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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2013年第35卷第4期

欄目

資源與開發
冶金與材料
設備與能源
控制與決策
生物技術

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資源與開發

崩落法轉階段嗣后充填法采場穩定性分析

徐文彬, 宋衛東, 杜建華, 王文瀟

2013, 35(4): 415-422. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2013.04.004

[摘要](313)

[PDF 48KB](13) [施引文獻] ()

摘要:

借助修正后的RMR方法對和睦山鐵礦工程巖體進行了分級.分別采用厚跨比法、結構力學梁理論以及普氏拱理論對礦柱進行了研究,獲得了嗣后采場破壞模型以及采場失穩演化過程.分析了采場尺寸、礦巖堅固性系數、抗拉強度以及內摩擦角對崩落法轉階段嗣后充填法采場穩定性的影響.通過極限平衡法建立了階段嗣后充填法礦柱安全系數方程.研究結果表明：礦巖的堅固性系數和抗拉強度對頂板臨界厚度影響明顯;礦巖的內聚力對礦柱的安全系數影響最為顯著.最后將上述結果應用到和睦山鐵礦嗣后采場穩定性分析中,得到了塊礦地帶的采場頂板臨界厚度和礦柱安全系數,并從理論角度分析19^#礦房跨塌的原因.

兩段強制攪拌調漿的混合特性及對煤泥浮選的影響

桂夏輝, 黃根, 袁闖, 梁華, 王永田

2013, 35(4): 423-431. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2013.04.005

[摘要](287)

[PDF 1036KB](7) [施引文獻] ()

摘要:
基于強化煤泥浮選前的礦漿預處理過程,設計了具有折葉開啟式渦輪的兩段強制攪拌裝置.通過分析兩段強制攪拌體系的流量準數、功率準數、剪切特性、循環特性以及混合效率來評價攪拌體系的混合特性,并對永城礦區的無煙煤煤泥進行了兩段強制模式的調漿浮選試驗.隨著轉速的增加,輸入兩段強制攪拌體系的能量以及混合效率增加,單位能耗的礦漿循環性能和剪切性能均減小,剪切性能減小的趨勢小于循環性能減小的趨勢.在相同轉速下,大直徑葉片的單位能耗具有較強的剪切特性及混合效率、較小的循環/剪切比.在兩段強制攪拌調漿模式下,旋流靜態微泡浮選床可獲得較好的浮選指標和較大的處理能力.大直徑和高轉速條件下的能量輸入可促進礦漿中難浮顆粒的回收,在合適的處理能力條件下能夠加強粗顆粒的回收,而在處理能力較強的條件下可以提高浮選尾煤中的細顆粒灰分.

冶金與材料

羧甲基纖維素鈉提高赤鐵礦原礦含碳球塊強度的機理

魏玉霞, 孫體昌, 余文, 曹允業, 劉真真

2013, 35(4): 432-437. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2013.04.014

[摘要](225)

[PDF 1125KB](9) [施引文獻] ()

摘要:
采用紅外光譜、X射線光電子能譜、接觸角測定等方法對添加羧甲基纖維素鈉的原礦壓球所得含碳球塊強度提高機理進行了研究.發現黏結劑羧甲基纖維素鈉中羧基(—COOH)和羥基(—OH)在原礦顆粒表面產生了化學吸附作用,使礦石顆粒表面的親水性下降;而羧甲基纖維素鈉中有機碳鏈與煤粒表面作用,使煤的疏水性下降.原礦和煤粒依靠羧甲基纖維素鈉高分子有機鏈結合起來,通過黏結劑顆粒間的黏附能力形成具有一定強度的"連接橋"網狀結構.因此加入羧甲基纖維素鈉后原礦含碳球塊強度得到大幅提高.

