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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2012年第34卷第10期

欄目

資源與環境
冶金與材料
設備與能源
控制與決策
土木與建筑

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資源與環境

超臨界氧化技術處理吐氏酸生產廢水

孫春寶, 張嬪婕, 李晨, 俞洋

2012, 34(10): 1097-1101. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.10.012

[摘要](157)

[PDF 422KB](4) [施引文獻] ()

摘要:
為更好地處理難降解的高濃度有機廢水,研究了在間歇式超臨界水反應裝置內,超臨界水氧化技術處理吐氏酸生產廢水的最佳條件及其處理效果.通過單因素試驗和正交試驗,系統地研究了不同條件下廢水COD和色度的去除率.當溫度為380℃、壓力為24 MPa、時間為150 s以及過氧比為1.8倍時,COD去除率可達96.7%,色度去除率可達97.5%,且反應后廢水的可生化性有極大改善.

改性活性炭纖維負載錳鈰復合氧化物低溫選擇性催化還原脫硝

張東輝, 王卓暉, 宋存義, 梁寶瑞

2012, 34(10): 1102-1107. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.10.013

[摘要](183)

[PDF 683KB](6) [施引文獻] ()

摘要:
采用Ce-MnO_x/ACFN對煙氣進行低溫選擇性催化還原脫硝實驗,分別考察了活性炭纖維(ACF)改性、Ce-MnO_x負載量和Ce/Mn摩爾比以及操作條件對脫硝效率的影響.在70~110℃條件下,Ce-MnO_x/ACFN作為選擇性催化還原脫硝的催化劑具有良好的活性,其脫硝效率隨煙氣溫度升高而升高.催化劑載體活性炭纖維經硝酸改性后脫硝效率有明顯提高.隨著Ce-MnO_x負載量增加和Ce/Mn摩爾比增加,脫硝效率先升高后降低.隨著入口煙氣NH₃/NO摩爾比增加,脫硝效率先升高后趨于穩定.當入口煙氣中水蒸氣體積分數大于8%時,脫硝效率隨其增加而降低.

冶金與材料

基于硫平衡計算的低硫燒結原料控制標準

劉征建, 張建良, 安鋼, 楊天鈞

2012, 34(10): 1108-1114. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.10.007

[摘要](249)

[PDF 395KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
首先根據首鋼京唐鋼鐵公司燒結生產數據進行系統的硫平衡計算,分析各種燒結原料對廢氣中SO₂排放量的影響權重,并在此基礎上作合理假設,結合國家標準對于不同燒結機SO₂排放量的統一計量方法,推導出燒結原料硫含量與SO₂排放量判定指標的關系式,建立低硫燒結原料控制標準.首鋼京唐鋼鐵公司燒結生產若要滿足500mg·m^-3的SO₂質量濃度限值,需要將混合料中硫的質量分數降至0.032%以下;若要滿足 200 mg·m^-3 的SO₂質量濃度限值,需要將混合料硫的質量分數降至0.013%以下,而這在當前的原料條件下是難以實現的.

鐵液中Al-C復合脫氧熱力學

李寧, 郭漢杰, 申甜甜

2012, 34(10): 1115-1122. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.10.008

[摘要](260)

[PDF 470KB](8) [施引文獻] ()

摘要:
利用熱力學方法,針對鐵液中鐵水深脫硫條件所需要的低氧含量,研究了Al-C-O平衡時鐵溶液中氧含量的變化規律.通過對C、Al及Al-C復合脫氧反應脫氧常數的比較得出,在1573K溫度下,鐵液中用Al-C復合脫氧,其脫氧能力比單獨使用C脫氧能力強.用熱力學理論得出1573K溫度下鐵液中用Al-C復合脫氧的平衡曲線.研究表明:在溫度一定時,隨著C的活度a_C的增大,Al-C復合脫氧能力逐漸增強;在a_C一定的情況下,隨著溫度的升高,Al-C復合脫氧能力逐漸減弱.

