對(duì)2011年的土地利用類型進(jìn)行預(yù)測(cè).

    “怎么了?”馬曉宇關(guān)心地問,“你不是早都餓了嗎?趕緊回家吧!”貓貓當(dāng)然想回家大吃一頓,但是他餓得連屁股都抬不起來(lái)了。

    1.2 連鑄用保護(hù)渣的作用機(jī)制及功用

    (2)粘度,當(dāng)前業(yè)界測(cè)量粘度的方法一般為根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式推算和旋轉(zhuǎn)粘度測(cè)定,是反映熔渣潤(rùn)滑性能的重要指標(biāo)。粘度的影響因素通常為熔渣的化學(xué)組分和溫度,實(shí)際生產(chǎn)中常通過調(diào)節(jié)助熔劑的含量來(lái)調(diào)節(jié)熔渣粘度大小。當(dāng)粘度較小時(shí),易發(fā)生縱裂及漏鋼事故;而當(dāng)粘度過大時(shí),會(huì)導(dǎo)致鑄坯的表面粗糙。

    傳統(tǒng)連鑄用保護(hù)渣在連鑄生產(chǎn)工藝中扮演極其重要的角色。選擇物理化學(xué)性能好,熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)性能優(yōu)良的保護(hù)渣,可以提高連鑄坯的內(nèi)部及表面質(zhì)量,防止鑄坯表面縱向裂紋等質(zhì)量缺陷的產(chǎn)生,還可避免生產(chǎn)過程中粘結(jié)漏鋼等事故的發(fā)生??傮w來(lái)說,保護(hù)渣在連鑄生產(chǎn)過程中作用主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:

    (1)保溫絕熱,生產(chǎn)中鋼液散熱過快而提前凝固,會(huì)降低鑄鋼的力學(xué)性能和成品質(zhì)量,造成經(jīng)濟(jì)損失。故通過控制實(shí)時(shí)鋼液中保護(hù)渣含量的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定,以達(dá)到合適的熔化速度和熔化溫度來(lái)保證生產(chǎn)效率。遲景灝等的研究表明,鋼液面的散熱和粉渣層的堆密度存在直接的相關(guān)關(guān)系。

    (2)隔絕空氣,防止空氣中的氧氣進(jìn)入鋼液產(chǎn)生二次氧化,從而降低鑄坯的生產(chǎn)質(zhì)量。

    (3)吸收和溶解夾雜的作用。保護(hù)渣常能吸收從鋼液中上浮到鋼渣界面的氧化物夾雜物以起到凈化鋼液的功能。

    隨著國(guó)內(nèi)外石油、煤炭?jī)r(jià)格的大幅度上漲,使得國(guó)內(nèi)整體能源的價(jià)格也在提高,能源和動(dòng)力采購(gòu)方面的費(fèi)用增加,西部礦業(yè)企業(yè)地理位置偏僻礦山因更多的能源消耗支付更多的費(fèi)用。

    TiO

    也可在體系中充當(dāng)網(wǎng)絡(luò)外化合物,達(dá)到降低連鑄保護(hù)渣整體粘度的作用。其原子層面的作用機(jī)理為:Ti

    離子半徑較大(r>0.068nm),較難存在于網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的間隙中,作為網(wǎng)格外離子與體系發(fā)生極化作用,與網(wǎng)格形成子中的O

    離子聯(lián)結(jié),破壞了網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)體系的穩(wěn)定性,抑制了網(wǎng)絡(luò)形成因子的產(chǎn)生,從而達(dá)到降低粘度的目的。Ti

    當(dāng)體系中濃度較大時(shí),發(fā)揮TiO

    兩性氧化物的堿性作用,促進(jìn)了渣中鈣鈦礦的析出,表現(xiàn)為網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成體的作用,改變了渣樣的熔體結(jié)構(gòu),TiO

    造成粘度有所上升。

    (5)保護(hù)渣能充填結(jié)晶器和鑄坯之間的氣隙,改善坯殼與結(jié)晶器傳熱效果。作為一個(gè)緩沖的橋梁使熔融鋼液的熱量平穩(wěn)可控地傳遞至結(jié)晶器,避免因熱量的傳遞過快及分布不均勻造成相關(guān)的質(zhì)量缺陷。