鉀、鈉對焦炭劣化作用

趙宏博, 蔡皓宇, 程樹森, 趙貴清

2013, 35(4): 438-447. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2013.04.015

[摘要](224)

[PDF 2725KB](8) [施引文獻] ()

摘要:
為了研究堿金屬鉀、鈉對焦炭劣化作用的區別,首先將焦炭置于不同含量的鉀、鈉氣氛下進行吸附實驗,然后對吸附堿金屬后的焦炭進行掃描電鏡觀察、能譜及X射線衍射分析和熱態性能測試.由于鈉更加容易以表面吸附的形式覆蓋在焦炭表面,所以在堿蒸氣質量比相同的氣氛下,鈉的吸附量要高于鉀.表面吸附的堿金屬對焦炭溶損反應有阻礙作用.在相同吸附量情況下,吸附鉀后的焦炭中與碳化學結合的鉀居多,反應性更高.另外,鉀金屬本身對焦炭破壞作用就很大,鉀原子會插入碳層引起微晶多維膨脹,使焦炭微觀組織產生破裂,并且這些新生的裂紋導致吸附鉀焦炭與吸附鈉焦炭在溶損方式上的不同.

COREX熔融氣化爐Rist操作線的建立和應用

湛文龍, 吳鏗, 付平, 屈俊杰, 王崇茂, 劉起航, 邵騰飛

2013, 35(4): 448-453. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2013.04.016

[摘要](179)

[PDF 889KB](7) [施引文獻] ()

摘要:
考慮了塊煤在熔融氣化爐上部揮發分的析出和采用部分氧氣燃燒析出揮發分中的焦油和碳氫化合物這一特點,利用改進的Rist操作線原理,建立了熔融氣化爐操作線圖,直觀地體現了不同因素對煉鐵過程能耗的影響.討論了COREX熔融氣化爐內上部吹氧燃燒焦油和碳氫化合物后操作線的變化,對比了加入不同塊煤和半焦對上部吹氧量、能耗的影響,分析了將塊煤中揮發分脫除后以半焦的形式加入爐內,熔融氣化爐上部煤氣氧化度、溫度和煤氣量的變化,以及對能耗的影響.

基于ANSYS有限元法的熱卷箱內中間坯溫度場分析

王曉晨, 楊荃, 劉瑞軍, 孟潔, 郭德福, 孫友昭

2013, 35(4): 454-458. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2013.04.007

[摘要](277)

[PDF 1182KB](10) [施引文獻] ()

摘要:
應用有限元分析軟件ANSYS,根據國內某廠2250熱連軋生產線上的熱卷箱工作情況,采用ANSYS生死單元和重啟動技術模擬中間坯的卷取、保溫和開卷時的生產節奏.在仿真計算的基礎上,確定中間坯在各種熱交換條件下的界面換熱系數,分析熱卷箱內各工藝參數和環境因素對中間坯溫度的影響,并根據建立的中間坯在熱卷箱內的三維溫度場的數學模型,最終計算得出中間坯在熱卷箱出口的溫度數值,為熱軋現場的溫度控制提供可行性建議.

納米TiO₂軋制液對硅鋼冷軋性能的影響

武元元, 孫建林, 王冰, 肖湘濤

2013, 35(4): 459-464. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2013.04.008

[摘要](251)

[PDF 1522KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
分別采用傳統冷軋軋制液和納米TiO₂的冷軋軋制液,對無取向硅鋼板進行了四輥冷軋實驗.重點研究兩種冷軋軋制液的軋制潤滑性能和對軋后硅鋼薄帶表面質量和耐蝕性能的影響.通過場發射電子顯微鏡和能譜儀對使用兩種軋制液軋后得到的硅鋼薄帶表面形貌和成分進行了分析.給出了軋制液中TiO₂納米粒子在軋制過程中的抗磨減摩機理.在軋制載荷較高時,納米TiO₂軋制液具有優良的軋制潤滑性能并能顯著改善軋后硅鋼薄帶的表面質量.同時在高載荷作用下,TiO₂納米粒子被壓入硅鋼薄帶基體,形成一個滑動系來支撐載荷,從而使潤滑膜的耐磨性提高.

Fe-Mn-Si-Al系和Fe-Mn-C系TWIP鋼加工硬化行為

米振莉, 靖海濤, 江海濤, 唐獲, 吳彥欣

2013, 35(4): 465-473. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2013.04.009

[摘要](280)

[PDF 2170KB](8) [施引文獻] ()

