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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2012年第34卷第11期

欄目

資源與開發
冶金與材料
設備與能源
控制與決策
土木與建筑

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資源與開發

低透氣性煤層井下分段點式水力壓裂增透

楊宏偉

2012, 34(11): 1235-1239. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.11.003

[摘要](239)

[PDF 404KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
通過數值分析和現場試驗的手段分析了井下低透氣性煤層分段點式水力壓裂的原理和過程.井下分段水力壓裂意在改變傳統壓裂的受力方式,使煤體多點受力,相互作用,最后產生壓裂的效果.經過在城山煤礦西二采區水力壓裂孔的試驗,在壓裂半徑為5~7m條件下,得出了試驗地點臨界注水壓力為14MPa,水壓在14~20MPa進行分段點式水力壓裂較為適宜,試驗過程簡單易行,在現有條件下壓裂可在5 min內完成,試驗地點壓裂后鉆孔平均抽放瓦斯流量和體積分數明顯提高.

露天礦山運輸路面復合抑塵劑的研究

謝振華, 李曉超

2012, 34(11): 1240-1244. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.11.004

[摘要](232)

[PDF 569KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
針對露天礦山運輸路面的揚塵問題,對復合抑塵劑進行了研究及現場應用.通過理論分析和實驗,研制出兩種性能優良的復合抑塵劑,并對這兩種抑塵劑進行了性能測試和對比分析.采用FLUENT軟件,對露天礦山運輸路面的粉塵運移規律進行了數值模擬,確定了最佳粉塵監測點.現場實驗表明,本文研制的復合抑塵劑能使粉塵質量濃度控制在4mg·m^-3以下,有效抑塵時間為6 h.

含鋅離子的礦坑水混凝沉淀處理方法

黃國忠, 張忠園, 余陽先, 楊偉忠, 韋方景, 李登琨, 張麗敏

2012, 34(11): 1245-1249. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.11.018

[摘要](145)

[PDF 396KB](4) [施引文獻] ()

摘要:
根據銅坑礦礦坑水的水質特征,選取了復合混凝法對其進行處理,通過單因素及正交試驗,研究了混凝劑和助凝劑配比、溶液pH值、攪拌速度和攪拌時間等因素對礦坑水中Zn²⁺去除效果的影響,確定了各因素的較佳水平.當聚合氯化鋁(PAC)/聚丙烯酰胺(PAM)為2:1,協同效應達到最好;pH值為9,攪拌速度為80 r·min^-1,攪拌時間為10 min時,處理效果最佳.經實際水樣處理試驗結果表明:Zn²⁺去除率達93.9%,出水中Zn²⁺質量濃度滿足國家排放標準要求

冶金與材料

CaO-Al₂O₃-SiO₂熔體的電導率和離子擴散系數研究

張國華, 薛慶國, 李麗芬, 李福燊, 周國治

2012, 34(11): 1250-1255. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.11.011

[摘要](196)

[PDF 461KB](8) [施引文獻] ()

摘要:
利用光學堿度的概念,對CaO-Al₂O₃-SiO₂體系的電導率進行了模擬,模型可以體現Al₂O₃的兩性行為對熔體電導率的影響,以及在一定成分范圍內Al₂O₃替代SiO₂使得電導率下降的現象.通過對比分析不同離子的擴散系數,得出CaO-Al₂O₃-SiO₂熔體中起電荷傳導作用的離子主要為Ca²⁺;并根據模型計算的電導率以及Nernst-Einstein方程計算了Ca²⁺的自擴散系數.最后討論了計算的擴散系數與通過示蹤原子法測量的擴散系數之間存在差別的原因,并對"隨溫度的增加,偏差減少"的現象進行了理論解釋.

