工程科學學報

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期刊信息

月刊，1955年創刊

ISSN 2095-9389

CN 10-1297/TF

主管單位：教育部

主辦單位：北京科技大學

編　　輯：《工程科學學報》編輯部

出　　版：科學出版社

主任委員：楊仁樹

副主任委員(主編)：吳愛祥

地　　址：北京市海淀區學院路30號

電　　話：(010)62333436

傳　　真：(010)62333436

郵發代碼：82-303

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2015年第37卷第1期

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鎳渣基礦井充填用膠凝材料的制備

李克慶, 馮琳, 高術杰

2015, 37(1): 1-6. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.01.001

[摘要](329)

[PDF 414KB](18) [施引文獻] ()

摘要:
以提高礦業固體廢棄物綜合利用水平,降低礦山充填采礦成本為目的,本文開展了利用水淬鎳渣制備礦山井下充填用膠凝材料的研究.分別采用機械活化和化學活化的方法,對水淬鎳渣進行了提高其膠凝性能的探討.以井下充填體的強度指標為評價標準,分析了磨礦細度和激發劑對水淬鎳渣活性的激發程度和膠凝性能的影響,對水淬鎳渣的化學活化機理進行了分析.研究結果表明,以活化處理的水淬鎳渣為主要原料(占原料總量的85%)制備的膠結劑,可以作為水泥的替代品用于礦井充填料的生產.

膏體料漿管道輸送壓力損失的影響因素

王少勇, 吳愛祥, 尹升華, 韓斌, 王洪江

2015, 37(1): 7-12. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.01.002

[摘要](326)

[PDF 469KB](17) [施引文獻] ()

摘要:
為研究膏體料漿管道輸送過程中的壓力損失，本文建立了新型閉路環管試驗測試平臺，研究了管徑、料漿流速、料漿中固相含量和物料粒徑對膏體料漿管道輸送壓力損失的影響。流速對壓力損失的影響分兩個階段：當流速小于黏性過渡流速時，壓力損失隨流速呈線性增加；當流速大于黏性過渡流速時，壓力損失隨著流速增加呈1~2次多項式增加，且增加速率遠大于流速增加速率。壓力損失隨管徑增大呈負冪指數減小，隨料漿中固相質量分數的增加呈指數增加。在相同工況條件下，細粒級較粗粒級料漿管輸壓力損失更大，且黏性過渡流速較大，壓力損失隨流速增加相對緩慢。

氫氣還原褐鐵礦實驗研究與動力學分析

李林, 牛犁, 郭漢杰, 段生朝, 李永麒, 孟祥龍

2015, 37(1): 13-19. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.01.003

[摘要](375)

[PDF 586KB](12) [施引文獻] ()

摘要:
本文旨在研究不同溫度下氫氣對褐鐵礦還原度和還原速率的影響,并以此為基礎分析動力學相關問題.通過熱重分析深入了解褐鐵礦失水狀況.使用粒度為8~12 mm褐鐵礦焙燒后,分別在750~950℃五個不同溫度下使用4 L·min^-1 H₂進行還原,并分析還原率和還原速率隨時間的變化關系.研究發現：隨著反應進行,試樣還原率逐漸增大,五條還原率曲線在t>28 min后與還原溫度排序一致.通過動力學研究計算得反應表觀活化能E=15.323 kJ·mol^-1,從而確定擴散為還原反應的限制環節.

無取向硅鋼中鎂鋁尖晶石的變性機理

孫彥輝, 趙勇, 蔡開科, 孫賽陽, 馬志飛, 方忠強

2015, 37(1): 20-29. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.01.004

[摘要](295)

[PDF 940KB](11) [施引文獻] ()

摘要:
對無取向硅鋼鈣處理過程中鎂鋁尖晶石夾雜的變性機理進行了研究,重點考察了鈣處理前期和中期MgO-Al₂O₃的變性過程.鈣處理前,鋼中除了發現單純的MgO-Al₂O₃外,還發現少量被AlN包裹的MgO-Al₂O₃.鈣處理1.5 min后,在MgO-Al₂O₃表面有中間產物CaS或CaO形成;鈣處理4.5 min后,生成由內到外依次為MgO-Al₂O₃、CaO-MgO-Al₂O₃和CaOAl₂O₃的夾雜物;鈣處理10 min后,未反應的MgO-Al₂O₃消失,CaO-MgO-Al₂O₃和CaO-Al₂O₃的成分趨于均勻.通過熱力學計算得到了Al₂O₃/MgO-Al₂O₃/MgO和MgO-Al₂O₃/xCaO·yAl₂O₃的穩定相圖,發現在含鋁越高的鋼中,鎂鋁尖晶石變性越困難.結合夾雜物的掃描電鏡觀察、能譜分析和面掃描圖分析結果,提出了夾雜物的變性路徑:MgO或Al₂O₃→MgO-Al₂O₃→CaO-MgO-Al₂O₃→CaO-Al₂O₃;在產物的中間層CaO-MgO-Al₂O₃中,Al₂O₃含量除了一般情況下的逐漸降低外,偶爾還存在突然升高的情況.

