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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2009年第31卷第4期

欄目

礦業與環境
冶金與材料
設備與能源
控制與決策
研究快報

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礦業與環境

礦巖均質體各向異性滲流特性

王洪江, 吳愛祥, 張杰, 劉明德

2009, 31(4): 405-411. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.04.001

[摘要](261)

[PDF 629KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
以德興銅礦礦石為實驗物料,采用均勻設計法確定散體滲流實驗方案,在自制多功能浸出實驗臺架上進行水平和垂直滲流實驗,實驗結果采用SPSS統計軟件進行回歸分析.結果表明:垂直向下的滲流系數最大,其次為水平方式,垂直向上的滲流系數最小;均質體各向異性系數變化范圍為1.38~6.73,平均值為4;粗粒含量P5在35%~60%之間以及含泥量在1%~5%之間,散體的滲流系數變化呈先升后降現象;滲流系數與孔隙率呈冪函數關系,隨孔隙率增大而上升;孔隙率隨0.1~0.2 mm的物料含量增加而下降,隨10~8 mm和8~4 mm含量之積增大而上升;滲流指數m與雷諾數Re之間存在冪函數關系,對于判定滲流狀態兩者是一致的;西源排土場水平滲流系數為3.68×10^-2m·s^-1,垂直滲流系數為1.51×10^-2m·s^-1.

區域化變量非正態分布的穩健性

陳道貴, 胡乃聯, 李國清

2009, 31(4): 412-417. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.04.002

[摘要](256)

[PDF 845KB](4) [施引文獻] ()

摘要:
從區域化變量分布的穩健性角度,借鑒產品加工質量精度控制的理論,基于Johnson分布曲線族提出了一套非正態數據轉換方法,并設計了轉換流程.以SPSS和Surpac礦業軟件為工具,通過實際案例分析了傳統數據轉換方法和Johnson轉換方法的應用效果.實踐證明,采用上述方法轉化后的數據開展統計分析、變異函數模型的擬合及驗證、克立格估計等工作,更容易滿足穩健性要求,并能從本質上減小估計誤差,提高估計精度.

TiO₂的晶型對其可見光催化性能的影響

唐建軍, 范小江, 鄒原, 鄧愛華, 張偉, 周康根

2009, 31(4): 418-422. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.04.005

[摘要](297)

[PDF 623KB](4) [施引文獻] ()

摘要:
以銳鈦礦、金紅石及混晶TiO₂作光催化劑,以活性艷紅X-3B及苯酚作模型污染物,研究了TiO₂的晶型對其可見光催化性能的影響.結果表明:在Vis/O₂條件下,以銳鈦礦或混晶TiO₂作光催化劑,反應80 min對活性艷紅X-3B的降解率近100%,金紅石型TiO₂的則不到15%;在Vis/H₂O₂條件下,三種光催化劑均能降解苯酚,且金紅石型TiO₂顯示更高的催化活性,反應180 min對苯酚的降解率達54%.通過對反應體系的熒光光譜分析顯示,反應過程涉及·OH自由基的產生和參與;在TiO₂可見光催化反應過程中,由銳鈦礦型TiO₂經一系列復雜反應產生H₂O₂,生成的H₂O₂在TiO₂表面形成活性位吸附,從而拓寬TiO₂的光吸收范圍至可見光區,再在可見光激發下產生·OH自由基等活性物種而對污染物起降解作用.

給水管網非恒定流動數值計算方法

馬飛, 曲世琳, 吳一民

2009, 31(4): 423-427. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.04.019

[摘要](113)

[PDF 721KB](4) [施引文獻] ()

摘要:
為計算給水管網中非恒定流動運行工況,使系統可以快速平穩地完成工況轉換,以非恒定流動理論為基礎,分別利用重分阻尼系數法劃分時間步長的特征線法和引入摩阻附加項的玻爾茲曼網格法計算給水管網非恒定流動的數學模型,并應用于某小區給水管網的非恒定流動工況分析中.結果表明,在管網非恒定流工況下,當Re ≤ 7 000時利用玻爾茲曼網格法計算,否則利用特征線法計算將提高計算的準確性和計算效率.