不同脫氧方式對鋼中夾雜物的影響

鄧志銀, 朱苗勇, 鐘保軍, 高新亮

2012, 34(11): 1256-1261. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.11.012

[摘要](251)

[PDF 1013KB](28) [施引文獻] ()

摘要:
為控制鋼液中氮含量,實驗了兩種不同脫氧方式:(Ⅰ)出鋼過程加Al進行強脫氧;(Ⅱ)出鋼時不加Al,加入Si-Mn合金進行弱脫氧,在LF進站再喂入Al線進行強脫氧.借助氣體分析儀和掃描電鏡對不同脫氧方式下鋼中氧氮含量和夾雜物進行了分析.兩種不同脫氧方式得到最終產品的全氧含量幾乎一致,但方式(Ⅱ)對控制氮含量更為有利,可以使氮的質量分數降低約5×10^-6;兩種不同脫氧方式對最終產品中夾雜物的類型和尺寸影響不大,均為球狀的CaS和CaO-MgO-Al₂O₃夾雜物.文中還推斷出了采用Si-Mn弱脫氧時鋼中夾雜物的生成過程.

低合金高強鋼中非金屬夾雜物的改性

李強, 王新華, 李海波, 黃福祥, 朱國森, 姜敏, 王萬軍

2012, 34(11): 1262-1267. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.11.013

[摘要](185)

[PDF 721KB](12) [施引文獻] ()

摘要:
借助熱力學軟件Thermo-Calc和ASPEX自動掃描電鏡等分析手段,研究了低合金高強鋼精煉過程渣-鋼反應和鈣處理對夾雜物改性行為的影響.通過提高爐渣堿度和w(CaO)/w(Al₂O₃)值以及降低爐渣氧化性等措施,鈣處理前鋼中Al₂O₃夾雜物轉變為靠近1600℃液相區的CaO-MgO-Al₂O₃復合夾雜物和少量的MgO·Al₂O₃尖晶石.在渣-鋼反應對Al₂O₃部分變性的基礎上,鈣線喂入量每爐由優化前的800 m減少到300 m仍能達到夾雜物改性的目的.

高爐粉塵Fe和Zn非熔態分離工藝

高金濤, 李士琦, 張延玲, 張顏庭, 陳培鈺, 王玉剛

2012, 34(11): 1268-1274. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.11.014

[摘要](153)

[PDF 733KB](9) [施引文獻] ()

摘要:
開發一種高爐粉塵再資源化處理工藝,采用"非熔態還原-磁選分離-Zn的回收、富集"方法對典型高爐粉塵進行Fe、Zn非熔態分離研究.結果表明:在910~1 010℃,使用純H₂、CO為還原劑進行非熔態還原,同時實現粉塵中Fe₂O₃(s)→Fe(s)和ZnO(s)→Zn(g)的高度轉變,金屬化率達到90%以上,氣化脫鋅率達到99%以上,且還原過程未發生燒結.還原產物直接經磁選分離、富集得到TFe品位>90%的富Fe物料;含鋅揮發物經回收、富集得到ZnO含量>92%的富Zn物料.成功地將高爐粉塵全部轉化為MFe、ZnO等有價資源,實現了零排放,且分離過程不需高溫熔融,過程能耗低,無環境污染.

薄板坯二冷區電磁攪拌鑄坯內磁場分布和鋼液流動

宋小鵬, 程樹森, 張利君, 程子建, 張鵬, 張志華

2012, 34(11): 1275-1281. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.11.015

[摘要](170)

[PDF 1551KB](9) [施引文獻] ()

摘要:
針對特定設計的攪拌器建立了包含鋼液流動、傳熱和電磁場的三維耦合非穩態數學模型,計算了CSP薄板坯二冷區液芯在電磁攪拌作用下的傳輸行為,其中考慮了感應電流和攪拌器線圈上下端部對磁場強度的影響.結果表明:電磁力改變了鑄坯液相穴內鋼液流場,對鋼液起到水平攪拌作用;攪拌器產生的磁場不均勻,在不同厚度處幅度和相位都不同,且幅度隨著穿透深度的增加而減小;感應磁場移動方向與外部磁場相同且不宜忽略;單側攪拌器對鑄坯內鋼液攪拌比較均勻.