摘要:
研究了在不同應變量下Fe-Mn-Si-Al系和Fe-Mn-C系孿晶誘導塑性(TWIP)鋼的力學性能以及微觀組織,分析了TWIP效應在兩種不同系列TWIP鋼中發揮的作用,闡明了TWIP鋼的強化機制.兩種系列的TWIP鋼都具有高加工硬化能力,但層錯能較低的Fe-Mn-C系TWIP鋼加工硬化能力更強.兩種系列的TWIP鋼加工硬化表現為多加工硬化指數行為,這是由多種強化機理在不同階段起主導作用的結果.微觀組織形態與加工硬化強度之間存在著較強的關聯性.位錯的增殖和形變孿晶的產生對兩個系列TWIP鋼硬化曲線形態有著明顯的影響.在高應變階段,Fe-Mn-C系TWIP鋼大量的第一位向形變孿晶T1和第二位向形變孿晶T2,以及附著在孿晶界旁的高密度位錯區域是造成其具有高加工硬化能力的原因,而Fe-Mn-Si-Al系TWIP鋼細密的第一位向形變條紋和孿晶片層間的位錯是其高加工硬化原因,且其微觀組織更為均勻細致.

高鋼級X100管線鋼中的M-A島

阮紅志, 趙愛民, 趙征志, 齊亮

2013, 35(4): 474-480. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2013.04.010

[摘要](184)

[PDF 2552KB](15) [施引文獻] ()

摘要:
通過顯微組織分析方法,研究了冷卻開始溫度及冷卻速度對高鋼級X100管線鋼熱模擬試樣中M-A島的體積分數和尺寸的影響.結果表明降低冷卻開始溫度和提高冷卻速度都可以細化組織,導致M-A島的體積分數降低,使M-A島由尺寸較大的塊狀、條狀轉變成尺寸較小且彌散分布的塊狀、條狀.利用透射電鏡觀察了熱軋后以不同冷卻速度冷卻所得試樣組織中M-A島的形貌.發現在低的冷卻速度下,M-A島由殘余奧氏體、尺寸及取向均不同的馬氏體板條組成.在馬氏體板條中存在孿晶,證明了碳的擴散,也說明M-A島中M是孿晶馬氏體.在高的冷卻速度下,轉變為針狀、薄膜狀的M-A島弱化了鐵素體板條的界面,降低了管線鋼的韌性.因此只有控制冷速在一定范圍內,才能獲得尺寸細小、彌散分布的M-A島.

Ti-Mo微合金鋼中Mo對Ti(C,N)在奧氏體中析出量的影響

胡彬浩, 蔡慶伍, 武會賓

2013, 35(4): 481-488. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2013.04.011

[摘要](186)

[PDF 1016KB](11) [施引文獻] ()

摘要:
根據熱力學相關理論,計算了鐵基中Ti和Mo的相互作用系數.結合相關固溶量理論計算方法,對含不同量Mo和Ti的Ti-Mo微合金鋼中Ti(C,N)在800℃到1300℃的奧氏體溫度區固溶析出量進行了理論計算.分析計算結果發現:Mo可降低Ti在鐵基中的活度,抑制Ti的析出,但影響較小,影響程度隨著溫度的升高而減小;Ti含量相同時,影響程度隨Mo含量的增大而增大;Mo含量相同時,影響程度隨Ti含量的增大出現先增大后減小的現象.最后,與相關實驗數據進行對比分析認為:Ti/C原子數比約為0.5時微合金鋼力學性能最好,此時Mo含量對Ti(C.N)析出量的影響最大.

用于特殊電鍍行業的含硫活性鎳扣的制備

侯曉川, 郭金良, 丁喻, 彭俊, 沈裕軍, 蔡云卓

2013, 35(4): 489-495. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2013.04.003

[摘要](349)

[PDF 1096KB](9) [施引文獻] ()

摘要:
考察了電解液中摻硫劑TS、添加劑SB的質量濃度及電流密度等關鍵因素對鎳扣含硫量和產品物理外觀的影響,研究了1^#電解鎳與含硫鎳扣產品電化學活性的區別,確定了采用硫化鎳可溶陽極電解制備含硫活性鎳扣的工藝和最佳技術參數.最佳技術參數為：摻硫劑TS的質量濃度7.53 mg·L^-1、添加劑SB的質量濃度36.97 mg·L^-1）、平均表觀電流密度1300 A·m^-2,其他技術參數與電解鎳生產技術參數相同.在上述條件下制備出的含硫鎳扣,外表光亮,形狀規則,硫的質量分數在0.01%~0.03%之間.其電化學活性較強,化學成分也均符合1^#電解鎳的要求.該工藝目前已應用于工業生產,產品可以滿足精密電鍍行業所需特殊電鍍陽極的需求.