12CaO·7Al₂O₃晶體結構及其氧化鋁浸出性能

于海燕, 王波, 潘曉林, 畢詩文

2015, 37(1): 30-34. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.01.005

[摘要](383)

[PDF 303KB](10) [施引文獻] ()

摘要:
使用分析純試劑配料,在1350℃保溫1 h的條件下合成了A/S=5（Al₂O₃與SiO₂質量比）的鋁酸鈣熟料.研究了鈣鋁比C/A（除去與SiO₂結合的CaO后CaO與Al₂O₃的摩爾比）對熟料中12CaO·7Al₂O₃晶體結構及其氧化鋁浸出性能的影響,并通過X射線衍射和X射線熒光等分析手段對其作用機理進行了探討.結果表明：由于12CaO·7Al₂O₃量的增加,C/A=1.0~1.4時,石灰燒結法熟料溶出率隨著C/A的提高而提高；在C/A=1.4時,熟料溶出率最高可達93.30%,此時CaO的缺失形成了有缺陷的12CaO·7Al₂O₃,且其中CaO的物質的量小于11.3 mol；鈣鋁比提高到1.7時熟料溶出率又出現了下降趨勢,這是由于CaO的飽和導致12CaO·7Al₂O₃晶體擇優生長取向發生變化,由（211）面開始向（420）晶面轉變.

采用HBL101從鋅置換渣高酸浸出液中萃取鍺

張魁芳, 曹佐英, 肖連生, 曾理, 張貴清, 李青剛

2015, 37(1): 35-41. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.01.006

[摘要](335)

[PDF 341KB](10) [施引文獻] ()

摘要:
針對現行的濕法煉鋅渣中提取鍺的研究現狀,采用新型萃取劑HBL101從鋅置換渣的高酸浸出液中直接萃取鍺,考察了料液酸度、萃取劑體積分數、萃取溫度、萃取時間和相比對萃取的影響以及氫氧化鈉質量濃度、反萃溫度、反萃時間和反萃相比對反萃的影響,并對萃取劑轉型條件進行了研究.實驗表明:有機相組成為30%HBL101+70%磺化煤油(體積分數)作為萃取劑,料液酸度為113.2 g·L^-1H₂SO₄,其最佳萃取條件為萃取溫度25℃,萃取時間20 min,相比O/A=1∶4.經過五級逆流萃取,鍺萃取率達到98.57%.負載有機相用150 g·L^-1NaOH溶液可選擇性反萃鍺得到高純度鍺酸鈉溶液,其最佳反萃條件為反萃溫度25℃,反萃時間25 min,相比O/A=4∶1.經過五級逆流反萃,反萃率可達到98.1%.反萃鍺后負載有機相再用200 g·L^-1硫酸溶液反萃共萃的銅并轉型,控制反萃溫度25℃,反萃時間20 min,O/A=2∶1.經過五級逆流反萃,銅反萃率可達到99.5%并完成轉型,萃取劑返回使用.

CSP流程鈦微合金化高強鋼的第二相粒子析出行為

田星, 朱國明, 康永林, 張永錕, 譚佳梅

2015, 37(1): 42-49. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.01.007

[摘要](375)

[PDF 595KB](9) [施引文獻] ()

摘要:
采用光學顯微鏡、掃描電鏡、透射電鏡、物理化學相分析等方法并結合熱力學計算,分析了CSP工藝生產的鈦微合金化高強鋼的析出物特征及析出規律.研究發現:屈服強度700 MPa級高強鋼中存在大量球形的納米級TiC和Ti(C,N)粒子及少量不規則形狀、100 nm以上的Ti₄C₂S₂粒子,TiN在連軋前完成析出,TiC主要在卷取和空冷時析出.不含鉬鋼和含鉬鋼(0.1% Mo)中MC相的質量分數為0.049%和0.043%,由于鉬的加入,含鉬鋼中Ti的析出量較少,但析出粒子更為細小,并定量得到了不含鉬鋼和含鉬鋼的析出強化效果分別為126 MPa和128 MPa.

