工程科學學報

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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7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

SP多屬性評價法在礦山應急體系評價中的應用

羅文婷, 王艷輝, 蔡嗣經, 王永清

2009, 31(7): 809-814. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.07.035

[摘要](95)

[PDF 630KB](4) [施引文獻] ()

摘要:
以礦山應急體系為研究對象,從日常工作、應急組織機構、預案及演練、應急救援行動、應急資源裝備、現場清除與恢復六個方面分析其處置突發事故的效率和效果,并在此基礎上建立了礦山應急體系評價指標.采用定性與定量相結合的方法,根據礦山應急體系評價指標屬性復雜的特點,提出了與其相適應的SP(Shepard)多屬性評價法.以武鋼程潮鐵礦應急體系的建設情況為背景進行了評價實例研究.通過實例驗證了該方法的合理性和實用性.

冶金與材料

多流中間包流動特征的數學模型

潘宏偉, 程樹森

2009, 31(7): 815-820,877. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.07.036

[摘要](154)

[PDF 862KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
提出了針對多流中間包流動特征的數學模型,給出了繪制停留時間分布(RTD)曲線的標準及其相關計算的規范;明確了"死區"的特性,并計算了其體積分數;模型中考慮到了短路流,指出計算短路流的方法.模型可以更好地刻畫活塞流的流動特性.

RH精煉過程鋼液流動數值模擬和應用

張琳, 孫彥輝, 朱進鋒, 許中波, 蔡開科

2009, 31(7): 821-825. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.07.037

[摘要](158)

[PDF 613KB](9) [施引文獻] ()

摘要:
結合某鋼廠RH精煉裝置,運用數值模擬的方法對脫氣時的流場進行了計算,得出了該型號RH裝置在該廠操作條件下的流場,并成功解釋了操作中遇到的一些現象.利用實踐生產中的經驗公式與數據對模擬結果進行了驗證,結果表明模擬結果可靠.最后利用該模型計算了RH內鋼液的湍動能耗散情況以及鋼液循環流量與吹Ar量的關系,并給出了最佳吹Ar量的控制范圍.

鐵液中納米Al₂O₃粒子的運動行為

王國承, 鄧庚鳳, 方克明

2009, 31(7): 826-830. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.07.038

[摘要](130)

[PDF 766KB](6) [施引文獻] ()

摘要:
研究了粒徑為20~40nm的Al₂O₃納米粉在鐵液中的運動行為.結果表明,經分散后加入鐵液中的Al₂O₃納米粉,在鐵液中保持60min后,Al₂O₃粒子沒有產生明顯的團聚或聚集成微米級或更大尺寸的粒子,粒子尺寸為20~60nm,呈現較好的彌散分布狀態.采用布朗運動理論描述納米粒子在鐵液中的運動行為.納米粒子在鐵液中不易發生碰撞和聚集,理論分析與實驗結果一致.納米Al₂O₃在鐵液中不易團聚或聚集的行為與鋼液中一般的Al₂O₃夾雜物易碰撞聚集而長大的行為不同.

簾線鋼夾雜物成分控制的最小自由能變化模型

段宏韜, 王勇, 蒼大強, 魏嵬

2009, 31(7): 831-835. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.07.039

[摘要](123)

[PDF 504KB](7) [施引文獻] ()

摘要:
應用共存理論和規劃理論,以夾雜物與鋼水化學反應自由能變化值最小化為目標,建立了夾雜物成分與結晶器鋼水成分之間關系的數學模型.經驗證,在夾雜物為液態的情況下,模型計算結果與實測結果相符合.利用模型計算了[Ca]、[Al]含量對夾雜物成分的影響.結果表明,為將CaO-SiO₂-Al₂O₃系夾雜物控制在塑性區,結晶器中鋼水[Al]含量應根據[Ca]含量的變化而變化.當[Ca]的質量分數為5×10^-6時,應控制鋼水中[Al]的質量分數在12×10^-6左右.

機械合金化對ODS鐵素體鋼粉末的微觀形貌和結構的影響

何培, 周張健, 李明, 許迎利, 葛昌純

2009, 31(7): 836-841. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.07.042

[摘要](153)

[PDF 1301KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
研究了不同轉速和球磨時間對氧化物彌散強化合金粉末的微觀形貌和結構的影響.XRD和SEM結果表明:當轉速為380r·min^-1時,既能提高球磨效率,又可避免粉末在球磨過程中發生團聚.機械合金化中晶粒尺寸和平均顆粒尺寸的減小導致XRD衍射峰的寬化.當球磨時間為30h時,粉末平均粒徑隨著球磨時間的增加而迅速減小至13.4μm,粉末多呈球形,粒度分布較窄.SEM-EDS結果表明,各合金元素在粉末內部分布均勻.

