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5期

欄目

資源與開發
冶金與材料
設備與能源
控制與決策
生物工程

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資源與開發

基于模糊聚類及層次分析法的采礦方法綜合評判優選

譚玉葉, 宋衛東, 雷遠坤, 韓浩亮

2012, 34(5): 489-494. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.05.007

[摘要](282)

[PDF 372KB](10) [施引文獻] ()

摘要:
以程潮鐵礦為工程背景,將采礦方法初選視為分類問題來處理,采用模糊聚類法從技術影響因素方面按照相似程度對采礦方法進行了分類初選,避免了以往采用工程類比進行初選的主觀隨意性,提高了采礦方法初選方法的科學性.在此基礎上,運用層次分析法,綜合考慮經濟、資源、效率、安全及環境等五大類因素,構建了較為全面的采礦方法選擇綜合層次評價指標體系,并得到了合理的權重矩陣,較好地解決了多因素決策時各方案評判指標出現優越性交叉時的權重分配問題.最后采用模糊綜合評判方法確定最優采礦方法.

用信息擴散理論分析高海拔、寒、旱地區礦山事故風險

王剛, 郭德勇

2012, 34(5): 495-499. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.05.005

[摘要](304)

[PDF 321KB](7) [施引文獻] ()

摘要:
利用青海省安全監督管理局數據庫近六年以來礦山事故數據,采用信息擴散理論,從礦山事故概率和礦山事故人員死亡概率兩個方面對高海拔、寒、旱地區礦山事故進行風險分析,建立了適合本地區特殊要求的礦山事故分析模型.分析模型、參數和預測結果均與實際情況吻合,說明應用信息擴散對高海拔、寒、旱地區礦山事故進行風險分析,能夠預測出該地區礦山企業年均發生事故的概率及礦山事故人員死亡概率.

基于Kriging與Closest Point融合算法的邊坡巖土層界面擬合

李健, 吳順川, 高永濤, 周喻, 鄧增兵

2012, 34(5): 500-505. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.05.006

[摘要](276)

[PDF 832KB](7) [施引文獻] ()

摘要:

以先后發生過兩次土質滑坡的平朔公司東露天礦邊坡為研究背景,針對目前高精度巖土層界面擬合時有效數據不足和人工評價誤差較大的現狀,充分利用巖土層界面的地質調查點數據,有效擴充鉆孔數據范圍,為高精度的巖土層界面擬合提供有效數據,并利用基于Closest Point算法的結構分析模型進行Kriging插值計算,實現Kriging算法與Closest Point算法的融合,完成對露天礦邊坡各巖土層的三維擬合.現場選取測量點的比對結果表明,基于Kriging與Closest Point融合算法的界面擬合,與傳統的人工經驗評價方法相比,能大幅提高擬合精度,且簡單易行.

高鐵鋁土礦直接還原-溶出工藝

胡文韜, 王化軍, 孫傳堯, 佟廣凱, 季春伶, 王翠玲

2012, 34(5): 506-511. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.05.013

[摘要](184)

[PDF 852KB](6) [施引文獻] ()

摘要:
提出了一種以Na₂CO₃為添加劑、以煤為還原劑的還原分離方法,將原礦中鐵的氧化物還原為鐵單質粉末通過磁選分離回收,將水鋁石礦物轉化為鋁酸鈉溶出分離回收.通過單因素實驗考察了還原溫度、還原時間、Na₂CO₃用量和還原劑用量對粉末鐵品位、鐵回收率和氧化鋁溶出率的影響,并用X射線衍射分析、掃描電鏡觀察和能譜分析等方法研究了反應的過程和機理.通過正交試驗優化了實驗參數,獲得的最優條件為還原溫度1150℃,還原時間45 min,Na₂CO₃用量40.47%,還原劑用量11.9%;在最優條件下,粉末鐵品位為95.88%,鐵回收率為89.92%,氧化鋁溶出率為75.92%.