取向硅鋼薄帶形變再結晶組織及織構演變

畢娜, 張寧, 楊平

2015, 37(1): 50-56. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.01.008

[摘要](330)

[PDF 654KB](13) [施引文獻] ()

摘要:
利用背散射電子衍射微織構分析技術及X射線衍射織構分析技術,結合對取向硅鋼薄帶再結晶各階段退火板磁性能的分析,系統研究了其形變再結晶過程中的組織及織構演變.結果表明,薄帶內原始高斯晶粒取向發生繞TD軸向{111}〈112〉的轉變,同時晶粒取向還表現出繞RD軸的附加轉動,這種附加轉動及其導致的表層微弱立方形變組織可為再結晶立方織構的形成提供核心.退火各階段樣品磁性能的變化對應了{110}-{100}〈001〉有益織構及其他織構的強弱轉變以及再結晶晶粒不均勻程度的變化,綜合織構類型及晶粒尺寸的變化推斷發生了二次及三次再結晶過程.升溫過程再結晶織構演變主要體現了織構誘發機制,也即與基體存在繞〈001〉軸取向關系的晶粒長大優勢結合高斯織構的抑制效應發揮作用;而在高溫長時間保溫后三次再結晶過程,{110}低表面能誘發異常長大發揮主要作用使得最終得到鋒銳的高斯織構.

鑄造奧氏體不銹鋼的疲勞裂紋擴展

呂緒明, 李時磊, 王西濤, 王艷麗

2015, 37(1): 57-63. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.01.009

[摘要](284)

[PDF 661KB](8) [施引文獻] ()

摘要:
用緊湊拉伸試樣研究了載荷比、單峰過載和兩步高-低幅加載對Z3CN20-09M鑄造奧氏體不銹鋼疲勞裂紋擴展速率的影響.當應力強度因子范圍相同時,疲勞裂紋擴展速率隨載荷比的增大而增大.單峰過載使裂紋擴展速率先有短暫的增加后長距離的減速擴展,出現裂紋擴展遲滯現象.兩步高-低幅加載時,若兩步的最大載荷不同,第二步裂紋擴展也會出現遲滯現象.用兩參數模型和Wheeler模型能夠預測恒幅載荷和變幅載荷下的疲勞裂紋擴展行為.

718合金軸類鍛件徑向鍛造工藝模擬

劉玉慶, 王開坤, 王磊

2015, 37(1): 64-69. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.01.010

[摘要](169)

[PDF 409KB](6) [施引文獻] ()

摘要:
利用Forge模擬軟件對718高溫合金在徑向鍛造過程中溫度場、等效塑性應變場、最高溫度變化和散熱情況進行了研究.在第一道次,坯料升溫集中在表面至距離心部1/2半徑處;第二道次后心部成為溫度最高部位,且心部溫度較之前趨于均勻,心部溫度最終比初始溫度升高約45℃;坯料最高溫度在徑向鍛造過程中先升高而后略微降低;在所有散熱形式中,熱輻射是坯料散熱的主要方式;對等效塑性應變的模擬發現,坯料在第二道次鍛造后已被鍛透.現場取樣觀察與模擬結果對比顯示,模擬結果具有可信性.

由鐵鱗制備納米氧化鐵可見光光催化劑

孫澤輝, 郭敏, 張梅

2015, 37(1): 70-77. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.01.011

[摘要](228)

[PDF 715KB](8) [施引文獻] ()

摘要:
以鐵鱗為原料,采用水熱法成功制備不同形貌的納米Fe₂O₃光催化劑.探討了不同濃度的鹽酸、液固比及反應時間對鐵鱗浸出規律的影響.系統研究了鐵鱗浸出液的純度對于水熱法制備納米Fe₂O₃的微觀形貌和光催化性能的影響.結果表明:8 g鐵鱗與150 mL濃度為3 mol·L^-1的鹽酸溶液在100℃回流反應2 h,鐵鱗的浸出率達到約93%且浸出液純度較高.浸出液中的雜質離子改變了納米Fe₂O₃的微觀形貌和晶體的擇優生長方向.另外,以鐵鱗為原料制備出的納米Fe₂O₃可見光光催化性能較好,光降解羅丹明B溶液60 min后,其降解率可達87%左右.