微鎂脫氧時間對鈦脫氧鋼夾雜物特征的影響

胡志勇, 楊光維, 姜敏, 王萬軍, 王新華

2012, 34(10): 1123-1129. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.10.009

[摘要](304)

[PDF 865KB](10) [施引文獻] ()

摘要:
先將C-Mn鋼在1600℃下鈦脫氧15min,然后再加入MgSi合金脫氧不同時間,最后對脫氧后試樣進行淬火冷卻.采用ASPEX Explorer夾雜物電鏡/能譜自動分析儀研究了微鎂脫氧時間對鈦脫氧鋼夾雜物尺寸分布、成分及形貌的影響.隨著微鎂脫氧時間的增加,夾雜物粒子數量逐漸減少,尺寸有所增加,夾雜物粒子尺寸分布符合正態分布;富MgAl₂O₄及TiO_x復合夾雜物聚合上浮,夾雜物類型由富MgAl₂O₄、MgO和TiO_x轉變為富MgAl₂O₄和MgO復合夾雜物.另外,減少鎂脫氧時間有益于提高單位體積夾雜物粒子數量以及獲得細小的富MgAl₂O₄、MgO及TiO_x夾雜物粒子鑄態試樣.

從不銹鋼粉塵中選擇性提取Cr、Ni和Zn重金屬

隋亞飛, 孫國棟, 靳斐, 王燦國, 郭敏, 張梅

2012, 34(10): 1130-1137. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.10.010

[摘要](198)

[PDF 945KB](11) [施引文獻] ()

摘要:
基于熱力學計算結果,通過配碳還原-熔分工藝,從不銹鋼粉塵中選擇性分步提取了Cr、Ni和Zn重金屬元素.配碳還原實驗結果表明,不銹鋼粉塵的最佳配碳量為20%,粉塵中Fe、Ni和Zn的最低還原溫度為1050℃,Cr的最低還原溫度是1 400℃,與熱力學計算結果一致,通過控制溫度實現了對粉塵中金屬的選擇性分步還原.直接還原熔分實驗說明,Fe-Cr合金最佳熔分溫度為1550℃,粉塵中金屬以Fe-Ni-Cr合金形式被提取出來,渣金分離狀況良好,反應時間5min時金屬提取率已達到75%左右,15 min時Fe和Cr收得率達到85%以上,Ni超過90%.通過控制配碳量、還原時間與反應溫度,在不改變現有工藝的條件下,不銹鋼粉塵直接返回煉鋼主流程回收其重金屬完全可行.

Si在純Fe及低硅鋼中擴散行為

溫鈺, 田廣科, 畢曉昉

2012, 34(10): 1138-1144. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.10.020

[摘要](183)

[PDF 828KB](13) [施引文獻] ()

摘要:
采用磁控濺射方法,分別在純Fe以及低硅鋼基片上沉積富Si膜,并對其進行真空擴散熱處理.通過能譜分析及X射線衍射研究了Si在純Fe與低硅鋼基體中的擴散特征,運用DICTRA軟件建立了擴散模型.研究發現Si在純Fe基體中擴散時發生γ-Fe(Si)→α-Fe(Si)相轉變,擴散速率受控于相界面的遷移.當沿截面Si含量梯度不足以驅動相界面正向遷移時,延長擴散時間會發生相界面回遷現象,最終趨于單一相內均勻化擴散過程.Si在低硅鋼基體中的擴散符合Fick擴散第二定律.

V、Ta微合金化12Cr低活性F/M鋼的優化設計

肖翔, 劉國權, 胡本芙, 陳少靜

2012, 34(10): 1145-1151. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.10.019

[摘要](150)

[PDF 1469KB](4) [施引文獻] ()

摘要:
采用Thermo-Calc熱力學模擬計算與實驗相結合的方法,優化設計了一種V、Ta微合金化的低活性F/M鋼12Cr3WVTa,經1 050℃水淬及780℃回火后對其顯微組織及析出相進行光學顯微鏡、掃描電鏡和透射電鏡觀察以及能譜分析.實驗鋼淬火回火后顯微組織由回火馬氏體和少量δ鐵素體相組成,析出相主要為M₂₃C₆和MX相(M=V,Ta;X=C,N),其中M₂₃C₆主要分布于回火馬氏體板條界和相界,而MX彌散析出于回火馬氏體板條內以及δ鐵素體內.實驗鋼室溫和高溫(600℃)拉伸力學性能良好,600℃下材料抗拉強度為507 MPa,屈服強度為402 MPa,滿足超臨界水冷堆用包殼管的拉伸性能要求.

