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9期

欄目

資源與開發
冶金與材料
設備與能源
控制與決策

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資源與開發

皮帶運輸巷道粉塵質量濃度分布規律的數值模擬

蔣仲安, 陳舉師, 牛偉, 王晶晶, 陳梅嶺

2012, 34(9): 977-981. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.09.002

[摘要](272)

[PDF 541KB](7) [施引文獻] ()

摘要:
為了掌握皮帶運輸巷道粉塵質量濃度的分布規律,獲取通風除塵設計的合理參數,以西石門鐵礦提升車間系統40^#皮帶運輸平巷為研究背景,依據氣固兩相流理論,運用計算流體力學的離散相模型對皮帶運輸巷道粉塵質量濃度進行數值模擬,并與現場實測的粉塵質量濃度分布情況進行對比分析,模擬結果與實測數據基本吻合.研究表明,運用歐拉-拉格朗日法對皮帶運輸巷道粉塵質量濃度分布規律進行模擬是可行的.在通風除塵設計中,當巷道風速為3 m·s^-1時,排塵效果最好,粉塵質量濃度整體保持在3 mg·m^-3以下;皮帶運輸速度為2.5 m·s^-1時粉塵質量濃度較低;定期進行壁面灑水也能在一定程度上實現降塵目標.

利用氣溶膠浮選技術提高某銅鉬礦混合浮選鉬回收率

徐濤, 孫春寶, 米麗平, 閻志強, 羅盛康

2012, 34(9): 982-986. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.09.003

[摘要](241)

[PDF 330KB](9) [施引文獻] ()

摘要:
以煤油作為輝鉬礦的主要捕收劑,以氣溶膠形式進行加藥,進行了煤油用量實驗、浮選時間實驗、pH值和磨礦細度影響實驗,研究采用氣溶膠浮選技術提高某銅鉬礦鉬回收率.氣溶膠浮選技術可使銅鉬混合浮選階段鉬回收率提高3%,且浮選時間縮短20%左右;在相同的回收率下,氣溶膠浮選法使用的煤油用量可節省40%;氣溶膠浮選的最佳磨礦細度為0.074mm占65%,浮選礦漿最佳pH值為9.與傳統浮選工藝相比,氣溶膠浮選技術具有浮選效率高、藥劑用量少等特點,在低品位難選礦石浮選方面具有一定優勢.

低品位軟錳礦流態化還原焙燒

王紀學, 馮雅麗, 李浩然

2012, 34(9): 987-991. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.09.013

[摘要](186)

[PDF 347KB](10) [施引文獻] ()

摘要:
采用流化床和馬弗爐,進行了流態化還原焙燒與靜態堆積焙燒對比實驗,前者還原焙燒時間和還原效率明顯優于后者.以CO和N₂分別作為還原氣體和流體介質進行了流態化還原焙燒實驗,考察焙燒溫度、焙燒時間和還原氣氛等對還原效率的影響.在焙燒溫度800℃、焙燒時間3 min以及CO體積分數10%時,軟錳礦中二氧化錳的還原效率大于97%.在此基礎上導出了還原動力學方程,并證實還原過程由界面化學反應控制,求得表觀活化能為38.817 kJ·mol^-1.

煅燒溫度對硅藻土凈化焦化廢水效能的影響

谷啟源, 吳根, 宋存義, 李國亭, 趙偉高

2012, 34(9): 992-997. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.09.001

[摘要](251)

[PDF 1057KB](8) [施引文獻] ()

摘要:
選用臨江硅藻土和張家口硅藻土進行焦化廢水的吸附凈化,作為焦化廢水預處理和后處理的手段.考察了不同溫度煅燒對硅藻土自身性質和對焦化廢水凈化效能的影響,探討了硅藻土作為焦化廢水凈化手段的可行性.能譜分析表明原始張家口硅藻土中有機質含量偏高.煅燒前后兩種硅藻土的形貌、晶型并未發生明顯變化;煅燒后兩種硅藻土中碳含量有所減少.無論煅燒與否,臨江硅藻土在254nm和269nm處色度去除方面都明顯優于張家口硅藻土.500℃煅燒的臨江硅藻土對化學需氧量的去除率達到61.8%,而張家口硅藻土僅達到30.3%;500℃煅燒的臨江硅藻土對氨氮的去除率達到50.4%.實驗結果證明硅藻土可以作為焦化廢水的預處理和后處理手段.