450℃高能電子輻照對CLAM鋼微觀結構的影響

喬建生, 黃依娜, 肖鑫, 萬發榮

2009, 31(7): 842-847. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.07.043

[摘要](152)

[PDF 918KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
為了研究低活化馬氏體CLAM鋼的抗輻照腫脹性能,在450℃下對CLAM鋼進行大劑量高能電子輻照的原位動態實驗.利用超高壓透射電子顯微鏡觀察發現,CLAM鋼中產生了大量的間隙原子型位錯環和多面體形狀的輻照空洞.分析了它們的形核和長大規律以及相關機制.計算表明,CLAM鋼在高能電子輻照下的最大腫脹率為0.26%,具有較好的抗輻照腫脹性能.

大氣腐蝕在低合金鋼顯微組織中的發生與發展

郭佳, 楊善武, 尚成嘉, 張文華, 賀信萊

2009, 31(7): 848-854. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.07.040

[摘要](179)

[PDF 1323KB](9) [施引文獻] ()

摘要:
采用光學金相技術結合交流阻抗測量,分析了三種低合金鋼在模擬的沿海大氣環境中的初期腐蝕行為.實驗發現,顯微組織直接決定鋼的初期腐蝕行為并間接影響長期腐蝕行為.在腐蝕初期,鐵素體鋼中的大角晶界易于被擇優腐蝕,而貝氏體內的小角晶界的擇優腐蝕趨勢較弱,鐵素體+珠光體鋼的擇優腐蝕集中于珠光體及其邊界.鐵素體裸鋼有較強的耐腐蝕性,但其銹層電阻隨腐蝕時間增加產生的增量較小;貝氏體與鐵素體+珠光體裸鋼的耐腐蝕性較差,但其銹層電阻隨腐蝕時間增加產生的增量較大,長期腐蝕性能更優.這些結果表明,在適當合金化后,貝氏體作為新型低成本高強度耐候鋼的基本組織極具應用潛力.

半工藝無取向硅鋼加臨界變形的織構演變

解清閣, 王全禮, 羅海文

2009, 31(7): 855-861,866. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.07.041

[摘要](163)

[PDF 1079KB](10) [施引文獻] ()

摘要:
測定了半工藝無取向電工鋼熱軋(終軋溫度在Ar1以下)到成品各工序的織構,以取向分布函數(ODF)的形式對加臨界變形的半工藝無取向硅鋼的織構演變作了分析.發現其熱軋板表層織構基本是典型的鐵素體再結晶{111}組分,心部和1/4厚度處以鐵素體剪切織構和軋制變形織構為主.冷軋變形后,心部和表層織構組分比較接近,{111}、{112}和{100}面織構都增加,但{111}組分增加最明顯.軟化退火后,{001}<110>與{112}<110>組分迅速降低,織構組分以γ纖維織構為主.通過增加臨界變形,在最終去應力退火后,{111}不利面織構大量減少,高斯組分增加明顯.Taylor因子可以表征不同取向晶粒對變形能的儲存能力,從軋制變形時Taylor因子的分布可以解釋該實驗結果.

CSP流程生產全工藝無取向電工鋼

朱濤, 王遠繼, 翟旭, 楊輝, 孔祥華

2009, 31(7): 862-866. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.07.046

[摘要](199)

[PDF 589KB](16) [施引文獻] ()

摘要:
為了簡化傳統無取向電工鋼的生產工藝,降低消耗,提高無取向電工鋼的磁學性能,通過氧氣頂吹轉爐(BOF)-RH真空處理-LF精煉爐-薄板坯連鑄連軋(CSP)-酸洗連軋-連續退火流程,成功開發了全工藝冷軋無取向電工鋼50W800并實現了批量化生產。研制的50W800鐵損P_1.5/50<4.6W·kg^-1,磁感應強度B₅₀>1.71T,板形和表面質量良好,涂層具有優良的耐蝕性能和絕緣性能,能夠滿足電機行業的使用要求。