冶金與材料

釩鈦磁鐵礦含碳球團還原的影響因素

張建良, 王春龍, 劉征建, 王喆, 曹明明

2012, 34(5): 512-518. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.05.014

[摘要](193)

[PDF 2818KB](8) [施引文獻] ()

摘要:
通過單因素實驗考察了還原溫度、還原時間及碳氧摩爾比(n_C/n_O)對釩鈦磁鐵礦含碳球團還原的影響,結合掃描電鏡照片解釋了釩鈦磁鐵礦的還原機理.實驗結果表明,適當升高還原溫度、延長還原時間及增加碳氧摩爾比均可以促進釩鈦磁鐵礦的還原,并且金屬化率隨還原溫度的升高先急劇升高而后趨于平緩,隨著還原時間的延長及碳氧摩爾比的增加而先升高后降低,而殘碳量隨著反應的進行不斷降低.當還原溫度為1350℃,還原時間為30 min,碳氧摩爾比為1.2時,球團的金屬化率達到最大值.通過掃描電鏡照片可以看出,球團在還原過程中形成了鐵連晶,并且在不同的還原條件下鐵連晶的大小及形態不同.

連鑄電磁旋流水口流體流動和夾雜物行為

耿佃橋, 雷洪, 蘇志堅, 赫冀成, 孫琮琮

2012, 34(5): 519-524. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.05.015

[摘要](202)

[PDF 633KB](7) [施引文獻] ()

摘要:

采用數值模擬方法對連鑄電磁旋流水口內流體流動和夾雜物碰撞長大行為進行了研究.數值結果表明電磁旋流水口出口處流體流動擴張角與低熔點合金實驗值相符.旋轉磁場對浸入式水口內壁夾雜物沉積行為存在兩個相反的作用:一方面旋轉磁場作用加強了水口壁面處鋼液的湍流流動,加速了夾雜物在水口內壁的沉積吸附速率;另一方面水口內壁附近夾雜物在旋轉磁場產生的旋流作用下易被攜帶至水口中心,削弱了水口內壁對夾雜物的黏附.在上述兩方面因素作用下,鋼液區存在一個最佳磁感應強度可使水口內壁夾雜物沉積速率降至最低,從而減輕水口結瘤現象.

Be-Cr二元體系熱力學優化

莫畏, 龔偉平

2012, 34(5): 525-529. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.05.001

[摘要](269)

[PDF 339KB](8) [施引文獻] ()

摘要:
在評估現有文獻實驗相圖數據的基礎上,采用Calphad技術優化和計算了Be-Cr二元合金體系平衡相圖.液相和端際固溶體相采用替換式溶體溶液模型,化學計量比中間化合物CrBe₂和CrBe₁₂采用Neumann-Kopp規則描述它們的熱力學函數.利用優化所得的熱力學參數計算相圖,結果能很好地解釋大部分實驗數據.本工作還采用Miedema模型估算了中間化合物CrBe₂和CrBe₁₂的摩爾生成焓,并與熱力學計算值比較,所得結果符合良好.

冷卻速率對奧氏體不銹鋼凝固過程影響的原位觀察

黃福祥, 王新華, 王萬軍

2012, 34(5): 530-534. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.05.008

[摘要](307)

[PDF 1042KB](12) [施引文獻] ()

摘要:
通過采用激光共聚焦掃描顯微鏡對AISI304奧氏體不銹鋼的凝固過程進行了原位動態觀察研究.發現當冷卻速率為0.05℃·s^-1時,奧氏體不銹鋼以胞狀晶方式凝固,其凝固模式為FA模式,即δ鐵素體相先從液相中形核并長大,γ相在1 448.9℃時通過與液相發生包晶反應(L+δ→γ)在δ鐵素體相界形成,當溫度降到1 431.3℃時液相消失,δ鐵素體相通過固態相變轉變為γ相,富Cr貧Ni的殘留鐵素體位于胞狀晶之間.當冷卻速率為3.0℃·s^-1時,奧氏體不銹鋼以枝晶方式生長,冷卻到1346.4℃時包晶反應在液相與δ鐵素體相界之間進行,其殘留鐵素體位于枝晶干,與冷卻速率為0.05℃·s^-1時相比,其殘留鐵素體的數量增多,殘留鐵素體富Cr貧Ni的程度減輕.