冶金與材料

煉鐵用生物質焦的制備及其性能

胡正文, 張建良, 左海濱, 李凈, 劉征建, 楊天鈞

2012, 34(9): 998-1005. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.09.014

[摘要](229)

[PDF 1218KB](16) [施引文獻] ()

摘要:
采用兩種不同的升溫制度對生物質進行碳化,碳化溫度選為300、400、500、600和700℃,保溫時間分別為30、60和90 min.利用掃描電鏡及熱重分析儀對所得生物質焦的成分、微觀結構及燃燒性能等進行分析,并研究了制備條件對生物質焦的產率及與CO₂反應性的影響.結果表明,生物質焦具有與煤不同的典型管狀或片狀結構,其N、S、灰分、堿金屬含量及燃燒性能優于煤炭,適合用作煉鐵過程的還原劑和發熱劑,以替代部分煤粉和焦炭.綜合考慮,煉鐵用生物質焦的最佳制備條件是,采用恒溫加熱模式將生物質加熱至500℃進行碳化,并保溫30 min.

中厚板中間坯冷卻過程中晶粒長大及控制方法

余偉, 張志敏, 劉濤, 蔡慶伍

2012, 34(9): 1006-1010. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.09.004

[摘要](275)

[PDF 325KB](7) [施引文獻] ()

摘要:
為控制中厚板中間坯長時間待溫導致的晶粒長大,研究了中間強制水冷卻對奧氏體組織的影響.通過對Q345B鋼和含Nb-Ti鋼采用1050℃變形后快冷至1050~950℃預定溫度保溫的熱模擬方法,確定了中間坯冷卻過程中的晶粒尺寸變化規律,提出了中厚板冷卻過程中晶粒長大的控制方法,建立了Q345B鋼和含Nb-Ti鋼在中間冷卻過程中的晶粒長大模型.在中間冷卻過程中,Q345B鋼晶粒穩定性較差,而含Nb-Ti鋼晶粒穩定性良好,歸因于以鈮為主的析出相對奧氏體晶界的釘扎作用.中間坯的強制冷卻可控制奧氏體晶粒長大,63mm厚中間坯強制冷卻可有效減小平均晶粒尺寸約20μm.在實際生產中,經中間強制冷卻后16 mm厚度Q345B鋼板的沖擊韌性提高25%~70%.

大方坯連鑄過程凝固規律

肖超, 張炯明, 羅衍昭, 胡招凡

2012, 34(9): 1011-1016. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.09.015

[摘要](222)

[PDF 781KB](14) [施引文獻] ()

摘要:
通過建立425mm×320mm連鑄大方坯二維凝固傳熱數學模型,模擬了凝固坯殼的長大過程,并通過窄面射釘實驗對數學模型進行了驗證,精確得到了任意位置處大方坯凝固坯殼的厚度分布情況及最終凝固終點的位置,發現經典的凝固平方根定律對于連鑄大方坯的凝殼長大進程不再適用.回歸寬面中心坯殼厚度與凝固時間平方根的關系式發現,結晶器彎月面至二冷區出口,近似為線性關系,符合平方根定律,二冷區出口至凝固終點,二者為非線性關系,不再符合平方根定律.

超低碳深沖鋼卷曲溫度實驗室研究

屈嘯, 彭偉, 許曉嫦, 裴斐

2012, 34(9): 1017-1022. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.09.005

[摘要](244)

[PDF 1722KB](7) [施引文獻] ()

摘要:
利用Gleeble-1500試驗機、X射線衍射儀、金相顯微鏡和透射電鏡等手段,研究了卷曲溫度對一種超低碳深沖鋼顯微組織、納米級析出相和相應冷軋退火板織構的影響,并且獲得了最佳的卷曲溫度.熱軋板中的析出相主要是硫化銅以及硫化銅和硫化錳復合析出物.低溫卷曲時,析出相數量少、尺寸較大且分布稀疏.為獲得較強的有利織構和良好的沖壓性能,實驗鋼卷取溫度應選定在600℃以下.