Zr離子注入對NiTi形狀記憶合金表面硬度和耐磨性影響

鄭蕾, 楊策, 李巖, 趙婷婷

2013, 35(4): 496-502. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2013.04.012

[摘要](173)

[PDF 1429KB](6) [施引文獻] ()

摘要:
研究了Zr離子注入參數（注入劑量和注入電流）對NiTi形狀記憶合金表面成分、形貌、硬度和耐磨性的影響.發現Zr離子注入后,Zr離子濃度在NiTi合金表面呈高斯分布,同時降低了合金表面的Ni含量.Zr離子注入后合金表面形貌出現溝槽結構,合金外表層納米硬度、楊氏模量和顯微硬度明顯提高.摩擦磨損實驗結果表明,Zr離子注入降低了NiTi合金初始摩擦因數,顯著延長了維持初始低摩擦因數的時間,同時使磨痕的寬度和深度分別減小了30%~50%和28%~50%.因此,選擇適當的注入參數可以使NiTi合金獲得最佳的耐摩擦磨損性能.

鑄軋AZ31鎂合金的高溫拉伸性能

喬軍, 邊福勃, 何敏, 張慶豐, 張永彬, 陳敏, 王瑜

2013, 35(4): 503-509. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2013.04.013

[摘要](149)

[PDF 2082KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
研究了鑄軋AZ31鎂合金的高溫拉伸性能和變形機制.在300~450℃條件下,分別以恒定拉伸速率10^-3 s^-1和10^-2 s^-1進行拉伸至失效試驗,在真實應變率為2×10^-4~2×10^-2 s^-1的范圍內進行變應變率拉伸試驗.當拉伸速率為10^-2s^-1時,試樣在400℃和450℃的延伸率均超過100%;當拉伸速率為10^-3 s^-1時,試樣在400℃和450℃的延伸率均超過200%,該條件下的應力指數ⁿ≈3,蠕變激活能^Q=148.77 kJ·mol^-1,變形機制為溶質牽制位錯蠕變和晶界滑移的協調機制.通過光學金相顯微鏡和掃描電子顯微鏡觀察顯示試樣斷口處存在由于發生動態再結晶和晶粒長大而形成的粗大晶粒,斷裂形式為空洞長大并連接導致的韌性斷裂.

設備與能源

包晶鋼寬厚板坯連鑄結晶器的熱流密度與熱行為

王衛領, 蔡兆鎮, 朱苗勇

2013, 35(4): 510-516. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2013.04.017

[摘要](234)

[PDF 1860KB](17) [施引文獻] ()

摘要:
基于熱電偶實測溫度,建立了包晶鋼寬厚板坯連鑄結晶器有限元傳熱模型和熱流密度非線性估算模型.應用模型反算獲得包晶鋼寬厚板坯結晶器的熱流密度,在與熱平衡計算得到的平均熱流密度進行比較后,闡述了模型的有效性,并分析了實際生產條件下結晶器銅板的溫度分布規律.結晶器寬面和窄面的平均熱流密度分別為1.141和1.119 MW·m^-2.溫度在靠近結晶器背面呈波浪形分布,最大溫差為29.6℃,然而在遠離背面位置,溫度變化平緩.隨距彎月面距離的增加,溫度呈降低趨勢,然而在距結晶器出口附近出現回溫現象.同時寬厚板坯連鑄結晶器的熱流密度和溫度分布均有別于傳統板坯連鑄.

熱交換管內壁半橢圓裂紋應力強度因子的數值研究

李東方, 楊海波, 李海亮, 陸永浩

2013, 35(4): 517-521. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2013.04.001

[摘要](283)

[PDF 1007KB](3) [施引文獻] ()

摘要:
使用ANSYS軟件建立了熱交換管內壁橫截面上含半橢圓裂紋的有限元分析模型,用來模擬裂紋尖端應力奇異性.通過對裂紋前緣進行離散,得到不同擴展的裂紋前緣.在不同熱機械耦合載荷下,計算并比較了不同裂紋參數下有限元模型的應力強度因子K_Ⅰ值.討論了K_Ⅰ值分布規律以及影響其分布情況的因素.