稀土處理鋼中夾雜物對晶內針狀鐵素體形成的影響

鄧小旋, 王新華, 姜敏, 胡志勇, 邵肖靜, 王萬軍

2012, 34(5): 535-540. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.05.017

[摘要](215)

[PDF 1224KB](17) [施引文獻] ()

摘要:
分析了稀土處理鋼中夾雜物的特征(夾雜物種類、尺寸分布和體積分數)對微觀組織中針狀鐵素體形成的影響.結果表明,鋼中夾雜物種類和體積分數對針狀鐵素體組織的形成非常重要.稀土氧化物(包含稀土氧硫化物)與鐵素體具有低至1.9%的錯配度降低針狀鐵素體在夾雜物表面的形核能壘,從而促使它在稀土氧化物上形核.反之,稀土硫化物與鐵素體具有高達42.5%的錯配度不能誘導生成針狀鐵素體組織.此外,微觀組織中針狀鐵素體的體積分數隨著夾雜物體積分數的增加而增大,當鋼中夾雜物體積分數是9.5×10^-4時其體積分數達到53%.

X80管線鋼微孔洞形核

邱保文, 袁澤喜, 周桂峰

2012, 34(5): 541-545. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.05.011

[摘要](216)

[PDF 1033KB](13) [施引文獻] ()

摘要:

利用掃描電鏡和透射電鏡等手段,觀察了X80管線鋼中的夾雜物和MA島,獲得了它們的尺寸統計特征.應用不同頸縮程度的拉伸試驗,探明了X80管線鋼中微孔洞萌生的機理:第一階段微孔洞的形核是圍繞鈣處理夾雜物,在頸縮初期已經開始;第二階段屬高應變量階段,此時孔洞是通過MA島/基體界面脫離形核.通過有限元法分析了拉伸過程,確定了試樣的真實應力-應變曲線,計算了鈣處理夾雜物/基體界面強度和MA島/基體界面強度.

粒度分布對大摻量礦渣、鋼渣膠凝體系抗壓強度影響的灰色關聯分析

王中杰, 倪文, 封金鵬, 張磊

2012, 34(5): 546-551. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.05.002

[摘要](280)

[PDF 380KB](4) [施引文獻] ()

摘要:
為了能夠更好地大量利用礦渣、鋼渣制備高強建筑材料,實驗采用灰色關聯分析方法研究了礦渣、鋼渣的粒度分布對大摻量礦渣、鋼渣膠凝體系抗壓強度的影響.礦渣和鋼渣摻量分別占膠凝材料總質量的50%和30%,水膠比為0.34.研究表明:粒度小于8.39μm的礦渣、鋼渣顆粒對其膠凝體系3 d和28 d抗壓強度均起到增強作用,大于8.39μm的礦渣、鋼渣顆粒對抗壓強度起到削弱作用.為了提高大摻量礦渣、鋼渣膠凝體系28d抗壓強度,應當主要增加5.03~8.39μm礦渣、鋼渣顆粒數量.

微納米ZrB_2p/Al復合材料的原位合成機制和組織特征

李桂榮, 張勛寅, 王宏明, 趙玉濤, 陳剛, 張釗

2012, 34(5): 552-557. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.05.004

[摘要](264)

[PDF 1019KB](7) [施引文獻] ()