硫化氫質量濃度和溫度對碳鋼在NACE溶液中腐蝕行為的影響

劉文會, 董宇, 劉建華, 吳昊, 于美, 李松梅

2012, 34(10): 1152-1158. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.10.003

[摘要](290)

[PDF 1188KB](13) [施引文獻] ()

摘要:
采用動電位極化曲線和電化學阻抗譜等電化學實驗方法以及掃描電鏡和能譜等表面分析技術對20^#碳鋼在不同H₂S質量濃度(0,95.61,103.22,224.16 mg·L^-1)、不同溫度(25,35,45℃)下的NACE溶液(含CO₂)中腐蝕行為進行了研究,同時對該環境下腐蝕產物的形成機制進行了探討.發現在含有CO₂的NACE溶液中,加入少量H₂S,能加劇碳鋼腐蝕,加速陽極鐵的溶解和陰極氫氣的析出.隨著H₂S質量濃度的增加,腐蝕電流密度增大,碳鋼腐蝕加劇.溫度升高,腐蝕極化電阻變小,腐蝕也會加劇.腐蝕試樣外層絮狀腐蝕產物主要是鐵碳化物,接近基體表面的腐蝕產物主要是鐵硫化物.

300M超高強度鋼電化學性能及應力腐蝕開裂

孫敏, 肖葵, 董超芳, 李曉剛, 鐘平

2012, 34(10): 1159-1166. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.10.004

[摘要](347)

[PDF 2559KB](10) [施引文獻] ()

摘要:
采用動電位掃描技術和慢應變速率拉伸試驗研究了超高強度鋼300M在3.5%NaCl溶液中的應力腐蝕行為,并利用掃描電鏡觀察了不同外加電位下的斷口形貌.300M鋼在3.5%NaCl溶液中開路電位下的應力腐蝕開裂機制為陽極溶解型,Cl^-的存在明顯地增加了材料的應力腐蝕開裂敏感性.陽極電位-600 mV下300M鋼溶解速率加快,表現出較高的應力腐蝕開裂敏感性,斷面收縮率損失由開路電路下的52.6%升高至99.5%,裂紋起源于表面點蝕坑處,應力腐蝕開裂為陽極溶解型機制.陰極電位-800 mV下材料處于陰極保護電位范圍,表現出較低的應力腐蝕開裂敏感性,強度和韌度與空氣中拉伸的數值相近,開裂機制為陽極溶解和氫致開裂協同作用.在更低電位(低于-950 mV)下,300M鋼的應力腐蝕開裂機制為氫致開裂,在氫和拉應力的共同作用下表現出很大的應力腐蝕開裂敏感性.

電弧噴涂Zn-Al-Mg-La-Ce涂層的耐腐蝕性能

邢士波, 肖葵, 李麗, 李曉剛, 劉安強, 王恩清

2012, 34(10): 1167-1172. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.10.005

[摘要](270)

[PDF 1205KB](6) [施引文獻] ()

摘要:
采用電弧噴涂法制備Zn-Al-Mg-La-Ce涂層,通過鹽霧試驗對涂層進行腐蝕,利用能譜分析、X射線衍射分析、掃描電鏡觀察、極化曲線以及電化學阻抗譜等手段對腐蝕前后的Zn-Al-Mg-La-Ce涂層進行了研究.結果表明:實驗制備的Zn-Al-Mg-La-Ce涂層具有較好的自封閉效果,組織致密,在腐蝕過程中表面的微觀孔隙能夠被自身的腐蝕產物有效堵塞,涂層表面形成的致密腐蝕產物層能夠阻止腐蝕的進一步發生.因此,Zn-Al-Mg-La-Ce涂層具有優異的耐蝕性能.

射頻磁控濺鍍摻雜銅對鈦酸鋅薄膜中相變化及微結構的影響

盧威華, 張莉毓, 陳昱宏, 黃勇霖, 李英杰

2012, 34(10): 1173-1177. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.10.002

[摘要](278)

[PDF 833KB](10) [施引文獻] ()

