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

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2007年第29卷第3期

欄目

礦業與環境
冶金與材料
設備與能源
控制與決策

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礦業與環境

水旱交接處護巷煤柱沖擊礦壓控制

姚精明, 何富連, 竇林名, 張蕾, 劉海濤, 李哲

2007, 29(3): 247-250,271. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2007.03.001

[摘要](191)

[PDF 416KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
在水采工作面和旱采工作面交接的護巷煤柱處,極易發生沖擊礦壓事故.通過對沖擊礦壓機理的分析,認為沖擊礦壓的發生是由于積聚較高能量的受載煤體裂紋不穩定擴展所致.提出了增加卸載區的范圍,促使煤體裂紋穩定擴展,降低單位煤體儲能,從而控制沖擊礦壓發生的原理.給出了該條件下增加煤體孔隙率,減少瓦斯、空氣流通通道的防治原則.在此基礎上,給出了分段治理,注水和注漿相結合的防治方案.工程實踐證明該方案是切實有效的.

北京地鐵五號線近接玉蜓橋施工的力學行為研究

宋衛東, 王永清, 馬鵬姣, 杜建華, 張繼清

2007, 29(3): 251-255. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2007.03.002

[摘要](162)

[PDF 713KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
以北京地鐵五號線近接玉蜓橋施工為工程背景,運用三維有限元程序ANSYS對地鐵區間隧道的開挖過程進行模擬,分析隧道開挖對玉蜓橋橋臺及地面環境的影響,并將計算結果與實測結果進行對比分析.結果表明,按照設計要求施工,地鐵五號線近接玉蜓橋施工時,對地面環境和橋臺的影響均可控制在設計允許的范圍之內,無需采取額外的預加固措施.

鐵泥海綿鐵的制備及其在DSD酸氧化廢水處理中的應用

孫春寶, 周北海, 段旭琴, 邢奕, 竇源東

2007, 29(3): 256-260. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2007.03.003

[摘要](201)

[PDF 517KB](7) [施引文獻] ()

摘要:
利用DSD酸生產過程產生的鐵泥,研制出既能用作常規冶金原料,又能用于處理DSD酸氧化廢水的水處理用海綿鐵.研究表明:在配碳量27%、反應溫度1160℃、反應時間16min的情況下,以鐵泥為原料制備的常規海綿鐵的金屬化率可達90%以上;用于處理DSD酸氧化廢水的海綿鐵適宜配碳量為29%,用制備出的海綿鐵處理DSD酸氧化廢水,在pH值3~5、反應時間40min時,出水的COD_Cr去除率可達68%、色度的去除率達90%、可生化性指標BOD/COD提高到0.425.海綿鐵中所含C,Fe₃C和其他一些雜質元素,這些元素能與鐵在水中形成無數微小原電池產生大量[H],[OH]和[Fe²⁺],從而氧化還原廢水中的有機物,達到污染物降解和提高廢水可生化性的目的.海綿鐵的微孔結構非常發達,使其具有比表面積大、活性高的特點.是一種替代常規鐵屑的理想材料.

膜生物反應器處理洗車廢水中操作壓力及環境因素對膜過濾性能的影響

林國梁, 何春茂, 劉飛, 白俊智

2007, 29(3): 261-266. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2007.03.004

[摘要](193)

[PDF 452KB](7) [施引文獻] ()

摘要:
通過膜生物反應器(MBR)處理某車輛廠洗車廢水的實驗研究,結合理論計算,分析了操作壓力及環境因素對膜過濾性能的影響.研究結果表明,在低壓區,膜本身阻力占主導地位,它與操作條件無關;在中壓區,濃差極化阻力占主導地位,它與其他操作條件關系密切;在高壓區,凝膠層阻力占主導地位,操作壓力增加對膜通量影響不大,在此階段膜分離特性還與污泥濃度、膜面流速等操作條件有關.所以,采用膜反應器處理洗車廢水,在MBR中存在一個臨界壓力,當操作壓力高于臨界壓力時,膜通量隨操作壓力變化不大,而膜表面污染卻明顯加劇.因而設計膜生物反應器時,操作壓力是一個重要的參數.此外,還研究了溫度、pH值、水力停留時間等環境影響因素對膜過濾性能的影響.