低合金耐候鋼在含氯離子環境中的腐蝕行為

高新亮, 付貴勤, 朱苗勇, 鄧志銀

2012, 34(11): 1282-1287. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.11.005

[摘要](262)

[PDF 1567KB](9) [施引文獻] ()

摘要:
利用干濕周浸加速腐蝕實驗對比研究了低合金鋼A588和SPA-H在含氯離子環境下腐蝕行為,并利用金相顯微鏡、掃描電鏡、X射線衍射和電子探針等方法分析了Ni、Mn對于低合金鋼腐蝕行為的影響.結果表明:實驗鋼銹層中的物質主要由α-FeOOH、γ-FeOOH和Fe₃O₄組成,但其含量存在差異;Ni元素在內銹層含量高于外銹層,Mn元素在銹層的孔洞處富集;內銹層的致密程度高于外銹層;提高合金元素Mn和Ni的含量,可以提高內銹層的致密性,從而提高低合金鋼的耐蝕性能.

Q&P鋼配分過程中的組織演變

莊寶潼, 唐荻, 江海濤, 米振莉

2012, 34(11): 1288-1293. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.11.006

[摘要](253)

[PDF 1525KB](9) [施引文獻] ()

摘要:
利用掃描電鏡、透射電鏡、X射線衍射和電子探針等研究了0.2C-1.51Si-1.84Mn鋼在配分階段組織的演變情況.配分溫度為400℃時,碳在10 s時就可以完成配分,得到殘余奧氏體最大體積分數為13.4%.隨著配分時間的增長,鋼中馬氏體發生回火現象,奧氏體發生分解,強度、延伸率降低.當配分時間達到1000 s時,屈服強度、延伸率突然升高.分析認為馬氏體回火帶來的塑性提高抵消了殘余奧氏體量減少引起的塑性降低,并且由于滲碳體和碳化物的析出,變形時阻礙位錯的運動,從而提高了屈服強度.通過電子探針分析說明配分階段發生了碳的擴散,隨著配分時間的增長,發生了滲碳體和碳化物的析出,降低了殘余奧氏體中碳的含量.

基于LabVIEW并行運算的優化算法及其在Ni-Ti合金線材無模拉拔中應用

張紅鋼, 姜雁斌, 張志豪, 謝建新

2012, 34(11): 1294-1300. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.11.007

[摘要](247)

[PDF 626KB](6) [施引文獻] ()

摘要:
提出了一種采用LabVIEW并行運算提高傳統遺傳算法計算速度的方法,可實現多核計算機多線程的同時運算,從而大幅度提高運算效率.Ni-Ti合金線材無模拉拔初始階段拉拔速度路徑優化結果表明,在八核計算機上采用基于LabVIEW的多線程并行運算程序,與基于文本編程的MATLAB運算程序相比,前者運算時間僅為后者的1/8左右.Ni-Ti合金線材無模拉拔實驗結果表明,采用本文智能優化后的拉拔速度路徑,可使線材直徑波動長度縮短至24 mm,遠小于線性或S線型路徑的最小直徑波動長度.

矩形斷面銅包鋁連鑄坯軋制成形導電扁排的工藝及性能

吳永福, 劉新華, 謝建新

2012, 34(11): 1301-1307. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.11.008

[摘要](259)

[PDF 889KB](17) [施引文獻] ()

摘要:
采用水平連鑄直接復合成形工藝制備了斷面尺寸為50 mm×30 mm×3 mm×R4 mm的銅包鋁復合棒材,通過多道次平輥軋制和精整拉拔,制備了斷面尺寸為60 mm×8 mm的銅包鋁復合扁排,研究了合理的軋制工藝、扁排的力學和導電性能.結果表明:扁排的最終軋后寬度與側邊部開裂具有相關性,可通過軋制過程的壓下量分配和軋制溫度控制扁排寬度,從而防止邊部開裂.合理的軋制溫度為室溫至200℃.在室溫平輥軋制時,較為合理的軋制制度為5道次平輥軋制,第1道次壓下率為20%左右,最大道次壓下率為30%左右.軋后經1道次精整拉拔,可獲得外形尺寸精確、表面質量良好的銅包鋁復合扁排.經退火處理后,銅包鋁復合扁排電阻率為2.084×10^-8Ω·m,抗拉強度為122.7 MPa,延伸率為22.0%,界面剪切強度為25.9 MPa.

