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8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

基于支持向量機的露天轉地下開采邊坡變形模型

李長洪, 王云飛, 蔡美峰, 苗勝軍, 范麗萍

2009, 31(8): 945-950. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.08.001

[摘要](240)

[PDF 437KB](7) [施引文獻] ()

摘要:
提出了一種基于支持向量機的露天轉地下開采邊坡變形模型,有效表達了地下開采擾動引起露天礦邊坡變形的非線性變化關系.采用RBF核函數學習現場監測數據,利用交叉驗證選擇模型參數,通過學習捕捉支持向量,建立模型預測未來變化趨勢.將該模型應用于露天轉地下開采的杏山鐵礦.結果表明,支持向量機對學習樣本的擬合精度極高,其預測精度也很高.采用捕捉的支持向量進行預測,便捷快速且有較強泛化能力.

黏結型尾礦庫抑塵劑及環境適應性

杜翠鳳, 杜建華, 王婷

2009, 31(8): 951-956. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.08.002

[摘要](267)

[PDF 371KB](4) [施引文獻] ()

摘要:
基于理論分析和單體實驗,初步確定尾礦庫抑塵劑組成和濃度.運用正交試驗方法,對抑塵劑配方進行優化,在實驗室對最優配方進行了抗壓強度、耐水性能、抗凍融性能和抗風吹性能等多方面環境適應性模擬實驗.結果表明,該抑塵劑噴灑在尾礦表面后,結殼連續完整,殼體抗壓強度達到247kPa,且具有較強的耐水性能、抗凍融性能和抗風吹性能.應用該配方進行了工業試驗.結果表明,噴灑抑塵劑的尾礦庫表面所結殼體歷經203d日曬、多次雨淋后,依然連續完整,能承受18m·s^-1強風吹襲,表現出很強的抑塵效果和環境適用性.

基于正交試驗與回歸統計方法的露天礦運輸揚塵影響因素分析

田冬梅, 蔣仲安, 姚建, 牛偉, 鄭斌

2009, 31(8): 957-963. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.08.003

[摘要](230)

[PDF 605KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
露天礦運輸過程中,車速、路面粉塵負荷、粉塵含水率與揚塵濃度有密切的關系.通過對它們設計正交試驗和多元回歸統計分析,得到運輸揚塵質量濃度的計量模型,該模型具有99%的顯著性和擬合性.經回歸系數顯著性檢驗,自變量對因變量的影響均極為顯著,其顯著性大小依次為:車速、粉塵含水率和路面粉塵負荷.最后采用實測值與模型計算值的計算機擬合,對模型進行驗證.結果表明,該模型具有較高的可信度.

冶金與材料

高磷鐵礦氣基還原冶煉低磷鐵

趙志龍, 唐惠慶, 郭占成

2009, 31(8): 964-969. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.08.004

[摘要](287)

[PDF 926KB](7) [施引文獻] ()

摘要:
針對鄂西鮞狀高磷鐵礦難選、難冶的特點,從該礦礦相結構分析出發,在使用HSC計算化學軟件的熱力學模擬和具體實驗的基礎上,提出了氣基還原+電爐熔分冶煉高磷鐵礦的新型工藝.實驗結果與HSC軟件模擬結果吻合.實驗室含P 1.28%的高磷鐵礦通過CO還原后熔分,得到含P 0.27%的低磷鐵;通過H₂還原后熔分,得到含P 0.33%的低磷鐵.由熔分鐵的SEM和EDS結果證實,P仍以夾雜物的形態存在,可以在熔分時通過去除鐵水中夾雜物的方法進一步脫磷,以滿足煉鋼的要求.

復吹轉爐多功能法脫磷工藝

李建新, 郝旭東, 仇圣桃, 趙沛

2009, 31(8): 970-973. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.08.005

[摘要](244)

[PDF 771KB](11) [施引文獻] ()

摘要:
在不新增設備的前提下,通過優化轉爐冶煉工藝,使用復吹轉爐多功能法進行鐵水脫磷,提高轉爐脫磷率.根據現有轉爐設備條件,通過熱力學計算確定轉爐前期脫磷溫度范圍,并在現場實驗中掌握好倒渣時機、渣堿度、加料量和出鋼溫度,確定最佳脫磷工藝.分析實驗結果,與常規冶煉相比,該脫磷工藝用原料量少,脫磷率穩定,且高達90%以上,在提高鋼水質量的同時也降低了生產成本.