控軋控冷TRIP鋼的微觀相組成及其與力學性能的關系

米振莉, 陳美芳, 李志超, 江海濤, 張明明

2012, 34(9): 1023-1027. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.09.006

[摘要](260)

[PDF 741KB](13) [施引文獻] ()

摘要:
采用電子背散射衍射技術等實驗方法,研究了控軋控冷工藝制備的鈮釩微合金化C-Mn-Si系熱軋TRIP鋼的顯微組織及相組成,并分析了與其對應的力學性能.奧氏體軋制過程中的熱變形及隨后的冷卻工藝對最終各相組織的形貌、大小和分布都有直接影響,并決定TRIP鋼最終的力學性能.對TRIP鋼卷取溫度的模擬結果顯示,與450和350℃模擬卷取溫度相比,400℃模擬卷取溫度能使該鋼獲得更好的綜合力學性能.

電阻焊接用高強Q125級石油套管鋼組織及其性能

王立東, 唐荻, 武會賓, 馬茂源

2012, 34(9): 1028-1035. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.09.007

[摘要](303)

[PDF 2140KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
設計了一種低合金含量的Q125級高強度石油套管用鋼,研究了熱處理工藝對實驗鋼組織和力學性能的影響.與870℃淬火+500℃回火工藝相比,實驗鋼在850℃淬火+500℃回火工藝下具有更好的強韌性配合.與870℃淬火相比,850℃淬火處理的奧氏體晶粒尺寸較小,使決定鋼力學性能的晶區、板條束尺寸細化,因此其性能更優異.淬火溫度對實驗鋼的析出行為影響不大.尺寸較大的TiN以及TiC和TiN復合析出物對奧氏體晶界起到釘扎作用,可以抑制奧氏體晶粒的長大;含有Mo的尺寸較小的TiC可以起到釘扎位錯的作用,阻止位錯移動,對強度的提高貢獻很大.

無鎳不銹鋼17Cr10Mn2MoN的制備與性能

鐘海林, 李小明, 辛棟梅, 況春江

2012, 34(9): 1036-1040. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.09.016

[摘要](136)

[PDF 1070KB](9) [施引文獻] ()

摘要:
采用氣霧化法制備含氮無鎳不銹鋼粉末,利用熱等靜壓成形并對材料進行固溶處理.熱等靜壓后,材料具有良好的強度、塑性及韌性,抗拉強度為850 MPa,屈服強度為505 MPa,延伸率為44.5%,斷面收縮率為47.5%,沖擊功為44 J.材料經1 100℃固溶處理1 h后,塑性和韌性得到進一步提高,延伸率為50.0%,斷面收縮率為55.5%,沖擊為68 J.材料強度和耐蝕性優于316L不銹鋼.

6005A與6082鋁合金熱變形流變行為

丁賢飛, 張利欣, 孫冬柏, 王志海, 王立臣, 李恒奎

2012, 34(9): 1041-1047. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.09.008

[摘要](260)

[PDF 435KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
利用Gleeble-1500熱模擬試驗機對6005A和6082鋁合金進行高溫等溫壓縮試驗,研究了在變形溫度為450~550℃和應變速率為0.005~10 s^-1條件下兩種鋁合金的熱變形流變行為.6005A鋁合金在低應變速率條件下,不同變形溫度時的流變曲線均呈現波浪形特征,隨著應變速率的增加,硬化和軟化接近平衡,表現為穩態流變特征;在高應變速率條件下,硬化過程占據主導地位,回復和硬化過程的競爭使流變曲線呈現波浪形上升的趨勢.6082鋁合金在低應變速率情況下,不同變形溫度時的流變曲線未出現周期性波動;在中等應變速率條件下也表現為穩態流變特征;在高應變速率條件下出現波浪形特征.兩種鋁合金均為正應變速率敏感材料,其熱變形是受熱激活控制.最后給出了鋁合金熱變形條件下流變應力、應變速率和變形溫度三者之間的關系式.