Ce對Fe-Ni膨脹合金凝固組織的影響

楊曉華, 陳偉慶, 郝占全

2009, 31(7): 867-870. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.07.034

[摘要](183)

[PDF 500KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
Ce對Fe-Ni膨脹合金凝固組織的影響研究結果表明:經Ce處理后,Fe-Ni膨脹合金中形成了大量的高熔點Ce₂O₃包芯Al₂O₃復合物,尺寸約為2μm.錯配度理論計算表明,Ce₂O₃的某些低指數面與Fe-Ni膨脹合金的低指數面具有7.1%的較低錯配度,因此Ce₂O₃作為非均勻形核核心使膨脹合金凝固組織由完全的柱狀晶變為完全的等軸晶組織.Ce在凝固組織的等軸晶晶界上以Ce₂O₃、Ce₂O₂S和CeS形式存在,具有阻止晶粒長大的作用.

Al-Si合金快速等軸凝固界面響應函數及組織選擇

梁紅玉, 張勇, 毛協民

2009, 31(7): 871-877. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.07.033

[摘要](128)

[PDF 931KB](13) [施引文獻] ()

摘要:
在快速枝晶及共晶生長理論模型基礎上,使用最高界面生長溫度判據,建立了共晶合金快速等軸凝固界面響應函數(IRF)模型,分析了Al-Si合金系各種相及組織的競爭生長,繪制了非平衡組織選擇圖.計算結果與實驗結果基本吻合,說明所建立的界面響應函數模型可以較好地預測Al-Si合金等軸凝固過程中的非平衡組織選擇及形態演化.

Cl^-作用下2A12鋁合金在大氣環境中腐蝕初期的微區電化學行為

董超芳, 生海, 安英輝, 李曉剛, 肖葵

2009, 31(7): 878-883. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.07.032

[摘要](180)

[PDF 726KB](8) [施引文獻] ()

摘要:
用掃描開爾文探針(SKP)和局部電化學交流阻抗(LEIS)技術,研究了2A12鋁合金在鹽霧腐蝕實驗早期階段的腐蝕行為和電化學過程.結果表明,鹽霧實驗初期,鋁合金表面出現點蝕坑,Cl^-對鋁合金腐蝕有顯著的加速作用,隨鹽霧時間延長,點蝕擴展.掃描開爾文探針的測試結果顯示,在鹽霧腐蝕過程的初期,金屬表面陰極區和陽極區不斷發生變化,呈現局部腐蝕的特征.隨著鹽霧時間的延長,試樣表面電位逐步正移,并出現明顯的陰極區和陽極區.局部電化學交流阻抗的測試結果表明,試樣表面的局部電化學阻抗隨鹽霧時間的延長而有所增加,但分布較為分散.這說明在腐蝕過程的初期,2A12鋁合金表面不斷生成腐蝕產物,對腐蝕反應產生阻礙作用.

SnAgNi釬料釬焊Ni鍍層SiC_p/Al復合材料的接頭微觀結構及剪切性能

吳茂, 何新波, 孟菲菲, 曲選輝

2009, 31(7): 884-889. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.07.031

[摘要](180)

[PDF 1084KB](4) [施引文獻] ()

摘要:
采用Sn-2.5Ag-2.0Ni焊料釬焊了具有Ni(P)/Ni(B)和Ni(P)/Ni兩種雙鍍層結構的SiC_p/Al復合材料.結果表明,SnAgNi/Ni(B)/Ni(P)和SnAgNi/Ni/Ni(P)兩種接頭均生成唯一的金屬間化合物Ni₃Sn₄.SnAgNi焊料與Ni(B)鍍層之間的快速反應速度使Ni₃Sn₄金屬間化合物具有高的生長速度.時效初期的SnAgNi/Ni/Ni(P)接頭的剪切強度高于SnAgNi/Ni(B)/Ni(P)接頭,但在250h時效后其剪切強度劇烈下降,低于SnAgNi/Ni(B)/Ni(P)接頭.金屬間化合物的生長及裂紋的形成是SnAgNi/Ni/Ni(P)接頭失效的主要原因,而SnAgNi/Ni(B)/Ni(P)接頭失效的主要原因是Ni(P)鍍層中Ni原子的定向擴散使SiC_p/Al復合材料與Ni(P)處產生孔洞.

