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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2013年第35卷第3期

欄目

冶金與材料
設備與能源
控制與決策
土木與建筑
環境與安全

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冶金與材料

還原氣氛對流態化還原鐵礦粉黏結失流的影響

邵劍華, 郭占成, 唐惠慶

2013, 35(3): 273-281. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2013.03.010

[摘要](157)

[PDF 2874KB](10) [施引文獻] ()

摘要:
采用熱態可視流化床裝置研究了973~1173 K不同氣氛條件對流態化還原鐵礦粉黏結失流的影響.研究發現,一定表觀氣速條件下溫度和還原氣氛組成對失流時鐵礦粉的金屬化率影響不大,而失流時顆粒微觀形態受還原氣種類和溫度的影響較顯著,但還原氣體積分數對形態的影響較小.此外,流化時間隨著還原氣體積分數的增大而逐漸縮矩,并通過線性擬合得到了不同溫度時二者間的數學關系式.

焦炭反應性對高爐塊狀帶含鐵爐料還原的影響

吳勝利, 庹必陽, 張麗華, 郭亮, 武建龍, 周宇

2013, 35(3): 282-287. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2013.03.011

[摘要](152)

[PDF 816KB](15) [施引文獻] ()

摘要:
研究了五種具有不同反應性的焦炭對高爐塊狀帶含鐵爐料還原的影響規律,并對料層的壓差、CO體積分數以及含鐵爐料的還原程度進行了分析.當爐內通入的原始氣體中CO體積分數(僅考慮CO和CO₂)為72.22%時,隨著焦炭反應性的增強,焦炭氣化速率加快,含鐵爐料顆粒周圍的CO體積分數升高,含鐵爐料的還原度依次增高,還原度從使用低活性焦炭時的33.18%增大到使用高活性焦炭時的53.83%;而當原始氣體成分中CO體積分數為66.67%時(低于900℃還原FeO的平衡氣相體積分數),使用高反應性焦炭也可還原出金屬鐵.由此可見,適當增加入爐焦炭的反應性,可促進焦炭與含鐵爐料間的耦合反應,提升料層CO體積分數,提高含鐵爐料進入軟熔帶區域的金屬化率.

Fe-Ni-O體系中Fe/Ni的還原行為

魏文潔, 張延玲, 魏芬絨, 楊小剛, 胡曉軍

2013, 35(3): 288-296. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2013.03.015

[摘要](142)

[PDF 973KB](11) [施引文獻] ()

摘要:
取電阻爐實驗和熱重分析等手段,探討了Fe-Ni-O體系中不同條件下的產物組成及Fe/Ni的還原行為.結果表明:五種樣品的還原難度由低到高依次為NiO2O₃+Ni2O₃+NiO2O₄2O₃;Ni元素能夠促進鐵氧化物還原,其促進作用由Ni元素的初始狀態決定,單質Ni>氧化物NiO>NiFe₂O₄中的Ni;NiFe₂O₄的還原過程中各產物由低溫到高溫依次出現的次序為Fe₃O₄、Ni、(Fe,Ni)、Fe和Fe_0.64Ni_0.36.根據實驗結果,對五種氧化物體系的還原過程進行了探討,并獲得了活化能、控速環節等重要參數及相關反應機理.

20Mn2車橋管推方裂缺陷研究

張立強, 包燕平, 王敏, 李怡宏, 林路

2013, 35(3): 297-303. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2013.03.005

[摘要](282)

[PDF 1861KB](11) [施引文獻] ()

摘要:
為了探尋20Mn2車橋管在加工過程中產生推方裂缺陷的原因,借助光學顯微鏡、掃描也子顯微鏡、氧氮分析儀等測試手段,研究了推方裂的影響因素和形成機理.結果表明裂紋均出現在冷推方后的方管角部,缺陷試樣氮的質量分數達70×10^-6以上,在裂紋試樣低倍組織中發現上貝氏體組織,裂紋處有鋼中夾雜物存在.通過降低鋼液增氮、提高淬火冷速以及減少鋼中夾雜物,可以有效減少推方裂的產生.