RH處理超低碳鋁鎮靜鋼的總氧預測模型及應用

孫彥輝, 張琳, 倪有金, 許中波, 蔡開科

2009, 31(8): 974-977,1012. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.08.006

[摘要](252)

[PDF 449KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
根據300t鋼包RH真空處理超低碳鋁鎮靜鋼的實驗數據,建立了RH處理過程鋼中總氧含量的預測模型,得到了鋼中氧含量的預測公式.模型綜合考慮了處理時間、真空室吹氬流量、鋼水環流量、浸漬管直徑和鋼包渣中(FeO+MnO)含量等因素對總氧含量的影響,并對改進RH處理工藝進行了討論.模型分析表明,促進夾雜物上浮的手段有增大吹氬流量、增加浸漬管直徑,但都有一個合適的范圍.

純鐵藥型罩材料的動態應力-應變行為

包衛平, 任學平, 金宏全

2009, 31(8): 978-982. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.08.007

[摘要](245)

[PDF 741KB](7) [施引文獻] ()

摘要:
利用Hopkinson桿技術對經930℃下退火2h的純鐵藥型罩材料進行了沖擊壓縮實驗,測定了該材料在不同應變率下的動態應力-應變關系.借助光學顯微鏡對變形后純鐵的組織進行了觀察,研究了在不同應變率下變形過程中純鐵的組織演變和動態應力-應變行為.研究表明:在650~3850s^-1的應變率范圍內,純鐵藥型罩材料有顯著的孿生變形,發生了明顯的應變強化和應變率強化效應,且最大應變也隨應變率的提高而增加;在高應變率沖擊下,孿生和滑移是純鐵的主要塑性變形機制,也是純鐵高應變率增強增塑的主要機制.

回火溫度對600MPa級低碳貝氏體鋼組織和力學性能的影響

陳林恒, 康永林, 黎先浩, 溫德智, 劉國民

2009, 31(8): 983-987. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.08.017

[摘要](129)

[PDF 1075KB](7) [施引文獻] ()

摘要:
利用掃描電鏡(SEM)、透射電鏡(TEM)等實驗方法,研究了不同回火溫度對屈服強度600MPa級Fe-Mn-Nb-B系低碳貝氏體高強鋼組織和性能的影響.結果表明:回火溫度對屈服強度和抗拉強度均有較大影響.各回火溫度下的低碳貝氏體鋼性能與回火前相比,屈服強度均有不同程度的升高,而抗拉強度則均有不同程度的下降;600℃回火時屈服強度比回火前高出105MPa.隨著回火溫度的升高,屈服強度先上升后又略有下降并在600℃時達到最大值,抗拉強度下降明顯,伸長率略有升高,屈強比升高.分析認為:回火前后力學性能的變化主要與回火后有更多彌散的尺寸在20nm以下的新的細小粒子析出以及馬氏體占絕大多數的大塊M/A島的分解和發生位錯多邊形的回復有關.

XCQ16和20Mn2車軸用鋼疲勞失效的微觀機理

黃重國, 董紅磊, 袁清華, 井溢農, 任學平

2009, 31(8): 988-994. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.08.018

[摘要](112)

[PDF 1902KB](4) [施引文獻] ()

摘要:
利用掃描電鏡(SEM)對XCQ16和20Mn2兩種車軸用鋼疲勞斷口和裂紋擴展斷口進行分析,研究疲勞失效過程中的裂紋萌生及擴展機理.結果表明:裂紋均是從試樣表面萌生,非金屬夾雜和位錯是主要的萌生機制;XCQ16鋼在疲勞斷口中部區的裂紋閉合效應大于20Mn2鋼,裂紋擴展較慢;兩者在裂紋擴展區的擴展機理不同,XCQ16鋼屬于塑性斷裂,20Mn2鋼屬于解理斷裂;在非金屬夾雜上,XCQ16鋼多含氧化物和硫化物的混合夾雜,20Mn2鋼主要是氧化物夾雜,混合夾雜對材料的疲勞性能影響較小.

含硼低合金高強度鋼焊接熱影響區沖擊韌度

段貴生, 陳偉慶, 孫斌

2009, 31(8): 995-1000. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.08.019

[摘要](173)

[PDF 811KB](9) [施引文獻] ()

摘要:
利用Gleeble熱模擬機對含硼低合金高強度鋼板進行不同焊接工藝下的熱模擬實驗,研究了焊接熱影響區(HAZ)的過熱區顯微組織、韌度及其變化規律.結果表明:鋼板過熱區沖擊韌度隨冷卻時間t_8/3的增大而顯著降低;當t_8/3小于67s時,過熱區沖擊韌度較高,相應過熱區組織為板條馬氏體或板條馬氏體+貝氏體,晶粒較細小.800MPa級低碳貝氏體鋼板焊接工藝實驗結果表明,焊接熱輸入量為0.96~2.11kJ·mm^-1、焊道間溫度為150~200℃和焊后熱處理,焊接接頭焊縫金屬和焊接熱影響區的沖擊韌度保持較高水平,說明鋼板對焊接工藝有較強的適應性.