摘要:
探討了ZnTiO₃薄膜摻雜Cu元素對于薄膜性質、相變化與微結構之影響.實驗是在一定溫度下以射頻磁控濺鍍系統將銅沉積于ZnTiO₃陶瓷靶上,控制沉積于ZnTiO₃陶瓷靶上銅含量之后,再沉積摻雜銅的鈦酸鋅薄膜于SiO₂/Si基板上.成長出來的薄膜經由ESCA分析得知銅的質量分數分別為0.84%、2.33%和2.84%.從XRD分析常溫下摻雜Cu的ZnTiO₃薄膜為非晶質態,經過600℃退火后,ZnTiO₃薄膜則由非晶質態轉變成Zn₂Ti₃O₈結晶相,而未摻雜銅的ZnTiO₃薄膜在600℃退火時并沒有結晶相產生.ZnTiO₃薄膜經過900℃退火后,Zn₂Ti₃O₈相分解成Zn₂TiO₄相和TiO₂相,且ZnTiO₃晶格常數因為Cu離子置換至Zn離子的位置有變小的趨勢.由TEM分析證實Cu離子與Zn離子的置換,導致晶格應變產生雙晶缺陷.經由XRD、SEM和TEM分析得知摻雜太多的銅會抑制TiO₂相的生成,而隨著過多的Cu析出,晶體平均晶粒慢慢變小晶格應變也隨之降低,以致晶格常數回復往原來晶格常數方向趨近.

不同空氣陰極表面結構之鋅-空氣燃料電池性能

吳曜佐, 李書鋒, 林秋豐

2012, 34(10): 1178-1183. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.10.001

[摘要](295)

[PDF 946KB](4) [施引文獻] ()

摘要:
本論文主要針對鋅-空氣燃料電池之空氣陰極表面結構進行改善.鋅-空氣燃料電池主要以氫氧化鉀為電解液,利用不同空氣電極表面結構進行空氣陰極性能與壽命研究.實驗中進行了開回路電壓性能測試與定電流放電測試,并討論其兩者電壓-電流性能及功率密度差異,比較不同表面結構陰極的對電解液的抗蝕能力,針對放電完的電池電極進行材料分析.由實驗結果得知,如此類似保護膜功用之電極表面結構在電池反應時,能夠減少電解液本身以及陽極金屬氧化物對空氣電極表面的影響,提供較長時間穩定電流輸出,大大地提升鋅-空氣燃料電池空氣電極之使用壽命.

設備與能源

COREX冷煤氣成分預測的二步建模方法

趙晨熙, 張群, 徐金梧, 黎敏

2012, 34(10): 1184-1189. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.10.011

[摘要](158)

[PDF 386KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
針對熔融氣化爐冷煤氣成分含量,提出了基于熵權模糊C均值聚類和偏最小二乘的COREX冷煤氣成分預測方法.建模過程中首先根據料單中各種原料的單耗量,利用熵權模糊C均值聚類的方法將料單聚類成若干種料單類別,然后針對不同的料單類別,利用偏最小二乘法分別建立冷煤氣成分預測模型.對寶鋼COREX-1^#爐實際生產數據驗證結果表明:該方法可以有效地建立COREX冷煤氣成分預測模型,具有較好的預測精度.

基于移頻技術的短時傅里葉變換階比分析

李修文, 陽建宏, 黎敏, 徐金梧

2012, 34(10): 1190-1196. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.10.014

[摘要](177)

[PDF 561KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
提出了一種基于移頻技術的短時傅里葉變換階比分析算法.該算法利用傅里葉變換在頻域的卷積性質,對原始信號在時域乘以e^-j2πf_it使f_i的頻譜能量搬遷到零頻處,按一定的頻率間隔改變f_i就可以在零頻處得到其他頻率的頻譜能量,以此來提高短時傅里葉變換在時頻分析中的頻率分辨率.然后在時頻面上進行局部閾值降噪,同時跟蹤轉速的變化,最終應用到變速機械的階比分析中.與短時傅里葉變換分析結果對比表明,本文方法可以更加準確地跟蹤到實際的轉速.實際降速過程中軸承信號利用本文方法進行階比分析,成功提取到軸承的故障特征頻率.