鈮對高鋼級管線鋼中第二相析出與奧氏體晶粒長大行為的影響

齊亮, 趙征志, 趙愛民, 黃耀

2013, 35(3): 304-311. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2013.03.006

[摘要](279)

[PDF 1343KB](14) [施引文獻] ()

摘要:
基于雙亞點陣模型,計算了兩種不同鈮含量的高鋼級管線鋼在不同溫度下Nb、Ti和Al的析出量,測定了不同加熱溫度和保溫時間下奧氏體晶粒尺寸,建立兩種鋼奧氏體晶粒長大模型.發現Nb含量增加提高了其全固溶溫度,并且溫降過程中Nb析出量顯著增多,在晶界兩邊析出的細小碳氮化物對奧氏體晶粒長大有顯著的陰礙作用.高鈮鋼加熱溫度為1250℃時奧氏體晶粒顯著粗化,預測模型也不同于1050~1200℃的模型,但相同保溫溫度下晶粒尺寸明顯小于低鈮實驗鋼.通過數據擬合計算出高鈮鋼的長大激活能遠遠高于低鈮鋼,再次證明高Nb的管線鋼在1200℃以下能夠有效地細化奧氏體晶粒,預測模型與實驗值吻合較好.

退火工藝對釬具用鋼22Si2MnCrNi2MoA帶狀組織的影響

朱洪武, 劉雅政, 徐盛, 閆永明, 王磊英, 黃斌

2013, 35(3): 312-318. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2013.03.007

[摘要](295)

[PDF 1678KB](9) [施引文獻] ()

摘要:
使用光學顯微鏡、掃描也鏡和能譜儀等研究了釬具用鋼22Si2MnCrNi2MoA動態連續冷卻相變規律和退火工藝優化,分析了冷卻速度對連續冷卻轉變曲線和相變組織的影響,探討了22Si2MnCrNi2MoA鋼帶狀組織成因及改善措施.22Si2MnCrNi2MoA鋼具有較高的淬透性,在形變后空冷即可得到貝氏體+馬氏體組織.在所選取的溫度和時間范圍內,710℃退火保溫5 h為最優的退火工藝,等溫退火并不能改善鋼中帶狀組織的成分不均.帶狀組織的形成是由于化學元素Si、Mn、Cr、Ni和Mo的偏聚引起的,提高橫截面內變形均勻程度對于改善棒材組織均勻性是有利的,但冶金過程成分偏析均質控制才是減輕或消除帶狀組織成分不均的關鍵.

連續退火的無Si TRIP鋼的組織和力學性能

定巍, 龔志華, 唐荻, 江海濤, 王寶峰

2013, 35(3): 319-324. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2013.03.008

[摘要](286)

[PDF 1252KB](10) [施引文獻] ()

摘要:
在實驗室用Gleeble3500熱模擬試驗機制備了一種無Si TRIP鋼.利用拉伸試驗機、掃描電鏡、透射電鏡、X射線衍射以及熱膨脹儀對其力學性能、微觀組織和相變規律進行研究,在此基礎上分析了貝氏體相變溫度和時間對力學性能和殘余奧氏體的影響.無Si TRIP鋼呈現出良好的整體力學性能,抗拉強度分布在740~810 MPa,延伸率均在25%以上,最高可達32%以上;貝氏體等溫溫度為420℃時能獲得最佳的綜合力學性能,抗拉強度隨貝氏體相變時間增加而下降,延伸率隨之上升,而屈服強度沒有顯著變化.無Si TRIP制的鐵素體晶粒大小約為3~4μm,比含Si TRIP鋼鐵素體晶粒細小;殘余奧氏體的體積分數在8%~10%,比含Si TRIP鋼低約3%;420℃保溫300 s后貝氏體相變基本結束,而碳的擴散仍然在進行;無Si TRIP鋼貝氏體相變速率比含Si TRIP鋼快,貝氏體相變總量也更多.