冶金與材料

鐵閃鋅礦在硫酸浸出過程中的電化學行為

徐志峰, 邱定蕃, 王海北

2007, 29(3): 267-271. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2007.03.005

[摘要](250)

[PDF 498KB](7) [施引文獻] ()

摘要:
為研究鐵閃鋅礦氧化浸出機理,以人工合成鐵閃鋅礦的懸浮礦漿為研究對象,采用三電極體系對其在硫酸浸出過程中的電化學行為進行了研究.結果表明在鐵閃鋅礦浸出過程中有H₂S中間產物生成;通氧、元素硫分散劑以及氯離子引入浸出體系均能明顯促進鐵閃鋅礦的電化學氧化;隨硫酸濃度升高,鐵閃鋅礦的電化學氧化不斷加強而閃鋅礦的電化學氧化受抑.與閃鋅礦相比,鐵閃鋅礦更易發生電化學氧化.在鐵閃鋅礦硫酸浸出過程中,其電化學氧化作用不容忽視.

RE₂O₃-NH₄HF₂系合成稀土氟化物的反應規律

郝占忠, 張建良, 王斌

2007, 29(3): 272-277. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2007.03.006

[摘要](184)

[PDF 495KB](9) [施引文獻] ()

摘要:
在RE₂O₃-NH₄HF₂系中,以稀土氧化物和氟化氫銨為原料,分別在常壓和真空狀態下,研究了該體系的各步反應,提出了新的合成REF₃反應規律.粉狀La₂O₃,Gd₂O₃與NH₄HF₂在低溫下開始反應,產物為RENH₄F₄(RE=La,Gd),NH₄F,NH₃和H₂O,高溫下RENH₄F₄分解為REF₃和NH₄F,伴有NH₄F的揮發和分解;整個過程包括合成、分解和脫銨三個步驟;真空可以降低反應的起止溫度.制備稀土氟化物應采用"常壓低溫合成-真空高溫分解、脫銨"工藝.

鑄造高鈮TiAl合金雙態組織轉變過程

彭凌劍, 王艷麗, 林均品, 陳國良

2007, 29(3): 278-281,319. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2007.03.007

[摘要](173)

[PDF 994KB](6) [施引文獻] ()

摘要:
通過對Ti-46Al-8Nb-2Mn-0.2B合金的鑄態組織和經過α+γ雙相區熱處理后的組織進行光學和掃描電鏡進行觀察,發現原始鑄態組織的γ相偏析處不是片層的晶界,而是片層穿越的區域.由于γ相偏析區域的Al含量比片層基體高,因此阻礙了后續回火過程中該偏析部位片層的分解.通過先得到近γ組織,然后經過α+γ雙相區保溫,最終得到晶粒為40μm的雙態組織;但組織中有少量的β相沒有得到消除.

16Mn(HIC)鋼硫化物應力腐蝕開裂實驗研究

李明, 李曉剛, 陳鋼, 劉智勇

2007, 29(3): 282-287. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2007.03.008

[摘要](196)

[PDF 1615KB](6) [施引文獻] ()

摘要:
采用恒應變和慢應變速率拉伸實驗的方法,研究了16Mn(HIC)和16Mn鋼母材、焊縫在H₂S環境中應力腐蝕開裂.結果表明兩種材料在酸性H₂S介質中均發生穿晶型硫化物應力腐蝕開裂(SSCC);與16Mn鋼相比,16Mn(HIC)鋼有更好的抗SSCC性能,鋼中的C,Mn,P和S的含量降低有利于提高鋼的抗SSCC性能.焊縫及熱影響區在焊接過程中,產生的粗大魏氏組織、偏析、縮孔和夾雜等缺陷,降低了焊縫的抗SSCC能力.但是,通過焊后熱處理可以適當提高焊縫的抗SSCC能力.