含鈦電爐熔分渣堿熔過程中Ti元素的選擇性富集及MgAl₂O₄的物相轉化規律

楊洋, 李楊, 郭敏, 張梅

2015, 37(1): 78-85. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.01.012

[摘要](138)

[PDF 622KB](7) [施引文獻] ()

摘要:
以KOH為改性劑,利用渣堿共熔反應對攀鋼含鈦電爐熔分渣進行改性處理,成功地將爐渣中Ti元素從原來的重鈦酸鎂選擇性地富集到偏鈦酸鉀中,同時渣中鎂鋁尖晶石和鎂橄欖石轉化為易溶于水的鋁酸鹽和硅酸鹽.采用X射線衍射技術研究了共熔反應中煅燒溫度、渣堿比(含鈦電爐熔分渣的質量與KOH質量之比)、保溫時間等對Ti元素遷移富集和鎂鋁尖晶石轉化的影響.當渣堿比為1∶2.1、煅燒溫度700℃及保溫時間1 h時,生成的偏鈦酸鉀衍射峰達到最強,鎂鋁尖晶石的衍射峰最弱,有效地實現了Ti元素的選擇性富集及鎂鋁尖晶石的物相轉化.實驗證實了較高K/Ti比(K₂O與TiO₂的摩爾比)是生成偏鈦酸鉀的主要原因.以最佳堿熔條件下得到的共熔渣為原料,經過后續處理,在850℃的條件下合成了六鈦酸鉀納米晶須.

高溫固相法制備Sm₂O₃摻雜La₂Ce₂O₇熱障涂層材料

毛亞南, 弓愛君, 邱麗娜, 曹艷秋, 原小濤, 童璐

2015, 37(1): 86-90. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.01.013

[摘要](196)

[PDF 379KB](9) [施引文獻] ()

摘要:
以La₂O₃、CeO₂和Sm₂O₃為原料,采用高溫固相反應法制備了Sm₂O₃部分摻雜La₂Ce₂O₇熱障涂層陶瓷材料,其化學式為(Sm_xLa_1-x)₂Ce₂O₇.采用X射線衍射法研究了試樣的物相結構,并通過對比各實驗條件下制備的試樣的X射線衍射圖譜,對試樣的摻雜比例、燒制溫度及燒制時間進行了探究.結果表明,所制備試樣為螢石結構,當摻雜摩爾比Sm∶La為1∶2或1∶3時試樣均能保持良好的相結構,以摻雜摩爾比Sm∶La=1∶2制備的(Sm_0.33La_0.67)₂Ce₂O₇材料在1600℃下具有良好的相穩定性,且其最佳制備條件為1550℃下燒制10 h,該材料是一種很有潛力的新型熱障涂層陶瓷材料.

徑向流吸附器布氣系統結構對布氣效果的影響

王浩宇, 劉應書, 孟宇

2015, 37(1): 91-96. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.01.014

[摘要](176)

[PDF 509KB](11) [施引文獻] ()

摘要:
徑向流吸附器內的均勻布氣對其性能有重要影響.本文以實驗室用小型徑向流吸附器為研究對象,建立了三維流動數學模型,并對徑向流吸附器內部的流場進行了數值模擬.對比研究了徑向流吸附器內氣體流動型式、中心流道與外流道的截面積比、中心流道開孔率、外流道開孔率等對流場均勻分布的影響.結果表明:徑向流吸附器采用向心流動的最為合適,并且Π型向心流動略優于Z型向心流動;中心流道與外流道的截面積比為18.9%時,獲得最佳布氣效果;中心流道開孔率越小,徑向流速度不均勻度值越小,布氣效果越好,但開孔率過低將導致布氣孔附近局部布氣不均勻,能耗增大;外流道開孔率變化對徑向流吸附器內氣流均布影響有限.

鋼鐵生產過程富余煤氣動態優化分配模型

趙賢聰, 白皓, 李宏煦, 王超, 鄭龍山, 韓杰海

2015, 37(1): 97-105. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.01.015

[摘要](223)

[PDF 416KB](13) [施引文獻] ()

摘要:
基于混合整數線性規劃,以操作成本最小為目標函數建立了富余煤氣優化分配模型.與前人的優化模型相比,本文模型選取了較短的時間步長,并考慮了鍋爐權重因子及煤氣柜權重因子對優化結果的影響.根據國內某鋼鐵企業生產數據進行計算,發現優化結果對煤氣柜權重因子和鍋爐權重因子敏感,因此合理確定煤氣柜權重因子和鍋爐權重因子十分重要.優化模擬計算與現場經驗調度的結果相比,降低了煤氣柜儲氣量波動,提高了鍋爐45.9%的發電量,煤氣系統運行穩定性增強.