冶金與材料

燒結礦中MgO作用機理

吳勝利, 韓宏亮, 姜偉忠, 朱錦明, 馮根生, 張作程

2009, 31(4): 428-432. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.04.004

[摘要](248)

[PDF 372KB](9) [施引文獻] ()

摘要:
研究了燒結礦中MgO對燒結液相生成、固結成礦的影響機理,以及不同鎂質熔劑對固結強度的影響規律,并在此基礎上進行了燒結杯實驗研究.結果表明:隨著燒結礦中MgO含量的增加,燒結液相開始形成溫度上升,液相流動性和黏結相強度均降低;使用不同種類的鎂質熔劑時,燒結黏結相強度有差異,在1 280℃和1 320℃下,使用蛇紋石時黏結相強度相對最高,其次是使用輕燒白云石的情況,而使用白云石時黏結相強度相對最低;在兼顧燒結礦產量、質量指標及冶金性能的前提下,燒結礦中適宜的MgO質量分數在1.2%左右,鎂質熔劑則適宜選用白云石和蛇紋石組合或者單獨使用輕燒白云石.

Cu、As和Sn對低合金鋼連鑄坯第Ⅲ脆性區的影響

耿明山, 王新華, 張炯明, 王萬軍, 肖寄光

2009, 31(4): 433-438. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.04.003

[摘要](218)

[PDF 1350KB](8) [施引文獻] ()

摘要:
為了研究殘余元素Cu、As和Sn對鋼高溫延塑性的影響,采用Gleeble-1500熱模擬試驗機測試了含有一定量Cu、As和Sn低合金鋼連鑄坯的高溫延塑性,得到了低合金鋼第Ⅲ脆性溫度區在920~730℃之間.結果表明:第Ⅲ脆性溫度區脆化的主要原因是奧氏體單相區低溫域鋼中Cu、As和Sn等殘余元素在奧氏體晶界的偏聚削弱晶界結合能,導致試樣沿晶脆性斷裂;奧氏體和鐵素體兩相區在原奧氏體晶界析出的網狀鐵素體導致試樣沿晶開裂.鋼中的Cu、As和Sn元素增加第Ⅲ脆性溫度區的寬度和脆性凹槽的深度,同時提高第Ⅲ脆性溫度區的上限臨界溫度.

板坯加熱溫度對低溫技術取向電工鋼抑制劑與磁性的影響

夏兆所, 康永林, 倪獻娟, 周誼軍, 王全禮

2009, 31(4): 439-444. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.04.012

[摘要](150)

[PDF 633KB](16) [施引文獻] ()

摘要:
利用透射電鏡研究了采用"固有抑制劑法"低溫板坯加熱技術生產的取向電工鋼熱軋板中抑制劑的析出行為,探討了板坯加熱溫度對二次再結晶和成品磁性的影響.結果表明:熱軋板中析出相以復合硫化物為主;隨著板坯加熱溫度的提高,復合硫化物中銅錳比增高,析出相尺寸減小,分布更均勻,同時AlN析出增多,使得抑制力更強,二次再結晶更完善,磁性更好.

氫離子輻照對CLAM鋼微觀結構的影響

喬建生, 趙飛, 黃依娜, 萬發榮, 龍毅

2009, 31(4): 445-450. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.04.018

[摘要](193)

[PDF 874KB](10) [施引文獻] ()

摘要:
利用氫離子輻照的方法研究了CLAM鋼的輻照缺陷形成行為.實驗發現,在基本成分的CLAM鋼及添加Si的CLAM鋼中都產生了輻照析出現象.耐腐蝕合金元素Cr是產生輻照析出的合金元素之一,合金元素Si對于提高CLAM鋼的抗輻照析出性能具有顯著作用.