BNT-BKT-BiCrO₃壓電陶瓷的壓電性能和退極化溫度

周昌榮, 劉心宇, 楊桂華, 袁昌來, 江民紅

2009, 31(7): 890-894. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.07.045

[摘要](174)

[PDF 674KB](8) [施引文獻] ()

摘要:
采用傳統陶瓷制備方法,制備了一種新型無鉛壓電陶瓷材料(1-x-y)Bi_0.5Na_0.5TiO₃-xBi_0.5K_0.5Ti0₃-yBiCrO₃(簡寫為BNT-BKT-BC-x/y).研究了該體系陶瓷微觀結構、壓電性能和退極化溫度的變化規律.結果表明:除x=0.18、y=0.025的組成析出第2相外,其他組成陶瓷均能夠形成純鈣鈦礦固溶體,陶瓷三方、四方共存的準同型相界(MPB)成分范圍為.x=0.18~0.21,y=0~0.02.在準同型相界成分附近該體系陶瓷壓電性能達到最大值:d₃₃=168pC·N^-1,k_p=0.326.采用平面機電耦合系數k_p和極化相位角θ_max與溫度的關系確定的退極化溫度基本相同,陶瓷的退極化溫度隨BC含量的增加一直降低。隨BKT含量的增加先降低后升高.

設備與能源

泡沫金屬的熱分析

劉曉丹, 馮妍卉, 楊雪飛, 張欣欣

2009, 31(7): 895-900. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.07.030

[摘要](173)

[PDF 663KB](8) [施引文獻] ()

摘要:
提出了一種高孔隙率開孔泡沫金屬的結構簡化幾何模型,運用熱電比擬理論在胞孔尺度上分析并求解了有效熱導率的計算表達式,并根據已有實驗數據進行模型修正.同時模擬分析了金屬泡沫三維矩形通道內空氣流動的對流換熱情況,與實驗結果進行了對比驗證.研究表明,本文提出的胞孔有效熱導率修正模型對鋁泡沫金屬有一定的適用性;相同孔隙率條件下,泡沫金屬通道內強制對流的對流換熱系數隨孔密度的增加(即孔徑的減小)而增大,但付出的代價是阻力也隨之增大;相對而言,低孔密度的泡沫金屬具有較好的對流換熱綜合性能.

半固態金屬表觀黏度的測量及樣品制取

閆時建, 閆志杰, 毛衛民

2009, 31(7): 901-905,911. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.07.029

[摘要](150)

[PDF 649KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
針對以往設備的不足之處,設計了半固態合金漿料表觀黏度的測量裝置.以理論計算公式作為測量依據,合理地設計和組合各部件,提高了測量精確度和可靠性,有效防止了半固態合金的高溫氧化,對高固相分數的半固態合金也可以處理,并方便地獲得樣品.對樣品的表觀黏度測量以及金相組織分析表明,本裝置可有效地對半固態合金進行流變性能和組織形態演變的研究.

高爐爐缸死焦堆受力分析與計算

朱進鋒, 趙宏博, 程樹森, 潘宏偉

2009, 31(7): 906-911. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.07.028

[摘要](179)

[PDF 589KB](20) [施引文獻] ()

摘要:
建立了一個特殊情況下死焦堆在爐缸中的受力模型,推導出了最小死鐵層深度的計算公式,并用某高爐解剖數據進行了驗證,結果表明該模型可靠.在此基礎上提出了一般條件下的死料柱受力模型,推出了一個用于估算一般情況下死焦堆浮起高度的公式,并討論了死焦堆浮起高度與爐渣液面高度的關系.

冷卻水流量對大直徑棒材冷卻效果的影響規律

張少軍, 邵鴻麗, 王令寶, 楊春彥

2009, 31(7): 912-916. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.07.027

[摘要](118)

[PDF 417KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
利用有限元耦合場數值模擬計算方法,對大直徑棒材穿水冷卻過程進行了三維非穩態數值模擬,研究了冷卻水流量對冷卻效果的影響規律,并分析了決定冷卻水流量的兩個因素——冷卻器入口截面積及冷卻水流流速對冷卻效果的影響程度.模擬結果表明:當流量相對較小時,流量的改變對冷卻效果的影響較大;當流量增大到一定值后,隨著流量的繼續增大,對冷卻效果的影響逐漸減小;冷卻水流流速對冷卻效果的影響程度大于冷卻器入口截面積.