摘要:
采用Al-KBF₄-K₂ZrF₆組元通過熔體直接反應法制備了ZrB₂顆粒增強鋁基復合材料,優化的初始合成溫度范圍為850~870℃,反應時間為25~30 min.掃描電鏡觀察結果顯示:ZrB₂顆粒尺寸為300~400 nm,顆粒間距200 nm左右,有團簇現象,團簇體尺寸為30~40μm.當顆粒理論體積分數為3%時,單位熔體體積內ZrB₂顆粒形核數量為6.68×10¹⁷ m^-3,平均線長大速率為47.3nm·s^-1.分析團簇原因認為:大量細小高熔點ZrB₂增加了熔體黏度,顆粒擴散阻力大,限制了顆粒遷移位移;ZrB₂顆粒因密度大具有較高的沉降速率.原位反應過程分析表明:通過Al₃Zr-AlB₂間的分子化合及[Zr]-[B]間的原子化合得到ZrB₂顆粒,是高溫穩定相.

熱輻射對雙陶瓷層熱障涂層的隔熱影響

周國棟, 陳樹海, 黃繼華

2012, 34(5): 558-562. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.05.012

[摘要](191)

[PDF 472KB](6) [施引文獻] ()

摘要:
基于熱傳導、熱對流和熱輻射理論建立了雙陶瓷層熱障涂層不透明和半透明物理模型,采用有限元ANSYS軟件模擬了穩態溫度場.雙陶瓷層在不透明時,頂層厚度增加,頂層上表面溫度線性增加,第二層和黏結層上表面溫度線性降低.在半透明性弱時,與不透明情況類似.在半透明性強時,頂層上表面溫度略低于不透明時,第二層上表面溫度高于不透明時,黏結層上表面溫度先快速后緩慢降低再保持不變,且遠高于不透明時.

設備與能源

絕熱層對鋼包熱行為的影響

吳鵬飛, 徐安軍, 賀東風, 田乃媛

2012, 34(5): 563-570. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.05.016

[摘要](196)

[PDF 1017KB](6) [施引文獻] ()

摘要:
建立了基于有限元法的鋼包二維傳熱模型,運用Ansys軟件對鋼包在不同絕熱層厚度情況下的熱狀態及保溫性能分別進行了模擬計算.有絕熱層的鋼包可以明顯地提高自身的保溫性能,且隨著絕熱層厚度的增加,保溫效果愈加突顯,但幅度越來越小.與無絕熱層的鋼包相比,在絕熱層厚度達到20 mm時,鋼包預熱時間縮短約1 h,節約煤氣消耗1000 m³,降低鋼水溫降約6℃.在熱飽和階段,鋼包外壁溫度平均降低了100℃,包壁散熱減小,1h可以節能1255680kJ,折合標準煤43kg.最后利用現場實測數據進行了驗證,結果表明模擬結果正確可信.

楔橫軋小斷面收縮率軸類件的橢圓度研究

孟令博, 張康生, 劉文科, 胡正寰

2012, 34(5): 571-575. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.05.009

[摘要](252)

[PDF 788KB](6) [施引文獻] ()

摘要:
利用有限元軟件對楔橫軋成形小斷面收縮率軸類件的橢圓度進行數值模擬,通過對數值模擬結果進行正交回歸分析,研究工藝參數對小斷面收縮率軋件橢圓度的影響規律.結果表明:展寬角和斷面收縮率對軋件橢圓度影響顯著,展寬角越大或斷面收縮率越小,則軋件橢圓度越大;當斷面收縮率較小時,成形角對軋件橢圓度幾乎沒有影響.并解釋了各工藝參數對軋件橢圓度影響的原因.通過軋制實驗,驗證了數值模擬結果的可靠性.

寬帶鋼冷軋機輥系縱向剛度特性對比

楊光輝, 張杰, 李洪波

2012, 34(5): 576-581. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.05.010

[摘要](180)

[PDF 485KB](6) [施引文獻] ()

摘要:
針對目前廣泛使用的CVC和HC兩種主要軋機機型,利用大型有限元軟件ANSYS 9.0建立了三維輥系有限元模型,分析了不同機型的四輥和六輥軋機在不同竄輥、彎輥工況下的軋制力縱向剛度和彎輥力縱向剛度的變化情況.在相同工況下的四輥軋機的軋制力縱向剛度要大于六輥軋機.中間輥竄輥或工作輥竄輥對HC軋機的軋制力縱向剛度和彎輥力縱向剛度的影響要大于CVC軋機.