25Cr5MoA鋼/Q235鋼固-液復合軸界面Cr元素擴散行為

佟建國, 高曉丹, 曲海濤, 鄒士文, 李殊霞, 任學平

2009, 31(4): 451-458. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.04.011

[摘要](129)

[PDF 2088KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
提出了金屬梯度結構軸的概念.研究了固-液復合的25Cr5MoA鋼/Q235鋼復合軸的組織、Cr元素的擴散以及結合界面附近顯微硬度的變化規律.結果表明:經過擠壓變形后,25Cr5MoA鋼/Q235鋼界面形成了良好的冶金結合,二者結合緊密,除了組織結構的差別外,二者的結合界面已經難以區分.結合界面附近Cr元素在固-液復合時得到充分擴散,并呈現出連續分布的形態.從界面向Q235鋼和25Cr5MoA鋼兩側±100μm范圍內,硬度呈現出均勻、連續分布.經過熱處理后,隨著加熱溫度的升高和加熱時間的延長,Cr元素在結合界面附近的分布更加均勻,分布曲線在界面的斜率進一步降低,使結合界面附近25Cr5MoA鋼的一側的顯微硬度大幅度降低,這有利于形成化學成分、組織以及性能的梯度變化.

多孔TC4鈦合金吸氫規律

郭青苗, 劉彪, 侯紅亮, 任學平, 王耀奇

2009, 31(4): 459-462. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.04.010

[摘要](159)

[PDF 294KB](4) [施引文獻] ()

摘要:
利用管式氫處理爐采取固態氣相滲氫法進行置氫實驗,以研究多孔TC4鈦合金置氫過程中吸氫量隨置氫溫度、置氫時間和相對密度的變化規律,并建立了相應的數學模型.結果表明:當多孔鈦合金的相對密度較低時,吸氫量隨置氫溫度的升高而增加;當相對密度較高時,吸氫量與置氫溫度的關系遵循Sievert's定律,與致密鈦合金的吸氫特性一致;多孔鈦合金隨置氫時間的延長,吸氫量增加;隨著多孔鈦合金相對密度的增加,吸氫量降低.

電解液中Na₂SiO₃加入量對Ti6Al4V微弧氧化膜厚度及表面形貌的影響

張雅萍, 劉向東, 呂凱, 烏迪, 南海

2009, 31(4): 463-467. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.04.009

[摘要](247)

[PDF 880KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
在不同Na₂SiO₃含量的電解液體系下對Ti6Al4V合金進行微弧氧化.采用SEM和AFM分析氧化膜表面形貌及粗糙度,研究電解液中Na₂SiO₃含量對氧化膜厚度及表面形貌的影響.結果表明:隨著電解液中Na₂SiO₃質量濃度從12 g·L^-1增加到28 g·L^-1,臨界正向起弧電壓逐漸降低,微弧氧化膜的厚度由31μm增加至88μm;氧化膜表面均勻分布著尺寸不等的微孔,并且隨著Na₂SiO₃質量濃度的增加,微孔的數目增多,粗糙度增加.XRD分析顯示氧化膜的相組成為銳鈦礦以及金紅石.

采用原位反應近液相線鑄造法制備Al₂O₃p/Al-Cu基復合材料

劉慧敏, 格日樂, 那音古日巴, 張軍, 趙洪生

2009, 31(4): 468-471. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.04.008

[摘要](239)

[PDF 464KB](6) [施引文獻] ()

摘要:
采用原位反應近液相線鑄造方法制備含有少量原位Al₂O₃顆粒的Al-Cu基復合材料,利用光學顯微鏡觀察復合材料的鑄態組織,并通過透射電鏡觀察復合材料中的原位Al₂O₃顆粒的分布與形貌,研究原位顆粒對近液相線鑄造Al-Cu合金鑄態組織形成機制的影響.結果發現:原位Al₂O₃顆粒比較均勻地分布于基體合金中,尺寸分布于1μm范圍內,形貌呈多邊形.隨著原位Al₂O₃顆粒含量的增加,復合材料的鑄態組織逐漸被細化和均勻化;當原位Al₂O₃顆粒的質量分數達到5.3%時,獲得均勻細小的薔薇狀組織.

高骨架填充率的SiO₂有序大孔材料的制備

儀桂云, 王曉冬

2009, 31(4): 472-476. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.04.007

[摘要](249)

[PDF 884KB](4) [施引文獻] ()

摘要:
以SiO₂有序大孔材料制備作為研究對象,系統考察了膠晶模板法中影響前驅物填充率的諸因素,包括填充方法、填充時間和填充次數.研究表明,直接浸漬法易導致大孔結構的收縮、脫落和表面覆蓋.本文提出的在模板表面添加蓋片再填充的方法有效解決了上述問題.當填充時間為5 min、填充次數為兩次時,SiO₂有序大孔材料的骨架填充率較高.掃描顯微鏡(SEM)和分光光度計的表征結果證實,實驗成功制備了填充率高達22.53%的大面積SiO₂有序大孔材料.