大摻量冶金渣制備高強度人工魚礁混凝土的試驗研究

李穎, 倪文, 陳德平, 王中杰, 張斌

2012, 34(11): 1308-1313. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.11.002

[摘要](267)

[PDF 825KB](10) [施引文獻] ()

摘要:
通過正交試驗研究了用作制備高強度人工魚礁的鋼渣-礦渣-熟料-石膏體系膠凝材料的強度.凈漿正交試驗表明:鋼渣:礦渣的復合比為5:3,并與10%的水泥熟料和10%的脫硫石膏復合的膠凝材料具有較高的強度.以優化后的膠凝材料代替水泥,并以熱悶法穩定化的鋼渣顆粒為骨料,可以制備出抗壓強度達到50 MPa以上的人工魚礁混凝土.利用X射線衍射和掃描電鏡分析凈漿的水化過程,發現體系在早期水化主要生成AFt相和C-S-H凝膠,在后期鋼渣和礦渣的火山灰活性反應對強度的增長起主要作用.

低溫燃燒法合成納米二氧化鈦粉體研究

姜林文, 劉維良, 武安華, 胡芳仁

2012, 34(11): 1314-1318. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.11.001

[摘要](248)

[PDF 566KB](8) [施引文獻] ()

摘要:
采用一種簡便、快速、低溫的溶膠凝膠自蔓延燃燒法制備了納米TiO₂粉體顆粒.從檸檬酸絡合反應的機理闡釋了納米TiO₂粒子的形成過程.通過熱綜合分析、X射線衍射和透射電鏡分析探討了金屬離子與檸檬酸的摩爾比和溶液雜質離子的存在對TiO₂粉體顆粒物相組成及粉末晶粒尺寸大小的影響.本實驗制備了粒徑為40~90 nm分散性較好的球形狀TiO₂納米顆粒.X射線衍射結果表明,當摩爾比為0.5時,自燃合成產物中金紅石相的質量分數達到91%.

設備與能源

燃燒效果最佳的混煤噴吹配比計算方法

段旭琴, 蒙格泰, 金龍哲, 段建

2012, 34(11): 1319-1324. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.11.016

[摘要](174)

[PDF 433KB](10) [施引文獻] ()

摘要:
在歸納和比較常用高爐噴吹配煤方法的基礎上,以計算法配煤的思想為指導,提出了以實現最佳燃燒效果為目標的混煤模型.通過曲線擬合得到混煤著火點隨高揮發分煤種配比增大而減小的關系曲線,混煤著火點下降速率減小到某一較小值時的混煤比例即為該煤種組合燃燒效果最佳的比例.應用該方法對四組不同煤種組合混煤進行配比優化,經靜態燃燒性實驗證明,該計算法所得結果準確可靠,有一定實用性.

密相干塔燒結煙氣脫硫系統仿真研究

張東輝, 王卓暉, 宋存義, 賈纖, 盧熙寧

2012, 34(11): 1325-1331. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.11.017

[摘要](191)

[PDF 1229KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
應用Fluent軟件對密相干塔模擬仿真,研究了煙氣整流系統和鏈式攪拌器對煙氣流場和湍流、循環灰軌跡及系統壓力損失的影響,并在模擬工況下確定了煙氣整流系統較優導流板布置形式.研究結果表明,鏈式攪拌器能夠顯著增大塔內附近區域的湍動能,提高轉速不能明顯提高整體煙氣湍流強度,雙層鏈式攪拌器可以增大高湍流強度區且減緩其衰減速度,該工況下安裝雙層鏈式攪拌器,轉速為100 r·min^-1較為理想,此時密相干塔能夠實現煙氣均布和氣固充分接觸,大部分顆粒參與內循環,少部分進入除塵器,系統壓損約為200 Pa.

