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

國內發行：北京報刊發行局

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單　　價：40元/期，全年480元

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2012年第34卷第6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

礦山微地震活動時空分布

吳愛祥, 武力聰, 劉曉輝, 王春來, 黃武勝, 朱權潔

2012, 34(6): 609-613. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.06.004

[摘要](281)

[PDF 552KB](7) [施引文獻] ()

摘要:
利用最短距離聚類法對某礦山微地震活動的時空分布進行了分析,結合現場采掘計劃,有效識別了井下地壓活動區.通過建立各活動區內微震參數時間序列曲線,研究了局部圍巖的應力變形規律,探討了巖體失穩的前兆規律.結果表明:研究期間井下各微震聚集區相互孤立,采掘活動不會引起大范圍的地壓活動;微震累計事件數及累計能量時間序列曲線出現由平靜突然增大時表征了巖體內累積應變能的突然釋放,預示圍巖穩定性的劣化.根據研究結果,最終建立了基于微震監測技術井下巖體穩定性研究的一般模式.

多層煤-巖介質中扇形深孔爆破應力場特性

龔敏, 王楚涵, 王華

2012, 34(6): 614-619. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.06.005

[摘要](268)

[PDF 669KB](4) [施引文獻] ()

摘要:
在大量現場實驗基礎上選擇有代表意義的實際工程為背景,利用三維數值模擬方法,建立了較合理的煤-巖介質穿層爆破計算模型,獲得不同位置抽放孔有效應力隨時間的變化規律,分別探討了各特定位置有效應力隨距離增加而衰減的差異.計算結果表明:在計算模型條件下,復合介質孔口煤層和孔底煤層中爆破擊穿范圍分別為1.4和1.8 m;孔底由于受應力波的疊加和反射雙重作用影響,在相同距離時孔底有效應力平均值較孔口大73%;煤-巖復合介質中煤層爆破效果優于單煤層爆破效果,在同等情況下,復合介質煤層中孔口處有效應力極值較單煤層增加17%～42%,孔底增加6%～24%.

有機改性膨潤土法處理印鈔廢水

邢奕, 譙耕, 阿爾曼, 冉飛, 郭鵬

2012, 34(6): 620-624. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.06.018

[摘要](133)

[PDF 308KB](4) [施引文獻] ()

摘要:
采用有機改性膨潤土法對某印鈔廠的高濃度有機難降解廢水進行處理以降低水中的有機污染物和水體顏色.實驗結果顯示,聚合氯化鋁(PAC)投加量對于處理效果的影響最大,當膨潤土投加量為15 g·L^-1,聚合氯化鋁投加量為3.5 g·L^-1,攪拌時間為0.5h時,處理效果最佳,印鈔廢水吸光度去除率高達96.55%,化學需氧量(COD)去除率最高達到73.31%.使用該方法對印鈔廢水處理,可以有效降低水體COD和表觀顏色,并且不引入新的污染物,無濃水排放,非常適合作為廢水深度處理的預處理工藝.

赤鐵礦石隧道窯直接還原助還原劑的作用及機理

何洋, 王化軍, 孫體昌, 胡文韜, 李宏靜

2012, 34(6): 625-631. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.06.006

[摘要](248)

[PDF 741KB](9) [施引文獻] ()

摘要:
對隧道窯直接還原焙燒-磁選法處理低品位難選赤鐵礦石進行了探討,重點研究助還原劑NCP的作用及機理.以煤作還原劑,質量分數為20%,CCO和NCP為助還原劑,質量分數分別為15%和5%,在焙燒溫度為1200℃,焙燒時間為8 h的條件下,可以得到鐵品位92.61%、鐵回收率92.38%的鐵精礦.利用X射線衍射和掃描電鏡對助還原劑NCP的作用機理進行分析.結果表明NCP可以與原礦中石英發生反應,生成硅鈉石和鈉長石,破壞原礦結構,使還原性氣體更易與赤鐵礦接觸發生還原反應生成金屬鐵.