CO₂分壓對N80鋼腐蝕產物膜保護性能的影響

陳東, 柳偉, 路民旭, 吳蔭順, 侯世穎, 陳迎鋒

2007, 29(3): 288-292. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2007.03.009

[摘要](207)

[PDF 596KB](7) [施引文獻] ()

摘要:
利用高溫高壓釜對N80鋼進行了兩種溫度、不同CO₂分壓下的腐蝕實驗.測量了腐蝕速率,觀察了腐蝕產物膜的宏觀形貌及去除腐蝕產物膜后金屬基體的表面狀態,用掃描電鏡(SEM)觀察了腐蝕產物膜的微觀形貌并測量了膜的厚度,對在不同條件下成膜的N80鋼進行了電化學極化曲線與交流阻抗譜(EIS)分析.結果表明CO₂分壓升高,腐蝕產物膜保護性能提高,但由于介質的腐蝕性增強,腐蝕速率上升;膜局部缺陷是導致金屬基體表面點蝕的主要誘因,CO₂分壓升高有利于減少65℃時膜表面的局部缺陷;在90℃下腐蝕產物膜的保護性能比65℃下對CO₂分壓的變化更為敏感.

放電等離子燒結制備Al-Zn-Mg-Cu納米晶合金的組織

陳漢賓, 程軍勝, 楊濱, 張濟山, 樊建中, 田曉風

2007, 29(3): 293-297. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2007.03.010

[摘要](145)

[PDF 591KB](7) [施引文獻] ()

摘要:
利用低溫液氮球磨和放電等離子燒結工藝制備了塊體納米晶Al-Zn-Mg-Cu合金.采用X射線衍射(XRD)技術分析了材料的晶粒尺寸和微觀應變,利用透射電鏡(TEM)研究了合金微觀組織的演變.結果表明:采用放電等離子燒結法制備的7000系納米鋁合金具有兩種不同的納米晶結構,以晶粒尺寸50~100nm的等軸晶為主,少量200~400nm的大晶粒為輔;燒結過程中發生再結晶及第二相析出,析出的第二相以η(MgZn₂)為主,θ(Al₂Cu)以及S(Al₂CuMg)為輔.

上轉換發光材料Na[Y_0.57Yb_0.39Er_0.04]F₄表面羧基化

崔黎黎, 劉杰民, 徐曉偉, 范慧俐

2007, 29(3): 298-301. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2007.03.011

[摘要](128)

[PDF 367KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
通過表面接枝改性法對上轉換發光材料Na[Y_0.57Yb_0.39Er_0.04]F₄進行表面修飾羧基的研究,并對影響因素如反應時間、緩沖溶液以及修飾劑的加入量進行了系統的實驗分析,解決了上轉換發光材料作為熒光標記物使用時無法直接共價固定生物活性分子的問題.實驗結果表明,當反應時間為4h,緩沖溶液為pH=9.0,0.50mol·L^-1的PB緩沖溶液,緩沖溶液的使用量為50mL,修飾劑的加入量為氨基化材料質量的12倍時,上轉換發光材料表面成功修飾羧基的量達到最大.

硅石氣凝膠的吸水性能

何方, 趙海雷, 曲選輝, 仇衛華

2007, 29(3): 302-305. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2007.03.012

[摘要](275)

[PDF 385KB](19) [施引文獻] ()

摘要:
用正硅酸乙脂為硅源,采用溶膠-凝膠二步法結合CO₂超臨界干燥制備了經三甲基氯硅烷表面修飾和未經表面修飾的硅石氣凝膠.對兩類硅石氣凝膠的吸水性進行了研究,同時研究了熱處理溫度對未經表面修飾硅石氣凝膠吸水性的影響.結果表明:經三甲基氯硅烷修飾的硅石氣凝膠具有優良的疏水性能、未經表面修飾的硅石氣凝膠,隨熱處理溫度的升高,300~500℃范圍內吸水率快速增加,500~700℃范圍內吸水率變化不大,800℃以上吸水率再次增加,1000℃熱處理后,由于樣品的玻璃化,吸水率又快速下降.