TC4鈦合金壓坯的吸氫行為

任學平, 郭青苗, 侯紅亮, 章芳芳

2009, 31(8): 1001-1005. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.08.020

[摘要](137)

[PDF 628KB](6) [施引文獻] ()

摘要:
利用管式氫處理爐研究了TC4鈦合金壓坯的溫度-平衡氫分壓關系以及吸氫動力學行為,測定了吸氫速率常數和激活能,并分析了吸氫反應各個階段的反應機理.結果表明,隨著吸氫溫度的升高,達到平衡所需要的時間縮短,吸氫后的平衡氫分壓升高.在350℃吸氫時,反應機制分別是形核長大、冪函數定律和三維擴散.在400℃吸氫時,反應機制分別是冪函數定律和三維擴散.在450~750℃吸氫時,反應機制均是三維擴散.TC4鈦合金壓坯吸氫反應的激活能為14.55kJ·mol^-1.

鑄態和沉積態Al-25Si-5Fe-3Cu合金的顯微組織與相形成

侯隴剛, 崔華, 蔡元華, 張濟山

2009, 31(8): 1006-1012. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.08.008

[摘要](253)

[PDF 736KB](6) [施引文獻] ()

摘要:
采用常規鑄造和噴射成形工藝制備了含硅達25%(質量分數)的過共晶Al-Si合金,利用SEM(EDS)、XRD和DSC等分析方法對合金的顯微組織和相熔解析出進行了分析研究.結果表明,鑄態合金含有粗大塊狀初晶Si相和粗大針片狀含鐵相,而噴射成形工藝能夠使二者的尺寸、形貌發生改變而有利于合金性能的提高.同時,鑄態和沉積態合金中均含有基體Al、初晶Si和Al₂Cu相,不同的是鑄態合金中含鐵相主要為δ-Al₄FeSi₂相,而沉積態合金中以β-Al₅FeSi相為主.分析其原因主要是糊狀層的存在引起沉積坯冷卻速度降低而導致沉積坯中發生δ-Al₄FeSi₂相的轉變及共晶組織增加,致使沉積態合金中β-Al₅FeSi相為主要含鐵相.采用DSC實驗對沉積態合金在熔化和凝固過程中發生的反應進行了討論.

基于8-羥基喹啉熒光敏感化合物的鋁合金腐蝕監測技術

吳松林, 于美, 李松梅, 薛峰, 劉建華

2009, 31(8): 1013-1018. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.08.009

[摘要](294)

[PDF 447KB](8) [施引文獻] ()

摘要:

利用8-羥基喹啉(8HQ)與鋁離子鰲合后形成的鰲合物——8-羥基喹啉鋁(AlQ₃)能發出強熒光的特性,開發了一種有效地鋁合金涂層下腐蝕的監測技術.研究了鋁離子濃度及pH對8-羥基喹啉鋁(AlQ₃)的吸光度及熒光特性的影響.發現了8HQ與Al³⁺鰲合生成的AlQ₃熒光強度隨Al³⁺濃度的變化規律.成功地將8-羥基喹啉加載在LY12鋁合金表面,并以透明環氧樹脂涂層覆蓋.所制備的試樣經鹽霧腐蝕后表面出現明顯的熒光斑點,熒光斑點處用光學顯微鏡觀測可見腐蝕現象,而在可見光下觀測并未有明顯變化.研究表明:隨著腐蝕時間延長,腐蝕程度加深,試樣表面熒光現象增強.

SPS方法制備銅/金剛石復合材料

張毓雋, 童震松, 沈卓身

2009, 31(8): 1019-1023. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.08.010

[摘要](119)

[PDF 482KB](7) [施引文獻] ()

摘要:
采用放電等離子燒結(SPS)方法制備出高體積分數的銅/金剛石復合材料,并對復合材料的致密度、熱導率和熱膨脹系數等進行了研究.結果表明,采用該方法制備的銅/金剛石復合材料微觀組織均勻,致密度分布為94%~99%,最高熱導率為305W·(m·K)^-1,熱膨脹系數與常見電子半導體材料相匹配,能夠滿足電子封裝材料的要求.