控制與決策

前饋厚度控制的外部自激勵定量反饋調節

張明, 楊衛東

2012, 34(5): 582-589. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.05.018

[摘要](156)

[PDF 611KB](6) [施引文獻] ()

摘要:
分析了板材軋制過程中出口厚度變化的成因.將不確定擾動的影響歸結為軋機剛度系數攝動和軋件塑性系數攝動,建立了雙攝動厚度控制模型.綜合考慮軋機系統的外部不確定擾動,針對軋制道次間的不確定性,在頻域內將板厚信息轉化為軋機系統邊界性能指標,設計抑制前饋擾動的外部自激勵定量反饋控制器.仿真實驗表明,設計的控制器能有效抑制軋制過程中的外部擾動,具有良好的魯棒性能,并能直觀保證系統調整時的魯棒穩定性,適于工業生產.

一種模糊認知圖分類器構造方法

馬楠, 楊炳儒, 翟云, 李廣原, 張德政

2012, 34(5): 590-595. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.05.019

[摘要](184)

[PDF 410KB](10) [施引文獻] ()

摘要:
提出了一種新的模糊認知圖分類器模型構造方法,它包括構建流程、激活函數、推理規則和學習方法等核心構件.模型利用提出的動態交叉變異算子自適應遺傳進化過程,實現種群間自動調節和自動適應.仿真實驗表明:本文提出的模型增強了局部隨機搜索能力,加強了算法的全局收斂能力,與其他經典分類方法相比,不但性能較好,而且具有較強的抗噪能力,從而具有更強的魯棒性.

基于加權閾值容差關系的不完備信息系統粗糙集模型

武森, 蒲立, 程鍇, 高學東

2012, 34(5): 596-601. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.05.020

[摘要](181)

[PDF 362KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
針對已有的不完備信息系統粗糙集擴充模型沒有考慮屬性的權重的缺點,提出基于加權閾值容差關系的粗糙集擴充模型.該模型根據給出的不完備信息系統信息量計算權重,不需引入系統外知識,權重確定比較客觀;同時引入閾值來調整加權閾值容差類判定的嚴格程度,兼顧了人的主觀要求,并能預先排除因自身不滿足閾值條件而不可能與任何其他對象劃為同一加權閾值容差類的對象,但不影響類的完整性.實例對比分析表明,與其他模型相比,基于加權閾值容差關系的粗糙集擴充模型符合不完備信息系統應用客觀實際,具有更強的適應能力.

生物工程

乳酸菌USTB-08的高效培養和生產乳酸

呂樂, 張可毅, 趙鵬, 尹春華, 劉曉璐, 許倩倩, 閆海

2012, 34(5): 602-607. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.05.003

[摘要](235)

[PDF 388KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
在成功篩選出一株高產乳酸的乳酸菌USTB-08基礎上,分別采用批量和補料發酵培養,通過改變碳源、氮源、碳氮比、溫度和pH值等研究了乳酸菌USTB-08生長和產乳酸的優化控制條件.采用蔗糖和酵母膏作為唯一碳源和氮源(碳氮質量比為5:1)、溫度35℃、接種量1.0%及初始pH 6.50是提高乳酸菌生長的優化參數.進一步在50L全自控發酵罐中,采用質量分數為10%氫氧化鈉和25%蔗糖混合溶液作為控制pH值和碳源補料的流加液,在pH 6.00~7.00范圍內,恒定控制pH 6.50獲得了最大的乳酸菌生物量(OD_680nm 13.2),而恒定控制pH 7.00則獲得了最高的乳酸含量(28.0 g·L^-1).本研究首次采用控制pH值與流加蔗糖同步進行的培養方式,獲得了高細胞濃度的乳酸菌和高質量濃度的乳酸.