高頸法蘭封閉軋制毛坯設計及工藝參數優化

束學道, 肖旻, 孫寶壽, 彭文飛

2012, 34(11): 1332-1337. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.11.009

[摘要](255)

[PDF 568KB](7) [施引文獻] ()

摘要:
基于環形件軋制理論以及軋制過程中金屬體積不變規律,確定了高頸法蘭封閉軋制毛坯的設計原則以及工藝參數的極限范圍.通過有限元仿真模擬了高頸法蘭封閉軋制成形過程,研究了工藝參數對軋制產品質量以及力能參數的影響規律,并確定了本文所研究高頸法蘭的最優工藝參數.在D51-450型軋環機上采用自行設計的模具進行了軋制試驗,并將試驗結果與有限元模擬結果進行對比分析,驗證了仿真結果的可靠性.

控制與決策

基于減法聚類的帶鋼厚度數據驅動建模

梁輝, 童朝南

2012, 34(11): 1338-1345. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.11.010

[摘要](143)

[PDF 878KB](10) [施引文獻] ()

摘要:
針對軋鋼生產中大批過程數據沒有被用于提高厚度質量的現象,提出了一種基于減法聚類的帶鋼厚度數據驅動在線建模方法.首先通過減法聚類將輸入空間劃分為一些小的局部空間,在每個局部空間中用最小二乘支持向量機建立子模型,子模型加權輸出作為帶鋼厚度的離線模型;然后當在線數據不斷增加時,通過在線減法聚類算法實時調整局部空間,子模型的參數采用最小二乘支持向量機的遞推算法進行相應的在線辨識,子模型的預測輸出作為模型的最后輸出.實驗結果表明,該方法具有良好的預測精度和較強的在線學習能力.

軋機液壓伺服系統多模型切換自適應反步控制

邵彭真, 方一鳴, 王文賓, 焦宗夏

2012, 34(11): 1346-1351. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.11.019

[摘要](152)

[PDF 502KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
針對軋機液壓伺服系統工作過程中彈性負載力和外負載力的跳變,基于公共Lyapunov函數方法和自適應反步控制方法,提出了一種多模型切換自適應反步控制策略.該方法結合自適應反步控制的特點和公共Lyapunov函數的設計要求,通過反步法設計了各子系統的狀態反饋控制器和不確定上界參數的自適應估計器,取反步法的Lyapunov函數作為公共Lyapunov函數,保證了系統在任意切換下的漸近穩定.自適應反步法和公共Lyapunov函數方法的結合,便于公共Lyapunov函數的求取,又解決了同時存在參數跳變和參數慢時變的問題.仿真結果表明,該方法能夠保證軋機液壓伺服系統具有良好的動靜態性能,并對參數跳變和參數慢時變具有較強魯棒性.

土木與建筑

抗彎剛度比對加勁板屈曲性能的影響

武曉東, 宋波

2012, 34(11): 1352-1357. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.11.020

[摘要](298)

[PDF 663KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
以一大型薄壁鋼結構的加勁板為研究對象,采用有限元方法,考慮了13種不同的剛度比、多種不同的加勁肋布置方式以及邊界條件等因素,分析了加勁板線性屈曲和非線性屈曲性能.抗彎剛度比對加勁板的屈曲性能影響顯著,加勁板最佳抗彎剛度比將其線性屈曲模態劃分為整體屈曲和局部屈曲,其值為10~20.加勁板非線性屈曲荷載隨抗彎剛度比增大而提高.另外,在加載方向增加加勁肋布置可以提高加勁板局部屈曲荷載,在非加載方向增加加勁肋布置對加勁板的局部屈曲性能影響較小.