液化氣儲罐受熱引爆機理分析

俞昌銘, 單彥廣, 肖金生, 李格升, 童莉葛

2013, 35(4): 522-530. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2013.04.020

[摘要](202)

[PDF 1421KB](4) [施引文獻] ()

摘要:
沸騰液體膨脹蒸氣爆炸(boiling liquid expanding vapor explosion,BLEVE)是過熱液體整體沸騰迅速膨脹引發的爆作.液化氣罐在儲運中時有BLEVE在發生.基于英國健康與安全署的關于液化氣罐在火焰包圍環境下的實驗結果,分析了儲罐受熱后其內部壓力、罐壁溫度變化及儲罐介質排放等一系列熱物理過程及各相關因變量之間的相互關系.據此介紹了可以模擬儲罐受熱引發BLEVE現象的壓力液化氣仿真軟件PLGS99的物理模型與數學模型,并在此基礎上詳舉實例討論了儲罐受熱引發BLEVE爆炸的機理.

齒輪裂紋對動載荷譜的影響

李威, 劉寧, 俞必強, 鄭璐晗

2013, 35(4): 531-536. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2013.04.019

[摘要](170)

[PDF 1733KB](4) [施引文獻] ()

摘要:
基于摩擦學和齒輪系統動力學,同時考慮到輪齒摩擦、時變嚙合剛度、偏心質量和綜合誤差的影響,創建了齒輪傳動系統六自由度耦合動力學模型.利用自適應及變步長數值仿真方法對其進行了非線性振動研究,比較了完好齒輪與帶裂紋故障齒輪的振動特性,分析了齒根裂紋對齒輪傳動系統載荷譜的時域特性、頻域特性和時頻特性的影響.

控制與決策

用粒子群算法優化編制露天礦生產作業計劃

胡乃聯, 李勇, 李國清, 姚旭龍

2013, 35(4): 537-543. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2013.04.006

[摘要](265)

[PDF 48KB](10) [施引文獻] ()

摘要:

從露天礦采掘和運輸成本的最小化角度出發,構建露天礦生產作業計劃模型.基于群體智能優化理論,提出了用粒子群算法對露天礦生產作業計劃模型進行解算的方法,并在求解過程中設計了帶核粒子及雙吸引子的粒子搜索策略.以MATLAB軟件為平臺進行求解運算最佳作業計劃.以某露天鐵礦為工程背景進行實例研究,將研究結果與露天礦實際生產指標和非線性規劃解算結果進行比較驗證.結果表明,粒子群算法可用于露天礦生產作業計劃的優化編制.

發布/訂閱系統語義Web匹配算法

馮錫煒, 汪儉華, 馮瑤, 林培光

2013, 35(4): 544-550. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2013.04.018

[摘要](172)

[PDF 1191KB](4) [施引文獻] ()

摘要:
將語義Web技術引入發布/訂閱系統中,結合領域本體,提出一種智能匹配算法.以雙索引哈希鄰接表,結合謂詞表、變量約束表和變量類型表作為訂閱條件RDF圖模式的數據結構,采用元語句級匹配計數方法,使原子訂閱條件僅匹配一次,原子訂閱條件間"與關系"的順序匹配.定量和定性分析了算法的時間和空間復雜度.實驗結果比較表明,所設計的智能匹配算法具有較高的訂閱匹配效率,適合于大規模發布/訂閱系統.

生物技術

解鉀細菌的篩選、鑒定以及高效培養

劉曉璐, 劉永智, 郭濤, 呂樂, 許倩倩, 尹春華, 李慧梅, 閆海

2013, 35(4): 551-557. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2013.04.002

[摘要](762)

[PDF 1319KB](32) [施引文獻] ()

摘要:
從煙草根際土壤中成功篩選出10株解鉀細菌,并選擇其中四種透明圈明顯且生長量較大的菌種進行了解鉀活性測定,其中解鉀細菌GJ07的發酵液中K⁺離子質量濃度高出空白對照組54.5%.對GJ07進行16S rDNA的鑒定,確定其為巨大芽孢桿菌.采用批量發酵培養,通過改變碳源、氮源、碳氮比、溫度、pH值、裝液量等研究了解鉀細菌GJ07生長的優化控制條件.結果表明蔗糖和蛋白胨為GJ07生長的最佳碳源和氮源（碳氮質量比為10：1）,最適宜生長溫度為35℃,最適宜初始pH值為7.00,最佳裝液量為25 mL.