冶金與材料

紅土鎳礦微波水熱法浸提鎳鈷

趙艷, 彭犇, 郭敏, 張梅

2012, 34(6): 632-638. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.06.013

[摘要](203)

[PDF 484KB](7) [施引文獻] ()

摘要:
采用微波水熱鹽酸浸出方法對腐泥土型紅土鎳礦提取鎳鈷進行了研究,詳細探討了焙燒預處理、微波水熱浸出溫度和浸出時間對鎳鈷浸出率的影響.對于300℃焙燒預處理后的紅土鎳礦,微波水熱溫度為50℃,浸出時間為1 h時,鎳的浸出率高達93.65%,鈷的浸出率為87.86%.紅土鎳礦的微波水熱浸出體系與普通水熱浸出體系相比,鎳和鈷的浸出效果更好.研究表明,擴散過程是鎳、鈷浸出過程的主要限制環節.

薄帶連鑄AISI304不銹鋼中鐵素體行為

黃福祥, 王新華, 王萬軍

2012, 34(6): 639-643. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.06.014

[摘要](180)

[PDF 805KB](6) [施引文獻] ()

摘要:
為了確定薄帶連鑄AISI304不銹鋼凝固過程中殘留鐵素體的生成及轉變行為,采用彩色金相、電解侵蝕、電子背散射衍射分析技術及X射線衍射分析等研究手段對雙輥薄帶連鑄AISI304不銹鋼凝固組織及殘留鐵素體特征進行了研究.結果表明AISI304不銹鋼薄帶的凝固組織由表層胞狀晶區、中間柱狀晶區和中心等軸晶區三部分組成.薄帶表層胞狀晶區內殘留鐵素體呈棒狀,柱狀晶區的殘留鐵素體形態為魚骨狀,中心等軸晶區的殘留鐵素體呈彎曲的樹枝狀;薄帶的表層胞狀晶區殘留鐵素體的質量分數為4.6%～6.6%,柱狀晶區內的殘留鐵素體質量分數為3.6%～3.7%,中心等軸晶區內的殘留鐵素體質量分數為11.27%～11.34%;殘留鐵素體沿著厚度方向呈現"W"狀分布.

鐵素體基Ti-Mo微合金鋼超細碳化物析出規律

段修剛, 蔡慶伍, 武會賓, 唐荻

2012, 34(6): 644-650. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.06.007

[摘要](271)

[PDF 997KB](6) [施引文獻] ()

摘要:
利用光學顯微鏡、透射電鏡和能譜分析等方法對兩種不同Ti含量的鐵素體基Ti-Mo微合金鋼中析出相的尺寸、分布特征、析出規律和成分進行了研究.結果表明:鋼中絕大多數析出相為超細碳化物,尺寸小于10 nm,析出相尺寸呈正態分布.隨著Ti質量分數由0.072%增到0.092%,析出粒子平均尺寸增大,分布峰值向粒子尺寸增大的方向移動.Ti-Mo微合金鋼具有柵格狀的相間析出方式,柵格間距受冷速的影響較大,晶內和靠近晶界處的柵格間距不同.能譜分析發現,不同尺寸的粒子Mo含量不同,較大顆粒(50 nm左右)析出相中不含Mo,小顆粒(<20 nm)中碳化物是Ti和Mo的復合析出相,且隨著粒子尺寸的減小,成分中Mo所占比重增大.

9Ni鋼中逆轉變奧氏體的穩定性

張坤, 武會賓, 唐荻, 孫衛華

2012, 34(6): 651-656. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.06.008

[摘要](271)

[PDF 998KB](12) [施引文獻] ()

摘要:
為了研究逆轉變奧氏體在應力和低溫條件下的穩定性,通過透射電子顯微鏡對淬火+回火(QT)和淬火+兩相區淬火+回火(QLT)處理9Ni鋼中逆轉變奧氏體進行形貌觀察.結果發現QT處理鋼中逆轉變奧氏體以塊狀形態存在;QLT處理鋼中逆轉變奧氏體以塊狀和薄膜狀存在,薄膜狀逆轉變奧氏體分布在板條邊界上.通過X射線衍射對液氮浸泡前后逆轉變奧氏體含量和其碳含量的變化進行測量,發現QLT工藝處理后在液氮中穩定存在的逆轉變奧氏體的含量要高于QT工藝.通過三點彎曲試驗、單軸拉伸和壓縮試驗研究其機械穩定性,發現拉應力和壓應力均能促使逆轉變奧氏體轉變,大部分殘留奧氏體分布在晶內.