厚規格熱軋帶鋼高精度卷取溫度控制模型

宋勇, 荊豐偉, 殷實, 藺鳳琴

2015, 37(1): 106-110. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.01.016

[摘要](188)

[PDF 338KB](11) [施引文獻] ()

摘要:
卷取溫度是影響帶鋼組織性能的重要工藝參數.在生產實踐中,如何提高厚規格帶鋼卷取溫度的控制精度是一個難點.針對厚規格帶鋼在層流冷卻過程中的工況特點,提出了溫度場計算模型和對流換熱系數模型的改進方法,并開發了一種全新的基于相似策略的自適應模型,以改善卷取溫度前饋控制效果.經現場應用證明,本文提出的方案能有效提高厚規格帶鋼的卷取溫度控制精度,其中厚度大于12 mm的帶鋼平均命中率可達到94.9%.

基于變鄰域搜索的熱軋圓鋼批量調度多目標優化方法

柏亮, 李鐵克, 王柏琳, 許紹云, 董廣靜

2015, 37(1): 111-117. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.01.017

[摘要](243)

[PDF 321KB](9) [施引文獻] ()

摘要:
針對熱軋圓鋼的批量調度問題,考慮實際生產中工藝規程和交貨期對軋制單元連續加工的影響,建立了以最小化設備調整時間、拖期生產懲罰和鋼種跳躍懲罰為優化目標的數學模型,并設計了一種嵌入EDD規則的變鄰域搜索算法.算法首先結合模型的約束特征,采用約束滿足技術生成初始解;根據實際生產需求,將最小化設備調整時間作為主要目標,設計變鄰域搜索算法實現目標優化,其中,運用混合算子構造鄰域結構和局部搜索,并引入模擬退火接受準則來控制迭代過程中產生的新解;同時,為了最小化拖期懲罰和鋼種跳躍懲罰,在求解過程中嵌入了EDD規則以及鋼種排序規則.實驗結果表明,模型和算法是可行且有效的.

需求依賴庫存的生產庫存系統的最優控制

劉明, 董紹華, 李險峰, 劉彩云, 龐慧

2015, 37(1): 118-124. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.01.018

[摘要](154)

[PDF 375KB](8) [施引文獻] ()

摘要:
針對現實生活中存在的庫存刺激需求的現象,建立了生產庫存系統的最優控制模型.模型中生產率和價格為控制變量,庫存為狀態變量,并且生產率是有界的,需求率同時依賴于庫存和價格.運用最大值原理對模型進行求解,根據模型參數的不同取值,獲得了三種可能的解,并對其進行了詳細分析.最后將模型應用于具體算例,得到了系統狀態的具體變化過程,通過與需求不依賴于庫存的情形相比較,得到了需求依賴于庫存所產生的影響.

基于與Tent Map拓撲共軛系統的混沌流加密方案設計

田清, 徐正光, 田立

2015, 37(1): 125-131. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.01.019

[摘要](156)

[PDF 606KB](10) [施引文獻] ()

摘要:
利用與Tent Map拓撲共軛的兩類混沌系統,以及產生獨立均勻分布密鑰流的方法,設計了一種通用的流加密方案.此方案類似數字信封,但傳遞過程中不傳輸具體加密使用的密鑰流,只傳輸隨機產生的Tent Map初值以及兩個系統的參數值作為系統密鑰,產生兩列獨立同分布的密鑰流對原始圖像進行兩次密文反饋異或加密.該方案達到初始值掩蓋的目的,增加了截獲者破譯的難度.圖像加密的實驗結果顯示該方案安全且有效.

基于帶寬與往返時間聯合預測的多路徑并行傳輸性能優化算法

李文, 王文博, 景曉軍, 劉文, 張超

2015, 37(1): 132-143. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.01.020

[摘要](217)

[PDF 741KB](8) [施引文獻] ()

摘要:
在流控傳輸協議(stream control transmission protocol,SCTP)中,多路徑并行傳輸利用多家鄉特性實現數據在關聯的多條端到端路徑中的并行傳輸.然而,受不同路徑性能差異的影響,多路徑并行傳輸將帶來接收端的數據亂序.為了減輕數據亂序的程度并提高網絡吞吐量性能,需要盡可能準確地估計每條路徑的實時帶寬與往返時間(round trip time,RTT).本文利用擴展矢量卡爾曼濾波對多路徑并行傳輸中每條路徑的可用帶寬與往返時間進行聯合預測,同時提出了一種綜合考慮發送端未經接收端確認的數據的路徑選擇算法.仿真結果表明,通過實時準確地預測可用帶寬和往返時間,路徑選擇算法能夠減輕接收端數據亂序的程度.對于帶寬敏感的多路徑應用場景而言,該算法的收斂速度比Kalman-CMT算法更快,對網絡吞吐量性能也有一定程度地提高;對時延和帶寬都敏感的多路徑應用場景來說,算法在收斂速度與吞吐量兩方面優勢明顯.