設備與能源

結晶器內鋼液流動特性的優化

于會香, 王新華, 陸巧彤, 王萬軍, 張炯明

2009, 31(4): 477-480. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.04.006

[摘要](266)

[PDF 460KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
以大板坯連鑄結晶器為研究對象,采用水模型和數值模擬的方法研究了不同水口出口角度對結晶器內鋼液流動的影響.結果表明:現行15°水口在距結晶器邊部50 mm的位置,表面流速和波高較小,傳遞給彎月面的熱量較少,不利于保護渣的熔化;射流撞擊到結晶器窄邊的位置較深,壓力較大,對撞擊點下部坯殼的沖擊力也較大;水口出口角度改為10°后,結晶器漏鋼預報系統的報警次數大大減少,杜絕了漏鋼的事故.

寬帶鋼熱連軋機自由規程軋制的板形控制技術

曹建國, 軋楠, 米凱夫, 宋平, 鄢檀力, 蔡海斌

2009, 31(4): 481-486. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.04.015

[摘要](168)

[PDF 598KB](6) [施引文獻] ()

摘要:
針對無取向硅鋼連續自由編排"批量同寬"的自由規程軋制要求,自主開發了ASR-C非對稱自補償工作輥技術.采用ANSYS建立了三維輥系有限元模型.有限元分析和工業應用試驗發現,ASR-C工作輥無論是在帶鋼寬度變化時,還是在軋制單位完整服役期內,均具有穩定的凸度和磨損控制雙重能力,同時ASR-C工作輥增強了輥縫橫向剛度和彎輥力的調節效率.在武鋼1 700 mm熱連軋機進行了2.55 mm×1 280 mm寬幅無取向硅鋼"批量同寬"軋制的ASR-C工作輥工業試驗.結果表明,凸度 ≤ 45μm的帶鋼比例由常規工作輥的41.8%提高到98.2%,凸度>53μm的帶鋼比例從33.9%下降到1.8%,ASR-C工作輥輥形自保持性達到88%.ASR-C技術取得顯著穩定的凸度和磨損控制效果,實現了"批量同寬"的自由規程軋制.

熱軋帶鋼橫截面多參數表示及高精度板形控制

李洪波, 張杰, 曹建國, 張樹山, 王宗明

2009, 31(4): 487-491. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.04.014

[摘要](157)

[PDF 463KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
以帶鋼寬度為坐標的帶鋼橫截面與帶鋼平坦度控制密切相關.常規的帶鋼橫截面表示方法不能精確描述不規則帶鋼橫截面情況,影響板形質量及控制精度.建立多參數帶鋼橫截面表示方法,可以對帶鋼橫截面做更準確全面的描述.以CVC軋機為例,利用ANSYS有限元模型對各橫截面參數之間的耦合關系進行分析,提出各板形因素的綜合控制以及與平坦度的解耦控制是進一步提高熱軋帶鋼板形控制精度的難點亦是關鍵所在.

寬帶鋼冷連軋機動態板形控制策略

王崇濤, 楊荃, 彭鵬, 孫文權

2009, 31(4): 492-498. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.04.013

[摘要](135)

[PDF 910KB](6) [施引文獻] ()

摘要:
在板形板厚解耦設計的基礎上,分析了不同控制方案下凸度平坦度控制之間的耦合影響關系,建立了相應的凸度平坦度耦合模型,并對其耦合特性進行了分析比較.然后針對耦合模型特點進行凸度平坦度半解耦設計,以補償凸度控制和平坦度控制之間的耦合影響關系,進而設計凸度平坦度解耦控制系統,并給出冷連軋機組凸度平坦度解耦控制應用策略,組成完整的動態板形控制系統.控制系統在某廠1 420 mm五機架UCMW冷連軋機組投入使用后,較好地補償了板形板厚控制、凸度平坦度控制之間的耦合影響關系,板形控制精度明顯提高.