E690海洋平臺用鋼力學性能和海洋大氣腐蝕行為

張杰, 蔡慶伍, 武會賓, 樊學華, 張明潔

2012, 34(6): 657-665. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.06.009

[摘要](339)

[PDF 2450KB](37) [施引文獻] ()

摘要:
以傳統的E36海洋平臺鋼為對比鋼,研究三種E690海洋平臺鋼的組織和力學性能,以及模擬海洋大氣環境下的腐蝕行為.通過失重法測得實驗鋼在不同腐蝕時間下的腐蝕速率,利用掃描電鏡和X射線衍射儀觀察并測定了銹層的形貌特征和相組成,采用電子背散射衍射技術對實驗鋼的晶界類型進行分析.結果表明:以貝氏體組織為特征的E690海洋平臺鋼具有優異的力學性能,-40℃的沖擊值超過了200 J;晶界類型主要為3°~15°的亞晶界和大于50°的大角度晶界;E690海洋平臺鋼周浸16 d后的銹層致密且腐蝕速率已趨于穩定,最低腐蝕速率為0.84 mm·a^-1,遠低于組織為鐵素體+珠光體鋼的1.4 mm·a^-1,實驗鋼的銹層主要由Fe₃O₄、α-FeOOH、β-FeOOH及γ-FeOOH四種晶態相和非晶無定形物組成.通過分析得出,熱處理工藝和組織構成對材料的初期腐蝕行為有重要影響,而化學成分和銹層自身的致密性對材料后期腐蝕行為起決定作用.

超聲鑄造7050鋁合金的微觀組織和宏觀偏析規律

陳鼎欣, 李曉謙, 黎正華, 蔣日鵬

2012, 34(6): 666-670. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.06.010

[摘要](197)

[PDF 680KB](11) [施引文獻] ()

摘要:
采用不同功率超聲對鋁熔體進行處理,研究超聲場對7050鋁合金凝固組織和宏觀偏析的影響規律.結果表明:超聲振動產生的空化效應和聲流效應影響熔體的凝固過程,合理功率的超聲能有效細化晶粒、優化組織及改善宏觀溶質分布.當超聲功率達到170 W時,鑄錠徑向宏觀偏析的弱化效果最好,Zn、Mg和Cu的偏析指數分別為0.0593、0.0565和0.0319;超聲功率超過170 W,溶質元素在中心區域富集量顯著提高,宏觀偏析程度增大.

TA2-Q235B爆炸復合板鋼側組織特征

劉繼雄, 趙愛民, 江海濤, 唐荻, 王進

2012, 34(6): 671-676. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.06.011

[摘要](155)

[PDF 1431KB](4) [施引文獻] ()

摘要:
借助光學顯微鏡、電子背散射衍射和掃描電子顯微鏡等測試技術和手段,系統地研究熱處理溫度對TA2-Q235B爆炸復合板鋼側組織轉變的影響,并分析了其形成機理.結果表明:在熱處理過程中,鋼側界面組織發生脫碳,形成完全由鐵素體組織組成的脫碳層,這些鐵素體沒有織構特征;當熱處理溫度在850℃及以下時,鋼側界面組織在靠近波頭漩渦的地方發生異常長大,形成粗大的鐵素體;當熱處理溫度在900℃及以上時,鋼側界面組織在鈦鋼復合界面上發生異常長大,產生柱狀的鐵素體組織.這些組織的形成受到碳元素的擴散和鋼側基體組織相變的共同作用.熱處理過程中,界面產生的TiC在界面上分布不均,隨溫度升高,在界面局部富集,從而加速了碳元素向界面的擴散.