戊二醛修飾上轉換發光材料Na[Y_0.57Yb_0.39Er_0.04]F₄的制備與表征

崔黎黎, 范慧俐, 徐曉偉, 劉杰民

2009, 31(8): 1024-1027. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.08.011

[摘要](130)

[PDF 552KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
利用表面接枝改性法,用戊二醛作修飾劑,對上轉換發光材料Na[Y_0.57Yb_0.39Er_0.04]F₄進行了表面醛基修飾.傅里葉紅外吸收光譜證明了醛基的存在,紫外分光光度法定量檢測修飾醛基的含量為1.38×10^-3mol·g^-1,熱分析定性地證明了材料表面有機官能團的存在,掃描電鏡顯示了修飾后上轉換無機發光材料顆粒的直徑有所增加.沉降實驗表明,修飾醛基后的上轉換發光材料在水溶液中的分散穩定性得到了提高.

靜電輔助的氣溶膠化學氣相沉積法制備Y₂O₃薄膜

王耀華, 呂反修, 賀琦, 李成明, 唐偉忠

2009, 31(8): 1028-1032. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.08.016

[摘要](233)

[PDF 810KB](11) [施引文獻] ()

摘要:
采用靜電輔助的氣溶膠化學氣相沉積的方法成功地在Si(100)襯底上制備了Y₂O₃薄膜,利用X射線衍射(XRD)、場發射掃描電鏡(FE-SEM)、原子力顯微鏡(AFM)和X射線光電子能譜(XRP)對薄膜進行了表征.SEM分析結果顯示,薄膜的顆粒為納米級的,并且薄膜致密、平整.AFM分析結果表明,薄膜的粗糙度為11nm.由XPS分析可知,薄膜為基本上符合化學計量比的氧化物.附著力測試表明,Y₂O₃薄膜與Si襯底的附著力為4.2N.X射線衍射分析結果表明,沉積得到的Y₂O₃薄膜在熱處理前為非晶結構,熱處理之后薄膜具有立方晶體結構,并且沿(111)面擇優生長.

頻率可調磁感應波器件的微波透射性能

徐芳, 白洋, 喬利杰, 周濟

2009, 31(8): 1033-1037. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.08.021

[摘要](125)

[PDF 734KB](4) [施引文獻] ()

摘要:
研究了由雙層磁化鐵氧體構成的磁感應波器件的微波透射性能以及場致頻率可調特性,并探討了結構參數對微波性能的影響.兩磁化鐵氧體平板樣品平行放置,由于間隙處表面波共振模強烈耦合產生磁感應波透過樣品,在鐵磁共振產生的微波禁帶頻率范圍內產生一個顯著的通帶.通帶的中心頻率隨著偏置磁場的增強而單調上升,顯示出很好的場致頻率可調性.隨著兩鐵氧體之間間距的增加,界面耦合作用減弱,透射通帶的半高寬逐漸降低,損耗增加.

設備與能源

玻璃包覆鐵基合金微絲制備微熔池的穩定性

王成鐸, 張志豪, 謝建新

2009, 31(8): 1038-1045. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.08.012

[摘要](144)

[PDF 813KB](7) [施引文獻] ()

摘要:

保持微熔池穩定是采用玻璃包覆熔融紡絲法連續穩定制備微絲的前提.采用理論計算分析了感應加熱器結構參數、加熱電流、微熔池的體積、微熔池在感應加熱器中的位置等因素對鐵基合金微熔池溫度和所受懸浮力的影響,獲得了保持微熔池穩定的合理工藝參數.在合適的拉絲溫度(1280℃左右)下,增大感應加熱器錐角和下錐孔高度,減小感應加熱器高度、下錐孔半徑以及微熔池中心與下錐孔上端面之間的距離,均有利于提高鐵基合金微熔池所受懸浮力;減小電流的同時減小微熔池的體積(質量),有利于減小重力與懸浮力差值.在本文研究條件下,整體感應加熱器的合理結構尺寸為:感應加熱器錐角120~130°,感應加熱器高度12~14mm,下錐孔高度2~4mm,下錐孔半徑3~4mm.微熔池中心與感應加熱器下錐孔上端面之間的合理距離為4~6mm,合適的微熔池質量為1.5~2.0g.采用結構優化的整體感應加熱器,并通過連續進料使微熔池的體積(質量)保持基本不變,實現了玻璃包覆鐵基合金微絲的連續穩定制備.