控制與決策

連鑄與熱軋工序余材集成匹配模型與算法

李海濤, 李蘇劍, 蘆永明, 吳迪

2012, 34(10): 1197-1204. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.10.006

[摘要](277)

[PDF 509KB](12) [施引文獻] ()

摘要:
針對鋼鐵企業連鑄工序余材板坯及熱軋工序余材鋼卷對熱軋生產合同的匹配問題,基于一體化的管理思想建立了余材板坯、鋼卷與合同集成匹配的多目標0-1非線性整數規劃模型,在模型中引入板坯材質與合同要求鋼種特征差異值矩陣及鋼卷鋼種與合同要求鋼種特征差異值矩陣.采用分段整數編碼、基于啟發式修復策略的改進遺傳算法求解.最后,通過對實際生產數據的仿真實驗驗證了所提模型和算法的有效性,為科學合理地匹配鑄軋工序余材板坯、鋼卷提供了有效的解決方法.

考慮缺貨的供應鏈聯合庫存成本分析及收益分配

孫瑩, 鮑新中, 王寧

2012, 34(10): 1205-1212. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.10.015

[摘要](167)

[PDF 448KB](6) [施引文獻] ()

摘要:
考慮一個供應商和一個需求方構成的聯合庫存聯盟的成本降低問題.對缺貨成本進行了分析,通過建立庫存成本分析模型,求得供應鏈實施聯合庫存前后庫存成本差額,并將成本降低額視為剩余收益.然后基于魯賓斯坦討價還價模型對剩余收益進行分配.通過分析,從理論上證明實施聯合庫存確實降低了供應鏈系統成本,獲得成本降低額,然后將成本降低額有效分配.最后用算例證明該方法的可行性和可操作性.

基于模板的服務工作流的優化組合方法

頡斌, 楊揚, 宋京, 王磊

2012, 34(10): 1213-1217. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.10.016

[摘要](131)

[PDF 352KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
研究了網絡環境下基于模板的服務工作流的優化組合算法.該算法將服務優化組合問題轉化為服務工作流模板的優化組合問題,既極大程度地復用歷史服務工作流模板以減少組建新工作流的工作量,又通過優化使得服務工作流結構更為合理,縮短了服務工作流的執行時間.通過使用Petri網對網絡流媒體課件制作服務工作流進行建模,并對比優化前后服務工作流模型的SPNP性能分析結果,證明了優化算法的有效性.

基于格結構的三帶小波構造及在圖像融合中的應用

沈政偉, 吳紀桃, 廖福成

2012, 34(10): 1218-1225. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.10.017

[摘要](142)

[PDF 682KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
提出了一種構造具有正交性、對稱性、緊支性以及較高消失矩的三帶尺度濾波器與小波濾波器的方法.首先,通過設置尺度濾波器消失矩并轉移尺度濾波器的對稱性性質,有效地減少了構造尺度濾波器過程中未知量的個數以及計算推導過程的復雜度.在此基礎上,利用格結構理論,給出了對具有仿酉特性的多相位矩陣的一種分解方法,并利用這種分解求出了沖擊響應長度為9、消失矩為3以及響應長度為15、消失矩分別為3和4的小波濾波器.最后,把所求得的小波濾波器應用到多聚焦圖像的融合中.實驗結果表明,利用具有上述性質的三帶小波進行圖像融合可以得到比利用二帶小波進行融合更好的效果.

土木與建筑

超音波法與敲擊回音法檢測鋼筋混凝土梁柱接頭

吳志興, 蔡璧合

2012, 34(10): 1226-1234. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.10.018

[摘要](185)

[PDF 633KB](6) [施引文獻] ()

摘要:
本文用超音波法及敲擊回音法分別以斜向對打量測實體柱、不同厚度之塊狀試體、十字形試體及實體梁柱接頭之壓力波波速值,并與上述各試體之超音波直接對打量測的壓力波波速值作比較,以評估斜向對打量測波速壓力波之準確性,藉以探討以斜向對打量測波速壓力波值來檢測梁柱接頭混凝土質量之可行性.試驗結果顯示:超音波法于面寬40 cm之實體柱量測,當接收器偏距大于40 cm時,其波速值會明顯下降;但敲擊回音法以直徑3 mm鋼球作敲擊源,接收器偏距超過70 cm波速值才會呈現下降趨勢,以直徑6mm鋼球做量測則接收器偏距可達100cm,若以直徑9mm鋼球或鐵錘做量測,接收器偏距達300 cm時,波速值仍未呈下降趨勢.各試體之試驗結果皆顯示,超音波法之量測波速值基本上隨接收器偏距增加而下降,但敲擊回音法之波速值卻不受偏距影響,其波速值與超音波直接對打值比較,誤差皆在±3%以內.