Mo對耐火鋼高溫屈服強度的影響

萬榮春, 孫鋒, 張瀾庭, 溫東輝, 胡曉萍, 單愛黨

2013, 35(3): 325-331. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2013.03.009

[摘要](240)

[PDF 2131KB](9) [施引文獻] ()

摘要:
設計了一系列Mo質量分數從0.1%到0.8%的Fe-Mo-C三元模型鋼.采用兩種不同熱處理工藝制度得到不同的組織,研究了Mo元素對耐火鋼高溫強度的兩種強化形式:固溶強化和貝氏體相變強化.Mo可以顯著提高耐火鋼的高溫強度,它在耐火鋼中的主要高溫強化機理是固溶強化.Mo質量分數不高于0.5%時,其高溫固溶強化效果明顯,每添加0.1%的Mo,600℃的屈服強度增量為13.71 MPa;但當Mo質量分數大于0.5%后,高溫強度增幅逐漸減小.此外,貝氏體相變強化對耐火鋼的高溫強度也有重要影響.當貝氏體體積分數達到20%時,耐火鋼的高溫強度顯著增加.

304不銹鋼在西沙海洋大氣環境中的腐蝕行為

駱鴻, 李曉剛, 肖葵, 董超芳

2013, 35(3): 332-338. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2013.03.002

[摘要](343)

[PDF 2072KB](23) [施引文獻] ()

摘要:
采用掃描電鏡、能譜、電化學阻抗譜和拉曼光譜等分析測試手段,研究了西沙群島苛刻海洋大氣環境下,經過不同時間暴露后304不銹鋼的腐蝕行為和機理.304不銹鋼在西沙大氣暴露后的腐蝕類型主要是以局部腐蝕的點蝕為主,腐蝕產物主要由β-FeOOH、γ-Fe₂O₃和Fe₃O₄組成.隨暴露時間的延長,不銹鋼表面鈍化膜的穩定性變差,點蝕數目增加、點蝕坑深度增大日.表面腐蝕產物覆蓋率也逐漸增多.與其他部位相比,點蝕更容易在表面劃痕處產生.提高表面加工精度,有助于提高其耐腐蝕性能.

Q235鋼在青霉菌作用下的腐蝕行為和電化學特性

李松梅, 王力鋒, 杜娟, 劉建華, 于美

2013, 35(3): 339-346. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2013.03.003

[摘要](270)

[PDF 1541KB](8) [施引文獻] ()

摘要:
采用表面分析技術、失重法及電化學測試方法研究了Q235鋼在青霉菌(Penicillium)作用下的腐蝕行為和電化學特性.青霉菌在Q235鋼表面形成致密的生物膜和腐蝕產物沉積膜層.青霉菌促進Q235鋼的腐蝕,腐蝕類型為點蝕坑.青霉菌體系中試樣表面膜經歷由游離態變為固著態,由單層逐漸變為多層的過程;生物膜作用與細菌活性有關,當活性降低時微生物腐蝕促進作用也大幅降低.

副產硫酸鈣室溫固相球磨制備氧化鈣

馬玉文, 馮雅麗, 李浩然

2013, 35(3): 347-351. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2013.03.001

[摘要](314)

[PDF 652KB](11) [施引文獻] ()

摘要:
以錳尾礦制備硫酸錳過程中副產硫酸鈣為原料在室溫下與碳酸氫銨進行固相球磨反應,制備出氧化鈣的前驅體碳酸鈣,然后將其煅燒得到氧化鈣.分別考察了物料配比、球磨時間、球料質量比等因素對硫酸鈣轉化率的影響,采用X射線衍射和化學分析方法對產物進行了分析,并對室溫固相球磨反應的機理進行了探討.在物料配比(摩爾比)為3.5:1、球磨時間為40 min以及球料質量比為5:1時,硫酸鈣的轉化率可達到99.8%,將固相產物在1000℃熱解1 h后所制備的氧化鈣純度為99.2%.室溫球磨過程細化了反應物的顆粒尺寸,增加了反應物的接觸面積,為引發反應提供了必要的能量,因此提高了化學反應的有效性.