鑄造1060/AZ31包鋁鎂合金界面結構與顯微組織

李坊平, 于文斌, 蔣顯全, 楊青山

2012, 34(9): 1048-1053. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.09.009

[摘要](243)

[PDF 1251KB](6) [施引文獻] ()

摘要:
為探索和改善軋制包鋁鎂合金板的界面結合狀況,用氣體保護鑄造法制備了1060鋁板包覆AZ31鎂合金鑄錠.借助金相顯微鏡、掃描電鏡以及X射線衍射等分析方法,研究了復合鑄錠芯材及界面的顯微組織和相結構,并進行了硬度測試.發現AZ31鎂合金芯材組織由α-Mg基體以及沿晶界分布的不連續網狀α-Mg+β-Mg₁₇Al₁₂共晶體組成,是一種典型的鑄造離異共晶組織.鑄造包鋁鎂合金錠界面形成擴散溶解層,擴散溶解層由α-Mg固溶體層、共晶層(α-Mg+β-₁₇Al₁₂)、β-₁₇Al₁₂及AlMg化合物層組成,形成具有多層結構的冶金結合界面.提出了澆注AZ31熔體的瞬間在1060鋁板表面形成"熔池"并快速凝固的界面形成機制.

含氯離子環境下鋅鋁偽合金涂層的耐蝕性及電化學特性

劉安強, 肖葵, 董超芳, 李曉剛, 魏丹

2012, 34(9): 1054-1060. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.09.010

[摘要](178)

[PDF 2099KB](4) [施引文獻] ()

摘要:
采用鹽霧試驗和電化學阻抗譜測試技術研究了純鋅和鋅鋁偽合金涂層在含氯離子環境中的腐蝕行為和電化學特性,通過掃描電鏡、X射線物相分析等手段研究了原始涂層及腐蝕后的表面形貌和腐蝕產物的相結構,并對兩種涂層的腐蝕機理進行了初步的探討.隨著鹽霧時間的增加,純鋅涂層表面逐漸生成疏松多孔的胞狀腐蝕產物層,主要腐蝕產物為Zn₅(OH)₈Cl₂H₂O、ZnO和Zn₅(CO₃)₂(OH)₆,鹽霧試驗達到768 h后腐蝕產物層局部區域發生龜裂.鋅鋁偽合金涂層表面生成致密的腐蝕產物層,主要為Zn₅(OH)₈Cl₂H₂O、Zn_0.71Al_0.29(OH)₂(CO₃)_0.145·xH₂O及ZnAl₂O₄.電化學阻抗譜測試結果表明:隨著鹽霧時間的延長,兩種涂層的電荷轉移電阻均逐漸增大,但鋅鋁偽合金涂層的阻抗要明顯大于純鋅涂層,表現出了更好的耐蝕性.

設備與能源

基于多點雷達和最小二乘法估計高爐料面形狀

祝喬, 程漢卿, 尹怡欣, 陳先中

2012, 34(9): 1061-1064. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.09.017

[摘要](169)

[PDF 295KB](6) [施引文獻] ()

摘要:
利用多點雷達數據,使用最小二乘法對高爐的料面形狀進行估計.首先,采用三段曲線描述料面形狀,其中包括兩段直線一段二次曲線.其次,利用爐料分布規律對三段曲線的具體參數進行約束,使得料面形狀的估計更為合理.然后,利用多點雷達數據和最小二乘法估計料面形狀,實現料面的實時動態顯示.利用某鋼廠的實際雷達測量數據,證實了該方法的有效性.