一種設定記憶長度的軋輥偏心在線檢測算法

吳巍, 張武軍, 張曉彤, 錢藝

2009, 31(4): 499-503. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.04.023

[摘要](131)

[PDF 546KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
軋制控制過程中軋輥偏心信號是影響帶鋼厚度精度的重要因素.針對該類問題,將基于設定記憶長度的在線反向傳播算法用于對偏心信號的檢測.通過與普通在線反向傳播算法在檢測性能上的對比表明:該方法具有學習收斂速度快,抗噪聲能力強等特點,可有效使變幅、變相和變頻的偏心信號引起的厚度波動減少95%左右,從而準確地補償由偏心信號引起的厚度偏差,提高軋鋼過程中的帶鋼厚度精度.

控制與決策

基于蟻群算法的煉鋼-連鑄作業計劃編制方法

鄭忠, 朱道飛, 高小強

2009, 31(4): 504-510. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.04.016

[摘要](107)

[PDF 595KB](6) [施引文獻] ()

摘要:
為提高煉鋼-連鑄作業計劃編制中資源配置的有效性,提出了一種面向生產流程動態網絡的自組織資源配置蟻群算法.煉鋼-連鑄作業計劃以最小化爐次作業沖突時間和作業前等待時間、盡早安排連鑄機開澆時間為目標,以連鑄機連澆等工藝要求為約束條件建立模型,按生產流程網絡結構的時空逆序關系設計了蟻群求解算法.利用某鋼廠實際生產作業計劃數據進行的算法驗證結果表明:模型及算法能迅速得到高質量的可執行煉鋼-連鑄生產作業計劃.

基于逆控制的永磁同步電機速度伺服系統

劉剛, 李華德, 曹勇

2009, 31(4): 511-515. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.04.020

[摘要](127)

[PDF 456KB](7) [施引文獻] ()

摘要:
針對永磁同步電機系統解耦性能,提出一種逆控制的新型控制策略,應用逆系統方法對永磁同步電機進行解耦控制研究.通過對永磁同步電機的數學模型可逆性分析,將永磁同步電機系統解耦成二階線性轉速與一階線性定子電流兩個低階的線性子系統.仿真結果表明,控制方案具有優良的動態和靜態性能,且對負載變化具有較強魯棒性.

時滯隨機系統的時滯相關穩定性

劉坤, 劉賀平, 趙立英

2009, 31(4): 516-519. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.04.024

[摘要](150)

[PDF 301KB](4) [施引文獻] ()

摘要:
將自由權矩陣思想推廣到一類時滯隨機系統中,研究了其時滯相關穩定性問題.通過構造新的Lyapunov函數,引入適當的自由權矩陣,推導出系統漸近穩定的時滯相關的充分條件.所得結果完全基于線性矩陣不等式的形式給出,不需要對原系統模型進行變換.數值算例說明了方法的可行性.

Riccati方程的降階與廣義系統的最優預見控制

廖福成, 張志剛, 張瑩

2009, 31(4): 520-524. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.04.022

[摘要](146)

[PDF 354KB](6) [施引文獻] ()

摘要:
研究了一類廣義離散時間線性系統的預見控制問題.首先通過對系統方程,誤差向量和可預見的目標值信號取差分,構造出一個擴大誤差系統,把廣義系統的預見控制問題轉化為一個形式上的普通廣義系統的控制問題.然后利用廣義系統最優控制理論的結果,得到廣義系統的帶有預見前饋補償的控制器.同時通過詳細推導,把一個階數很高的矩陣Riccati方程降為一個階數很低的Riccati方程,從而使閉環系統可以實現.

一種基于MPEG-2 AAC編碼的音頻水印方法

王敬, 楊揚, 肖蓉

2009, 31(4): 525-529. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.04.021

[摘要](143)

[PDF 581KB](4) [施引文獻] ()

摘要:
提出了一種針對MPEG-2 AAC壓縮音頻的脆弱水印算法.該算法利用了AAC中MDCT量化系數大于15的Huffman編碼特性來嵌入水印,并依據水印的頻率分布和音頻信號感知熵PE的大小對嵌入算法進行了分析和改進.實驗表明,該算法具有較高隱藏率和良好的不可感知性,并且水印的嵌入和提取過程十分方便快速,適合進行實時分析.

研究快報

工業化研制薄板坯連鑄連軋取向電工鋼的組織和性能