半固態AlSi6Mg2鋁合金循環剪切變形下的觸變行為

湯國興, 毛衛民, 周志華

2007, 29(3): 306-309. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2007.03.013

[摘要](123)

[PDF 398KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
在Couette型同軸圓桶流變儀上,采用滯后環工藝研究了半固態AlSi6Mg2鋁合金漿料的觸變行為.實驗結果表明半固態AlSi6Mg2鋁合金漿料在循環剪切變形下,靜置時間越長、剪切速率到達最大值所用時間越短、固相分數越大、最大剪切速率越大,則合金漿料τ-γ.滯后環所包圍區域面積越大,合金漿料的觸變性越強.

累積疊軋焊強化金屬材料的力學性能

許榮昌, 唐荻, 任學平, 候紅亮, 王耀奇, 王小紅

2007, 29(3): 310-314. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2007.03.014

[摘要](144)

[PDF 468KB](6) [施引文獻] ()

摘要:
在多功能熱軋機上對廣泛應用的代表性金屬材料Q235碳素鋼和L2鋁分別進行了累積疊軋焊實驗,重點研究了變形溫度、累積疊軋次數和壓下量對金屬材料強度、應力-應變曲線、顯微硬度、塑性的影響規律,分析了規律形成的原因.結果表明Q235碳素鋼和L2鋁在不加入任何強化元素的情況下完全可以達到良好的自身結合,材料的抗拉強度得到提高,金屬材料的塑性分別有不同程度的下降.

全浮動芯棒連軋管過程三維熱力耦合有限元模擬

趙志毅, 洪慧平, 謝建新, 康永林, 余勇, 潘峰

2007, 29(3): 315-319. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2007.03.015

[摘要](172)

[PDF 580KB](7) [施引文獻] ()

摘要:
應用三維熱力耦合彈塑性有限元模擬仿真及其接觸分析技術,建立了全浮動芯棒連軋管過程有限元模型及其摩擦、傳熱和接觸等重要邊界條件.針對八機架橢圓-圓型孔系全浮動芯棒連軋管過程,實現了全三維熱力耦合彈塑性有限元模擬仿真.獲得了連軋管過程的應力場、應變場、溫度場及軋制力學參數的變化特點.揭示了鋼管連軋過程中浮動芯棒速度變化及荒管外徑和壁厚分布變化的規律.

設備與能源

現代高爐合理使用天然塊礦的基礎研究

吳勝利, 許海法, 汪國俊, 李肇毅, 田筠清, 陳輝

2007, 29(3): 320-324,350. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2007.03.016

[摘要](159)

[PDF 444KB](9) [施引文獻] ()

摘要:
由于對天然塊礦的冶金性能認識不夠全面和深入,影響了現代高爐使用塊礦技術的發展.通過分析和實驗,考察了世界主要產地的塊礦的各種冶金性能.結果表明天然塊礦除自身軟熔特性較差外,其他冶金性能均能滿足現代高爐冶煉的要求;在高爐高溫區塊礦會與燒結礦發生交互反應,能夠明顯改善塊礦自身的軟熔特性,且可利用這一交互反應性優化塊礦搭配模式.

中小型轉爐爐殼變形的數值模擬

朱光俊, 楊治立, 王保民, 趙宏偉

2007, 29(3): 325-328. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2007.03.017

[摘要](162)

[PDF 398KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
轉爐爐殼溫度升高是爐殼變形的主要原因,采用內襯石棉板隔熱是降低中小型轉爐爐殼溫度、減輕爐殼蠕變變形的經濟有效措施之一.模擬計算了某鋼廠80t轉爐爐殼溫度場以及不同溫度條件下爐殼熱應力與石棉板厚度之間的關系,計算溫度值與現場實測值基本吻合.當石棉板厚度為30mm左右時,爐殼溫度可以控制在360℃以下;低于爐殼材質的蠕變溫度,爐殼所受到的熱膨脹應力僅為沒加石棉板時的50%.