轉爐局域傳質和混勻效果

徐棟, 蒼大強, 秦麗雪, 段劍鋒

2012, 34(9): 1065-1071. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.09.018

[摘要](136)

[PDF 468KB](7) [施引文獻] ()

摘要:
采用冷態轉爐對轉爐熔池局域流動和傳質效果進行了研究.選用不同氧槍噴頭、槍位和熔池形狀進行實驗,通過測量熔池各區域的電導率值來研究熔池局域傳質和混勻效果.根據實驗結果,分析了各因素對熔池傳質、死區分布、混勻時間及熔池速度均勻性等的影響.研究結果發現:標準熔池(徑深比為3.1)中,熔池死區主要位于熔池底部側壁和環流中心處;淺型熔池(徑深比為5.2)中,熔池死區主要位于熔池側壁.適當增加氧槍噴孔傾角和熔池徑深比,有利于增大熔池環流半徑,改善熔池內部流動,減小熔池內部死區.

基于動態測氫法的鋁含氫量快速檢測系統研制

孫謙, 李大勇, 王利華

2012, 34(9): 1072-1076. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.09.020

[摘要](130)

[PDF 1595KB](3) [施引文獻] ()

摘要:
以氫分壓動態檢測方法為基本原理,以西華特定律為含氫量計算公式的基本模型,研制了由真空變容單元、變容驅動單元和數據采集與處理單元構成的鋁合金熔體含氫量快速檢測系統.通過實時監測真空室實際壓強和動態計算的理論壓強以及二者的差值,快速獲得熔體氫分壓,利用經驗公式計算熔體含氫量,不僅測試速度快、測試準確,而且具有操作簡單和測試成本低的顯著特點.

基于多目標滿意優化的熱軋非對稱工作輥設計

邵健, 唐荻, 何安瑞, 楊荃, 史乃安

2012, 34(9): 1077-1083. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.09.011

[摘要](198)

[PDF 376KB](7) [施引文獻] ()

摘要:
熱軋非對稱工作輥可兼顧板形控制和自由規程軋制,其關鍵參數通常采用經驗設計法,缺乏相應的依據.本文提出了熱軋非對稱工作輥關鍵參數的理論設計方法.由于設計過程中無法精確給定已知條件,因此把多目標滿意優化引入到非對稱工作輥的參數設計中,建立了綜合滿意度目標函數,并用模擬退火遺傳算法進行滿意度最優值求解.采用滿意解代替最優解,使得輥形參數的優化設計結果更具科學性.在某熱連軋生產線上的實際應用表明,優化設計的輥形在板形控制和自由規程軋制方面均取得了理想的效果.

控制與決策

考慮傳擱能耗的304不銹鋼電爐冶煉流程最優連澆爐數計算方法

馮凱, 徐安軍, 汪紅兵, 田乃媛

2012, 34(9): 1084-1090. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.09.019

[摘要](167)

[PDF 350KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
分析了304不銹鋼電爐冶煉流程的傳擱時間和傳擱過程溫降情況,建立各個工序冶煉溫度制度與連澆爐數的關系,得知已有溫度制度下的連澆爐數僅為2爐,并以6爐連澆為例給出不同連澆爐數情況下溫度制度.通過計算流程中傳擱能耗,討論了連澆爐數與澆次總傳擱能耗和平均傳擱能耗的關系.提出了一種考慮傳擱能耗確定最優連澆爐數的方法.對比發現,當增加連澆爐數的傳擱能耗小于開澆一次耗材消耗的能耗時,最大連澆爐數為最為合理的連澆爐數.

專用爐模式下加熱爐群混裝一體化生產

徐安軍, 蘆永明, 單多, 田乃媛, 賀東風

2012, 34(9): 1091-1096. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.09.012

[摘要](168)

[PDF 555KB](8) [施引文獻] ()

摘要:
分析了連鑄-熱軋區段混裝一體化生產和加熱爐群生產模式,并在此基礎上建立了混裝一體化生產下加熱爐群調度模型.模型在滿足加熱爐生產工藝的基礎上充分考慮了板坯進入加熱爐前的等待時間和軋機空閑時間.采用禁忌搜索算法對模型進行了求解.最后,針對大批量少品種和小批量多品種兩組板坯對某鋼廠1580mm軋線非專用爐模式與專用爐模式分別進行了仿真.仿真結果表明連鑄-熱軋區段采用專用爐模式生產比傳統的非專用爐模式生產能夠明顯提高加熱爐熱效率.