基于軋前凸度信息的冷連軋機板形平坦度前饋控制方法

張清東, 戴杰濤, 李博, 金國, 顧華中

2009, 31(7): 917-922. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.07.026

[摘要](157)

[PDF 787KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
提出了基于冷軋前帶鋼板凸度在線實測信息的板形平坦度前饋控制方法,建立了冷連軋板形平坦度預測控制模型,通過與實際值比較驗證了其正確性,并對板形平坦度前饋控制策略和板形平坦度前饋控制模型進行了研究.在此基礎上以國內某條在軋機入口裝備有板廓檢測儀的1550mm五機架六輥UCMW冷連軋機組為對象,建立了一套完整的板形平坦度前饋控制模型和離線仿真系統.仿真結果表明,在前饋控制模型投入的情況下,由于來料帶鋼板凸度變化所造成的成品帶鋼板形平坦度波動明顯減弱,達到了進一步提高成品帶鋼板形質量的目的.

深海采礦機行星輪式行走機構越障行為

馮雅麗, 馬佳珍, 張文明, 張杰, 楊泉

2009, 31(7): 923-928. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.07.048

[摘要](148)

[PDF 552KB](4) [施引文獻] ()

摘要:
為了適應深海富鈷結殼和熱液硫化調查區復雜地形多變底質,提出了深海采礦行星輪式行走機構.利用虛功原理建立了行星輪式行走機構越障動力學模型,分析了越障高度的影響因素,按1:2.25傳動比確定行星輪系結構尺寸,利用ADAMS進行雙邊越障性能分析(垂直障礙高度900mm).行星輪系的結構尺寸、車體質心位置及附著系數對越障高度影響較大;各輪系越障時出現驅動力矩、速度和正壓力急增的現象,前輪系的前輪越上障礙后,各參數值趨于平穩,后輪越障時又出現瞬時脈動,但脈動較小,后輪系也有相同的變化趨勢,各輪的阻力矩和輸出功率與正壓力變化趨勢相同.行星輪式行走機構可根據地變化在定軸輪系和行星輪系間演變,具有較好的自主越障性能.

控制與決策

專用爐混裝模式下作業計劃優化方法

呂志民, 張武軍, 徐金梧

2009, 31(7): 929-933. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.07.025

[摘要](156)

[PDF 521KB](4) [施引文獻] ()

摘要:
針對鋼鐵企業熱裝作業中專用爐混裝作業計劃編制難題,建立了一體化作業計劃優化模型,并提出基于優化與簡單仿真相結合的多步驟優化方法進行模型求解.在給定工藝參數情況下,提出的算法可快速給出優化的、一體化專用爐混裝作業計劃及冷裝、熱裝板坯的詳細作業時刻.模型給出的優化結果滿足工業實際需求,作業計劃具有較強的可行性及可操作性.

基于小波相關向量機的產品質量模型

何飛, 黎敏, 陽建宏, 徐金梧

2009, 31(7): 934-938. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.07.047

[摘要](127)

[PDF 274KB](7) [施引文獻] ()

摘要:
針對常用的質量建模方法精度不高且難以給出預測區間,提出了基于小波相關向量機的產品質量模型.應用仿真數據和帶鋼熱鍍鋅鋅層質量的實際生產數據分別建立了小波相關向量機模型.結果表明,小波相關向量機方法與支持向量機及傳統的相關向量機相比,具有更好的預測精度,而且給出了預測區間.多組帶鋼熱鍍鋅鋅層質量實際數據的相對預測誤差的平均值為4.52%,為保證產品質量提供必要的決策支持和分析手段.

大容量超高速雙饋電機調速系統的仿真分析及研制

解侖, 王志良

2009, 31(7): 939-944. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.07.044

[摘要](138)

[PDF 894KB](4) [施引文獻] ()

摘要:
提出一種應用于大容量超高速(4000kW/3600r·min^-1)雙饋變頻調速控制方法,研制出相應的實際控制系統.根據系統中負載電機、大功率變流器和工程化矢量空間計算的離散數學模型,以PSIM6.0的SIMCAD環境為開發平臺,建立起雙饋電機變頻調速矢量控制系統算法仿真平臺,計算出相關的仿真結果,并以此為基礎設計、研制出實際應用控制系統.6500MW沖擊發電機機組實驗運行結果表明,系統電流響應超調量小,激磁和轉矩分量解耦,動態過程磁鏈平滑,驗證了系統仿真模型的有效性.該控制系統具備與直流傳動系統相同的優越動、靜態品質.