仲鎢酸銨還原制備超粗球形鎢粉

辛延君, 郭志猛, 羅驥, 王瑞欣, 方哲成

2013, 35(3): 352-357. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2013.03.012

[摘要](173)

[PDF 1613KB](7) [施引文獻] ()

摘要:
以鎢酸銨溶液為原料,加入含Li、Na和K堿金屬鹽的添加劑,在濕氫條件下還原制備粗晶球形鎢粉.研究了堿金屬鹽的種類、含量及還原時間對仲鎢酸銨粉末及鎢粉的影響.通過掃描電鏡、能譜儀、X射線衍射儀和檢驗分析篩對仲鎢酸銨及粗晶鎢粉的形貌、成分、物相組成及粒度分布進行表征.研究表明,采用鎢酸銨溶液為原料,添加劑（NaCl、KCl和Li₂CO₃）為3 g·L^-1,在1000℃濕氫條件下還原180 min,可直接制備出流動性良好、近球形、晶粒發育完整且均勻的粗晶鎢粉.其平均粒徑達到67μm,最大粒徑可達150μm,最大松裝密度為13.41 g·cm^-3,最佳流動性為每50 g粗晶鎢粉用時9 s.

設備與能源

楔橫軋窄臺階軋齊曲線的微分方程解法

趙然, 張康生

2013, 35(3): 358-364. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2013.03.004

[摘要](322)

[PDF 996KB](9) [施引文獻] ()

摘要:
為了解決目前軋齊理論應用于窄臺階軋齊曲線求解時精確性不足的問題,同時為了進一步了解軋齊成形本質,通過改進幾何模型,分析并給出各影響因素之間關系函數,將軋齊曲線求解問題描述成為微分方程初值問題.通過軟件編程應用數值方法進行求解,得到窄臺階軋齊曲線函數的離散值.使用有限元模擬計算及軋制試驗的方法,將計算結果與文獻作對比.通過對比分析模擬和實驗結果中臺階面的尺寸,證明該解法不但是成立的,而且有利于成形更加精確的內側較窄直角臺階.

基于形態非抽樣小波和S變換的軋機振動信號分析

孫志輝, 呂文泉

2013, 35(3): 365-370. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2013.03.018

[摘要](173)

[PDF 746KB](7) [施引文獻] ()

摘要:
為了確定板帶連軋中多臺軋機振動的起振順序,首先在形態非抽樣小波一般框架的基礎上,構造了一種基于多尺度平均濾波器的形態非抽樣小波.然后通過仿真實驗,得到此形態非抽樣小波尺度與頻率之間的關系.最終利用基于多尺度平均濾波器的形態非抽樣和S變換的方法對軋機振動信號進行分析,成功提取了故障頻率的起振時間,確定了軋機的起振順序.

控制與決策

特殊鋼廠煉鋼-連鑄調度模型

王闖, 劉青, 王彬, 王寶, 穆衍清, 謝飛鳴, 王柏琳, 盧新春, 張立強, 白素宏

2013, 35(3): 371-378. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2013.03.013

[摘要](200)

[PDF 1225KB](16) [施引文獻] ()

摘要:
針對特殊鋼廠的煉鋼-連鑄調度問題,建立了多目標調度模型.在模型求解過程中,對靜態調度策略和動態調度策略進行了探討.在靜態調度部分,結合煉鋼廠運行原則,并根據煉鋼爐和連鑄機作業周期的不同對應關系,對生產模式進行了分類,給出了相應的求解方法.在動態調度部分,給出了基于規則的動態調度策略以及具體的時間調整方法.最后,根據某轉爐特殊鋼廠的實際生產狀況,在三臺連鑄機同時生產的情形下,對三個澆次的調度計劃進行了仿真計算.通過與實際生產數據的比較,表明所采用方法的有效性.

長材型特殊鋼廠產品結構及產能

王寶, 穆衍清, 居琪萍, 謝飛鳴, 王彬, 劉青, 張立強, 白素宏

2013, 35(3): 379-384. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2013.03.014

[摘要](170)

[PDF 675KB](11) [施引文獻] ()

摘要:
為了解決市場需求與鋼廠產能之間的矛盾,討論了在滿足煉鋼廠生產順行的前提下如何合理安排生產,既滿足諸多客戶對各類產品的需求,又充分發揮煉鋼廠產能,以國內某長材型特殊鋼廠為例,結合產品結構和產能的概念,分析不同鋼種間合理的生產比例及產能.從設備、工序和煉鋼廠三個層面分析產品結構和產能之間的關系,并提出了合理產品結構及產能的計算方法.