耐燒蝕硅基纖維布增強酚醛樹脂復合材料的高溫氧化性能與力學性能

譚玨, 鄭裕東, 匡松連, 王巧莉, 席雄超, 姚學鋒

2012, 34(6): 677-682. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.06.002

[摘要](261)

[PDF 1191KB](8) [施引文獻] ()

摘要:
針對目前廣泛應用的耐燒蝕硅基纖維布增強的復合材料存在的問題,比較了三種不同的硅基纖維布增強酚醛樹脂復合材料的高溫氧化后的失重率、力學性能和宏觀/微觀形貌的變化.發現高溫氧化后,混編復合材料失重率的變化明顯大于單編復合材料失重率的變化;高溫氧化后材料的彈性模量隨溫度升高而減小.在三種硅基纖維布增強的復合耐蝕材料中,單編硅基纖維布增強的復合材料具有更好的抗高溫氧化性能.

設備與能源

模糊C均值聚類算法在高爐料面分類中的應用

劉德馨, 李曉理, 周翔, 陳先中, 尹怡欣, 侯慶文

2012, 34(6): 683-690. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.06.015

[摘要](143)

[PDF 673KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
通過對多雷達掃描得到的高爐料面進行數據處理,根據數據的特征,分別采用模糊C均值聚類和特征加權模糊C均值聚類算法對料面數據進行分類,建立標準料面模型庫.再通過模糊模式識別中貼近度的方法把待分類的目標料面與模型庫相匹配,為后續的布料控制提供依據.該算法在某2500 m³高爐上進行了實驗,取得良好的效果.仿真結果表明了其有效性.

基于煤氣化學能最大化利用的上部吹氧豎爐靜態模型

劉炳南, 李強, 馮明霞, 鄒宗樹, 余艾冰

2012, 34(6): 691-694. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.06.016

[摘要](119)

[PDF 275KB](7) [施引文獻] ()

摘要:
針對豎爐生產中存在的煤氣還原勢未能充分利用、煤氣消耗量高以及二氧化碳排放高等問題,設計出一種上部增設吹氧裝置的豎爐.基于物料平衡和熱平衡建立了上部吹氧豎爐的靜態模型,并對其進行了數值求解模擬和分析.模擬結果表明,在典型條件下,上部吹氧豎爐每噸直接還原鐵的還原煤氣量為1404.67m³,吹氧量為20.32m³,煤氣出口還原勢降至0.56,排碳量減少26.25%,能耗減少19.56%.

鋁電解槽石墨化陰極和槽殼的變形

王維, 薛濟來, 朱駿, 馮魯興, 李吉剛, 牛慶仁, 何華, 韓立國, 王延慶, 張成浩

2012, 34(6): 695-700. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.06.017

[摘要](123)

[PDF 570KB](4) [施引文獻] ()

摘要:
通過實驗室和工業電解槽系統研究了鋁電解槽陰極和槽殼的變形,從中獲取鈉膨脹系數并用于工業陰極和槽殼的應力場的模擬分析,在考慮溫度梯度熱應力和鈉膨脹化學應力共同作用條件下,獲得了工業槽焙燒、啟動后槽殼的變形位移數值.用機械式位移計對350 kA石墨化陰極工業電解槽變形進行了長達360 d的現場測試和監測,模擬值與實測值吻合.

楔橫軋梯形螺紋軸成形機理

閆華軍, 劉晉平, 胡正寰, 劉玉忠, 王麗娟

2012, 34(6): 701-706. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.06.012

[摘要](168)

[PDF 459KB](7) [施引文獻] ()

摘要:
通過分析螺紋軸齒形成形過程,并結合金屬流動特點,獲得楔橫軋梯形螺紋軸的成形機理.考慮到軋制過程軋件螺旋升角瞬時變化特點和成形段齒形截面變化等因素設計了楔橫軋模具,采用有限元分析軟件Deform-3D對楔橫軋梯形螺紋軸齒形成形過程進行模擬,得到精度較高的梯形螺紋軸軋件.利用有限元點跟蹤功能,對軋件多個點進行跟蹤,詳細分析了軋件螺紋不同位置各點的徑向、軸向位移變化情況,從中獲得螺紋段各處金屬流動規律.采用軟件模擬參數進行了相應的楔橫軋實驗,得到的梯形螺紋軸實驗軋件與有限元模擬結果相同.模擬和實驗結果表明,模具螺旋升角采用軋件瞬時半徑對應螺旋升角時,能夠軋制出形狀精確的螺紋軸.