楔橫軋一次楔大斷面收縮率成形機理

賈震, 張康生, 楊翠蘋, 胡正寰

2009, 31(8): 1046-1050. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.08.013

[摘要](147)

[PDF 537KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
為研究大斷面收縮率軸類件楔橫軋成形問題,做了楔橫軋一次楔成形極限實驗.發現楔橫軋一次楔軸向拉斷成形極限可以遠大于通常公認的75%界限,實驗中成功軋制出斷面收縮率為97.7%的超大斷面收縮率軋件.推導了軋件軋制接觸區軸向合力公式,利用有限元數值模擬方法分析了桿部對稱截面軸向應力,揭示出楔橫軋一次楔大斷面收縮率可以成形的原因,即在適當條件下軋件變形接觸區軸向受力接近于平衡,軋件桿部所受軸向拉應力較小所致.

武鋼2250熱軋平整機不均勻磨損及板形調控特性

楊光輝, 張杰, 周一中, 王安蘇, 朱新宇

2009, 31(8): 1051-1056. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.08.014

[摘要](121)

[PDF 741KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
針對首次采用的兼有HCW和WRS兩種機型特點的武鋼2250熱軋帶鋼平整機在平整過程表現出的工作輥磨損嚴重且不均勻、工作輥存在特殊的彎輥調節現象等問題,由連續跟蹤測試發現該平整機在軋制服役過程中存在典型的"W"形工作輥磨損規律,通過定義磨損影響系數對"W"形磨損進行了分析.研究了工作輥磨損、工作輥竄輥和彎輥對板形調控的綜合影響,并通過實驗證明最終解釋了熱軋平整機特殊的彎輥調節現象.指出隨著工作輥磨損的加劇,工作輥形成了特殊的"W"形磨損,使工作輥在板寬范圍內形成了一定量的正凸度,造成輥縫凸度減小,必須通過使用工作輥由正彎輥向負彎輥逐漸變化的調節手段來增大承載輥縫凸度,以補償平整過程中工作輥磨損和竄輥引起的承載輥縫凸度的減小,從而保證承載輥縫凸度的相對穩定.

串聯式吸附器變壓吸附制氧

劉應書, 章新波, 張輝, 劉文海, 曹紅程

2009, 31(8): 1057-1060,1076. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.08.015

[摘要](126)

[PDF 459KB](8) [施引文獻] ()

摘要:
對含有一種新型串聯式吸附器的變壓吸附制氧系統的性能進行實驗研究,探討了吸附時間、均壓方式、產品氣量及吸附劑種類等工藝參數對這種新型變壓吸附制氧系統的產品氣純度和回收率的影響.結果表明,吸附步驟存在一個最佳吸附時間;隨著產品氣流量的增加,產品氣純度下降,而回收率升高;兩端均壓工藝可以很大程度上提高產品氣純度和回收率;在本實驗條件下,當產品氣純度>92%時,回收率能達到32%.

控制與決策

改進粒子群算法及其在熱連軋負荷分配中的應用

姚峰, 楊衛東, 張明

2009, 31(8): 1061-1066. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.08.022

[摘要](162)

[PDF 346KB](4) [施引文獻] ()

摘要:
對一種已有的自適應算法進行了改進,并將該算法思想引入到粒子群算法的改進中,在種群進化到一定代數時按照改進自適應算法改變搜索范圍的大小,實現了自動調整搜索范圍、提高收斂速度和精度并可有效防止粒子群算法早熟收斂的目的,同時通過實驗仿真進行了驗證.將該改進粒子群算法應用到熱連軋機精軋機組的負荷分配優化計算中,程序運行時間小于5s,滿足實時性的要求,為其提供了一種更為有效的優化手段.

基于遺傳算法的可重入鋼管生產優化調度

陳曉慧, 張啟忠, 易樹平, 段鷹, 賴志柱

2009, 31(8): 1067-1071. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.08.023

[摘要](101)

[PDF 362KB](4) [施引文獻] ()

摘要:
在可重入冷拔無縫鋼管生產的計劃和調度中,根據四個條件對工件進行組批,通過規則假設把組批后的批鋼管看作單個加工工件,建立以最后完工時間、交貨期滿意度和機器總負荷為目標的多目標組批排序優化模型,設定其約束條件,采用基于Pareto的混合遺傳算法對模型進行優化求解.通過算例證明該模型的有效性和合理性.

一種粗糙規則化的雙因子免疫控制器

李韡, 付冬梅

2009, 31(8): 1072-1076. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.08.024

[摘要](116)

[PDF 521KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
根據粗糙集理論原理,從雙因子免疫控制器的控制數據中抽取出控制規則,利用本文提出的一種新的規則評價標準篩選出優秀的規則構造控制器,即粗糙規則化的雙因子免疫控制器,來對對象進行控制.通過仿真實驗證明,粗糙規則化的雙因子免疫控制器不但能夠體現出普通雙因子免疫控制器的學習記憶能力和抗滯后性能,而且在抗干擾性能和響應速度方面都有明顯提高.