    近年來(lái),文體學(xué)的發(fā)展取得了顯著的成果,給英語(yǔ)抒情詩(shī)歌的分析提供了新的視角。愈來(lái)愈多的學(xué)者以文體學(xué)理論作為新的思路,對(duì)《雪夜林畔小駐》展開了分析。例如,王品就從語(yǔ)音特征、修辭手法和謀篇主題對(duì)這首詩(shī)歌進(jìn)行了文體角度的分析,指出這首詩(shī)歌的文體特點(diǎn):語(yǔ)言簡(jiǎn)單,寓意深遠(yuǎn)。[3]俞瑤從偏離的視角對(duì)《雪夜林畔小駐》進(jìn)行了分析,主要是對(duì)其語(yǔ)音的偏離分析和超語(yǔ)音的偏離分析,說明偏離的使用要和詩(shī)歌的連貫聯(lián)系起來(lái)。[4]筆者依據(jù)文體學(xué)的相關(guān)理論,研究《雪夜林畔小駐》的文體特征,以彰顯詩(shī)歌的語(yǔ)言魅力、揭示詩(shī)歌的主題意義。

    2 TiO2在無(wú)氟保護(hù)渣中的作用機(jī)制

    選取2017年7月~2018年6月收治的我院門診及住院的慢性腎臟病患者82例作為研究對(duì)象,均診斷為慢性腎衰竭(尿毒癥期)。將其隨機(jī)分為觀察組和對(duì)照組,各41例。其中,觀察組男24例,女17例,年齡33~70歲,平均46歲,并發(fā)皮膚瘙癢輕型17例,中型8例,重型16例;對(duì)照組男22例,女19例,年齡35~72歲,平均44歲,并發(fā)皮膚瘙癢輕型16例,中型9例,中型16例。兩組患者均符合尿毒癥性皮膚瘙癢癥診斷標(biāo)準(zhǔn),在性別、年齡、病情等方面比較,差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。

    TiO

    在常溫下是一種穩(wěn)定的兩性氧化物,一方面在熔融狀態(tài)下保護(hù)渣中的Ti

    在較高濃度分布時(shí)趨向于形成TiO

    六配位八面體結(jié)構(gòu),此時(shí)鈦在體系中發(fā)揮堿性作用,斷開了硅酸鹽網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中的Si-O鍵;另一方面在Ti

    濃度較低時(shí),其一般以不同空間構(gòu)型的TiO

    四配位形式來(lái)充當(dāng)體系中的網(wǎng)絡(luò)形成子。因此,隨著濃度分布的不同,TiO

    在保護(hù)渣充當(dāng)不同性質(zhì)的角色。

    除上述主要的物理化學(xué)性能,熔渣的成分還對(duì)熔渣的表面張力及界面張力、密度、粒度大小及顆粒的尺寸分布、鋪展性、水分及耗渣量等理化性能造成影響。實(shí)際應(yīng)用中,常需要冶金工作者綜合考慮各方面的性能,選擇合適的保護(hù)渣成分及其含量。

    (4)充當(dāng)結(jié)晶器壁與鑄坯之間潤(rùn)滑劑,減少鑄坯拉出的阻力,避免凝固殼層與銅板結(jié)晶器壁的粘結(jié);

    目前氟化物的替代溶劑主要有Li

    O、B

    O

    和BaO,都屬于網(wǎng)絡(luò)外體化合物,具有降低粘度的作用,使保護(hù)渣在液固轉(zhuǎn)變的時(shí)候微觀結(jié)構(gòu)呈長(zhǎng)程有序近程無(wú)序的凝聚狀態(tài),從宏觀物化性質(zhì)的角度來(lái)看,此時(shí)熔渣在較大的溫度范圍內(nèi),粘度和溫度之間呈規(guī)律的線性或曲線關(guān)系,在析晶時(shí)發(fā)揮有利作用。但氟化物除了降低保護(hù)渣粘度的作用外,還有參與形成槍晶石控制渣膜傳熱的作用。因此,僅僅從降低粘度方面考慮氟化物的替代物是不夠的,還需從氟化物參與控制渣膜傳熱角度考慮。