多孔材料熱導率通用計算方法

夏德宏, 郭珊珊, 任玲, 杜爭

2012, 34(6): 707-711. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.06.003

[摘要](351)

[PDF 533KB](31) [施引文獻] ()

摘要:
利用蒙特卡洛法對多孔材料的內部結構進行了重構,并驗證了重構模型具有自相似性和標度不變性的分形特性.對重構的多孔材料模型進行網格劃分,利用二值化原理識別網格中的固體基質和流體孔隙,構筑材料內部真實傳熱過程的串并聯混合熱阻陣列圖,建立適用于各種均質和非均質多孔材料熱導率的計算方法——二值化陣列法.基于該方法,對閉孔泡沫鋁和硅酸鋁耐火纖維材料的熱導率進行了計算,并與文獻中的實驗測量值進行了比較,具有較好的一致性,驗證了本方法的正確性和普適性.

入口氣組分對質子交換膜燃料電池柴油水蒸氣重整制氫流程的影響

徐立昊, 米萬良, 蘇慶泉

2012, 34(6): 712-717. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.06.001

[摘要](270)

[PDF 399KB](7) [施引文獻] ()

摘要:
考察了Ni-Yb/γ-Al₂O₃(Ni 16%,Yb 5%,質量分數)催化劑,入口氣中添加不同組分(CO₂、H₂和CH₄)對柴油低/高溫水蒸氣重整過程中轉化率及重整率的影響,以及添加CO₂入口氣對質子交換膜燃料電池柴油水蒸氣重整制氫流程中后續的CO水氣變換和深度去除CO過程的影響.結果表明:入口氣中添加CO₂或H₂進一步提高了柴油在低溫(400～500℃)水蒸氣重整反應中的轉化率(<95%),能夠為后續的高溫(550～750℃)水蒸氣重整過程提供CH₄代替柴油作為重整原料,從而顯著抑制了積碳.入口氣中添加H₂對高溫水蒸氣重整有抑制作用,添加CH₄不利于提高柴油轉化率.入口氣中添加CO₂時,氣碳摩爾比約為0.54時柴油轉化率最佳,但重整產物中CO含量會增加,因而后續CO水汽變換過程的空速需降低以便保證CO去除率,添加CO₂對最后深度去除CO過程(兩段選擇甲烷化法)無明顯影響.

控制與決策

基于樣條函數的光滑支持向量機模型

張曉丹, 邵帥, 劉欽圣

2012, 34(6): 718-725. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.06.019

[摘要](141)

[PDF 476KB](6) [施引文獻] ()

摘要:
應用光滑函數改進支持向量機模型,得到無約束條件、可微的二次規劃問題,從而可以采用快速的最優化算法求解光滑支持向量機模型.提出了一種廣義三彎矩方法,用這個方法構造出新的五次樣條光滑函數和七次樣條光滑函數.證明了上述兩個樣條光滑函數的逼近精度均高于已有的各種光滑函數;基于上述兩個樣條函數的光滑支持向量機模型的收斂精度也高于已有的各種光滑支持向量機模型.

土木與建筑

基于我國規范RC框架結構的延性折減系數

王樹和, 張舉兵, 宋波, 趙赤云

2012, 34(6): 726-730. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.06.020

[摘要](133)

[PDF 334KB](8) [施引文獻] ()

摘要:
提出了一種基于能力譜原理的多自由度體系延性折減系數計算方法,然后依據我國抗震規范按照不同高度、不同設防烈度設計了三組九個RC框架結構,并采用Pushover方法計算了它們的延性折減系數、超強系數和強度折減系數.發現高烈度區的結構,在相同高度下具有較低的儲備強度,而在相同設防烈度下,結構越高強度儲備越低.根據研究結果,指出了我國現行抗震規范下RC框架結構地震作用取值中的不足,并提出了對規范的修改建議.