連續時間系統的目標軌跡預見跟蹤控制

廖福成, 許紹云, 王迪

2013, 35(3): 385-392. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2013.03.019

[摘要](165)

[PDF 809KB](8) [施引文獻] ()

摘要:
針對連續系統的有限時間目標軌跡預見跟蹤控制問題,給出了基于軌跡協調誤差和切換規則的預見跟蹤控制方法.該方法首先將軌跡協調誤差和位置跟蹤誤差連同狀態變量的微分組成新的系統狀態變量,把跟蹤問題轉化為調節問題,設計了基于協調誤差的帶有目標值預見的跟蹤控制系統.然后針對復雜目標軌跡跨過不同坐標軸的情況,采用切換系統方法,實現了目標軌跡的全程預見跟蹤控制.本文同時是子系統為時變系統的切換系統的典型范例.數值仿真說明了該方法的有效性.

土木與建筑

基于不同強度折減路徑下的隧洞圍巖穩定性分析

高永濤, 范高齡, 吳順川, 韓浩亮, 高利立, 周喻

2013, 35(3): 393-401. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2013.03.020

[摘要](173)

[PDF 1170KB](8) [施引文獻] ()

摘要:
為解決隧洞圍巖穩定性分析問題,開展了基于廣義Hoek-Brown屈服準則強度折減法的研究.在有限差分軟件FLAC^3D中利用FISH語言編制強度折減程序,并以計算收斂性和特征點位移突變性為判據,求得整體安全系數.針對廣義Hoek-Brown屈服準則四個基本輸入參數σ_ci、m_i、GSI和D,引入等效接近度概念,以此為基礎對比分析了七種強度折減路徑的合理性,得出折減路徑的合理性依賴于具體工程參數的結論,并通過工程實例對比驗證了上述結論.隧洞穩定性隨D值的增大而降低;將計算收斂性以及特征點位移突變性相結合作為其穩定性的判斷標準更為合理.

環境與安全

一種高濃度微生物制劑用于A²O生物膜反應器的掛膜研究

林海, 王筱雯, 董穎博, 馬偉芳, 韓東梅

2013, 35(3): 402-408. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2013.03.017

[摘要](145)

[PDF 1271KB](6) [施引文獻] ()

摘要:
針對地埋式污水處理系統的特點,將一種高濃度微生物制劑用于生物膜反應器的掛膜,研究了其在處理模擬家庭生活污水過程中的啟動特性.在進水化學耗氧量、氨氮和總磷分別為750、48和7.5 mg·L^-1的條件下,裝置運行10 d后,對三者的去除率分別達到85%、58%和35%.光學顯微鏡、環境掃描電鏡觀察顯示,隨著系統的去除率逐漸升高,微生物的種類也在逐漸改變;聚合酶鏈式反應-變性梯度凝膠電泳的檢測結果則表明,火山巖填料和懸浮填料表面生長的微生物種類較為豐富,雖然不同條件下微生物群落發生了不同程度變化,但是整個微生物系統仍保持相對的穩定性.

人群聚集預警中基于斷面雙向流量比的客流誤差分析

李燾, 金龍哲, 劉建

2013, 35(3): 409-413. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2013.03.016

[摘要](152)

[PDF 581KB](7) [施引文獻] ()

摘要:
針對密集人群的安全預警管理,結合商業街人流相向運動的特點,提出通過斷面雙向流量比進行人群聚集風險預警的思路,并對該方法的誤差進行了理論分析和實例驗證.結果表明該方法用于商業街聚集人群的風險預警時,不論測量值大于真實值還是測量值小于真實值,經過斷面進出比的比值誤差均比客流統計系統本身誤差更小,從而使客流統計產品在一定范圍內精確度有所提高.此外,可應用此方法根據實際要求的測量精度為客流統計設備選型提供依據.