    TiO

    的加入促進(jìn)了析晶種類的增加。TiO

    可以抑制保護(hù)渣中槍晶石和硅灰石的析出,促進(jìn)黃長(zhǎng)石和鈣鈦礦的析出。這些復(fù)雜化合物的析出,在保護(hù)渣中發(fā)揮了良好的絕熱保溫作用,降低了保護(hù)渣中析晶因子的濃度,抑制了其析晶的發(fā)生,在保持控制渣膜熱流穩(wěn)定的同時(shí)達(dá)到了改善潤(rùn)滑的效果。

    從保護(hù)渣結(jié)晶的化學(xué)條件方面進(jìn)行分析,從離子極化的角度來(lái)看,電荷較高的Ti

    離子和O

    離子之間會(huì)發(fā)生較強(qiáng)的極化作用,使保護(hù)渣體系中的分布的Si-O、Ca-O及Ti-O鍵產(chǎn)生應(yīng)力作用,其化學(xué)鍵的類型發(fā)生了本質(zhì)改變,體系中的離子鍵含量降低而共價(jià)鍵含量相對(duì)上升,導(dǎo)致晶格能的降低。

    TiO

    的加入可改善鑄坯和結(jié)晶器之間的輻射熱流較難抑制的問題。在保護(hù)渣體系中加入TiO

    可以使其凝固相成分發(fā)生改變,形成的TiO

    四配位四面體結(jié)構(gòu)及TiO

    六配位八面體結(jié)構(gòu)具有較大熱阻,阻礙了渣膜之間的傳熱作用。降溫過程中析出鈦酸鹽混合玻璃相,由于玻璃相的傳熱效果不如晶體,因此添加TiO

    后降低渣膜的傳熱,提高保護(hù)渣的玻璃性能以及改善潤(rùn)滑。

    同時(shí)TiO

    發(fā)揮其堿性氧化物的作用,體系中TiO

    四面體四配位結(jié)構(gòu)向保護(hù)渣槍晶石中[Si

    O

    ]

    的復(fù)合陰離子團(tuán)提供自由氧離子,使其斷裂抑制了槍晶石的析出和形成。TiO

    六配位八面體結(jié)構(gòu)能與熔體中的Mg

    、Ca

    等結(jié)合產(chǎn)生熔點(diǎn)較高的鈣鈦礦化合物,降低了保護(hù)渣的結(jié)晶速率,整體的潤(rùn)滑性能得到改善,解決了傳熱和潤(rùn)滑鑄坯兩大功能之間的矛盾。

    3 含鈦無(wú)氟連鑄用保護(hù)渣國(guó)內(nèi)外研究與應(yīng)用

    韓文殿等人

    在無(wú)氟保護(hù)渣粘度特性研究的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步研究了熔渣渣膜的傳熱性能。即在保證熔渣優(yōu)異的熔粘特性的基礎(chǔ)上添加TiO

    ,從而降低和控制結(jié)晶器與鑄坯之間的熱傳遞。

    研究結(jié)果表明:堿度在0.195~1.105范圍內(nèi)的結(jié)晶器無(wú)氟保護(hù)渣,當(dāng)TiO

    的添加量為2.15%時(shí),不僅可以保證生產(chǎn)所要求的結(jié)晶器進(jìn)出水溫差和正常的渣耗,而且能夠得到表面質(zhì)量良好的鑄坯。

    冀成慶等人

    采用X射線衍射技術(shù)、熱絲法以及相關(guān)礦相方法研究了TiO

    對(duì)熔渣非等溫結(jié)晶過程的影響。研究結(jié)果表明:在含鈦熔渣中槍晶石是其主要物相,在綜合堿度為1.3的基礎(chǔ)渣中,隨著TiO

    的添加熔渣中析晶種類的有所增加,但同時(shí)熔渣的結(jié)晶過程所需要的時(shí)間逐漸延長(zhǎng),并且還將導(dǎo)致熔渣的結(jié)晶速率降低。所以,往傳統(tǒng)連鑄用保護(hù)渣中添加TiO