地源熱泵U型管地下換熱器的CFD數值模擬

宋小飛, 溫治, 司俊龍

2007, 29(3): 329-333. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2007.03.018

[摘要](241)

[PDF 561KB](9) [施引文獻] ()

摘要:
為了給地源熱泵U型管地下換熱器的優化設計提供理論依據,通過CFD數值軟件對地源熱泵U型管地下換熱器系統中的流動和傳熱過程進行數值模擬.結果表明,地源熱泵U型管地下換熱器的換熱效率隨支管間距的增大而增加,隨回填土材料熱導率的增加而增大,而且支管間距和回填土材料熱導率對換熱器效率的影響是很復雜的非線性關系.當鉆孔深度超過80m時,兩支管的溫升比急劇增加,支管間的熱損失加劇,建議在實際操作中鉆孔深度不要太深.

控制與決策

白云鄂博鐵礦磁鐵礦石品位指標的優化

李克慶, 牛京考, 袁懷雨, 劉保順

2007, 29(3): 334-337. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2007.03.019

[摘要](250)

[PDF 334KB](7) [施引文獻] ()

摘要:
以礦山開采的經濟效益和資源回收效益為目標,通過系統建模方法,在建立礦體儲量模型、選礦模型和綜合技術經濟分析模型的基礎上,采用模糊綜合評判方法,對白云鄂博鐵礦的礦石品位指標進行了多目標優化.研究結果表明,該礦的邊界品位指標應由目前的20%調整為15%,調整后可使礦山獲得12041萬元的增量經濟效益和91.54萬t鐵精礦的增量資源回收效益.

熱軋帶鋼板形板厚反饋解耦控制

令狐克志, 何安瑞, 楊荃, 趙林, 郭曉波

2007, 29(3): 338-341. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2007.03.020

[摘要](148)

[PDF 327KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
寬帶鋼熱連軋過程中,板形控制和板厚控制本質上都是對軋制過程中有載輥縫的控制,因此兩者各自的控制回路必然存在著相互耦合的關系,這種耦合關系嚴重影響熱軋寬帶鋼板形板厚綜合質量的提高.本文在建立板形板厚耦合模型的基礎上,采用反饋解耦控制方法,實現了板形板厚的解耦控制.計算機仿真結果表明,解耦控制環節的引入,基本消除板厚控制和板形控制之間的影響,尤其是消除輥縫調節對板凸度的連帶干擾,解耦控制效果良好.

基于結構譜的中厚板表面缺陷識別方法

宋強, 徐科, 徐金梧

2007, 29(3): 342-345. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2007.03.021

[摘要](138)

[PDF 509KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
為克服傳統紋理分析的缺陷識別結果易受光照變化和氧化鐵皮不利影響的缺點,提出了結構譜紋理分析方法,并將其應用于中厚板表面麻點、夾雜、結疤等缺陷的識別.實驗結果表明,結構譜方法具有較好的光照不變性,對麻點、夾雜、結疤等缺陷的識別率要高于灰度共生矩陣、Laws紋理能量、傅里葉功率譜等其他紋理分析方法.

一種基于Dijkstra算法的啟發式最優路徑搜索算法

王景存, 張曉彤, 陳彬, 陳和平

2007, 29(3): 346-350. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2007.03.022

[摘要](233)

[PDF 425KB](17) [施引文獻] ()

摘要:
為了建立一個高效的路徑搜索引擎,針對大型應用系統中尋徑算法的平衡最優性、時間復雜度以及空間復雜度問題,從經典Dijkstra算法出發,將AI領域的決策機制引入到路徑搜索中來,提出了一個啟發式最優路徑搜索算法.該算法在尋徑過程中引入代價函數,由代價函數來決定尋徑策略(即優先搜索哪些中間節點),以期望減少搜索節點數.給出了該算法得到最佳解的條件及其證明過程,并且以實例數據對兩種算法進行了對比測試.