    可以抑制熔渣的析晶,從而在保證熔渣控制傳熱的前提下,提高熔渣中玻璃態(tài)的成分以此來(lái)改善熔渣對(duì)鑄坯的潤(rùn)滑作用。

    從含鈦無(wú)氟低氟保護(hù)渣的微觀結(jié)構(gòu)角度分析,Mysen和Neuville等人

    運(yùn)用拉曼光譜技術(shù)對(duì)Na

    Si

    O

    -Na

    Ti

    O

    體系的熔體和玻璃研究表明,Ti

    離子主要以四配位形式存在于該體系中,且隨著TiO

    逐漸替代SiO

    ,硅酸鹽網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中二聚體結(jié)構(gòu)Q

    和鏈狀結(jié)構(gòu)Q

    逐漸增加,而層狀結(jié)構(gòu)Q

    和完全聚合的網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)Q

    逐漸減少。

    對(duì)于堿金屬二元系鈦酸鹽的研究,Sakka等人

    運(yùn)用拉曼光譜對(duì)K

    O-TiO

    和Cs

    O-TiO

    的二元玻璃體系的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究,結(jié)果表明,大部分Ti

    更趨向于形成[TiO

    ]的四面體結(jié)構(gòu),存在小部分Ti

    以六配位的形式進(jìn)入該玻璃體系。與此同時(shí)Miyaji等人

    的研究也指出在堿金屬鈦酸鹽玻璃體系中Ti

    主要以四配位形式存在,并同時(shí)存在六配位結(jié)構(gòu)。并且Na

    O·2TiO

    的玻璃六配位所占比重比K

    O·2TiO

    和Cs

    O·2TiO

    成分的玻璃更大。Mountjoy等人

    和Pickup等人

    對(duì)不同成分鈦硅酸鹽玻璃體系的研究也得出相似的結(jié)論,即TiO

    同時(shí)以四配位和六配位的形式進(jìn)入這些玻璃體系。然而,Mysen等人

    利用拉曼光譜對(duì)Na

    TiO

    成分和若干含鈦的硅酸鹽玻璃結(jié)構(gòu)研究表明,Na

    TiO

    成分的玻璃中Ti

    離子類似于Na

    SiO

    中的Si

    離子一樣以四配位的形式存在,其結(jié)構(gòu)主要以鏈狀單元為主,單體和層狀結(jié)構(gòu)為輔。并且這些玻璃所測(cè)得的拉曼譜圖中沒有出現(xiàn)低于700cm

    波數(shù)屬于六配位振動(dòng)模式的譜峰。

    以上研究結(jié)果說明保護(hù)渣中添加TiO

    能使粘度降低,同時(shí)能夠在兼顧潤(rùn)滑鑄坯的情況下獲得良好的傳熱性能改善熔渣的玻璃性能,但對(duì)于Ti

    在熔渣中存在形式仍然存在爭(zhēng)議,因此對(duì)于保護(hù)渣添加TiO

    對(duì)其結(jié)構(gòu)的作用機(jī)制的研究工作還需繼續(xù)深入。

    4 結(jié)語(yǔ)

    綜上所述,在傳統(tǒng)含氟渣的基礎(chǔ)上開發(fā)的新渣系含鈦低氟無(wú)氟保護(hù)渣,具有較好的環(huán)保作用和替代作用。闡述了TiO

    在保護(hù)渣中的作用機(jī)制,總結(jié)歸納了國(guó)內(nèi)外目前含鈦無(wú)氟保護(hù)渣的研究進(jìn)展及應(yīng)用。

    [1] 任虹.連鑄保護(hù)渣[J].馬鋼職工大學(xué)學(xué)報(bào),2001(4),11(2):12-15.

    [2] 韓文殿,朱傳運(yùn),等.含TiO2無(wú)氟保護(hù)渣的傳熱研究及生產(chǎn)實(shí)踐[J].鋼鐵研究學(xué)報(bào).2006,(18):9-11.

    [3] 冀成慶,謝兵,雷云,刁江,齊飛.TiO

    對(duì)連鑄保護(hù)渣非等溫結(jié)晶過程的影響[J].北京科技大學(xué)學(xué)報(bào).2010,32(3):306-311.

    [4] Mysen,B.O.,Neuville,D.,Effect of temperature and TiO

    content on the structure of Na

    Si

    O

    -Na

    Ti

    O

    melts and glasses[J].Geochimica et Cosmochimica Acta,1995,59(2):325-342.

    [5] Sakka,S.,Miyaji,F.,Fukumi,K.,Structure of Binary K

    O-TiO

    and Cs

    O-TiO

    [J].Journal of Non-Crystalline Solids,1989,112:64.

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    O·2TiO

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    -SiO

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