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

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2015年第37卷第10期

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多放礦口條件下崩落礦巖流動特性

孫浩, 金愛兵, 高永濤, 孟新秋

2015, 37(10): 1251-1259. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.10.001

[摘要](321)

[PDF 1050KB](11) [施引文獻] ()

摘要:
基于離散元理論和PFC^3D程序構建放礦模型,探究多放礦口條件下崩落礦巖流動特性,實現多放礦口條件下放出體及礦石殘留體形態變化過程的可視化.同時,將模擬結果與已有研究結論進行對比分析,驗證基于PFC程序的放礦模型在崩落礦巖流動特性研究中的可靠性.放礦PFC模擬結果表明,多放礦口條件下放出體形態會因各放礦口間的相互影響而產生交錯、缺失等程度的不同變異,并不是一個規則的橢球體.在單一放礦口和多放礦口條件下,放出體高度的變化趨勢均可概括為兩個階段:在放礦初始階段,放出體高度呈指數形式快速增加,隨放礦量的增加,其增長率逐漸減小;隨后,放出體高度將隨放礦量的增加而呈線性增長的趨勢.礦石損失率隨放礦口尺寸及崩落礦石層高度的增大而減小,隨放礦口間距的增大而增大.當相鄰放礦口間產生相互影響時,平面放礦方式與立面放礦方式相比,其礦石殘留量更小,且崩落礦巖接觸面呈近似水平狀態下降.

鮞狀赤鐵礦生物質低溫磁化焙燒

黃冬波, 宗燕兵, 鄧振強, 劉蓮鳳, 李彥輝, 王俊, 劉曉明

2015, 37(10): 1260-1267. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.10.002

[摘要](343)

[PDF 719KB](8) [施引文獻] ()

摘要:
對生物質磁化鮞狀赤鐵礦石進行研究,包括磁化溫度、磁化時間、生物質用量以及赤鐵礦石粒度對磁化效果的影響.在磁化溫度為600℃,赤鐵礦石與生物質的質量比為10∶2的情況下,利用生物質熱解產生的氣體和焦油在30 min內可以完全磁化粒度為0.074 mm(>72.5%)的赤鐵礦石,驗證了生物質替代煤基還原劑進行磁化焙燒具有一定的可行性.此外,礦石粒度對磁化焙燒還原度的影響比較大,礦石粒度越大,完全磁化所需時間越長.根據生物質還原劑的特點,適當地減小礦石粒度可以有效改善赤鐵礦石的磁化性能.

含鐵硅酸鹽礦物重構與選擇性回收

鞠會霞, 胡文韜, 劉欣偉, 黃曉燕, 楊海波, 孫體昌

2015, 37(10): 1268-1275. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.10.003

[摘要](466)

[PDF 769KB](7) [施引文獻] ()

摘要:
回收含鐵硅酸鹽礦物是實現鞍山式貧磁鐵礦再選中礦綜合利用的關鍵之一,但這一回收過程應有選擇性:一段磁選尾渣TFe僅為3.92%,不予以回收;而二段尾渣TFe為34.51%,可將其返回直接還原配料,予以間接回收。還原溫度1150℃、還原時間45 min、石灰石用量16%以及還原煤用量12%時,閉路實驗獲得的最優粉末鐵TFe為92.69%,εFe為91.17%。含鐵硅酸鹽中鐵元素被還原為單質鐵,硅元素最終重構為硅灰石。

顆粒粒徑對流態化還原鐵礦粉黏結失流的影響

邵劍華

2015, 37(10): 1276-1283. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.10.004

[摘要](278)

[PDF 746KB](9) [施引文獻] ()

摘要:
采用熱態可視化流化床裝置,在一定表觀氣速條件下,研究1073 K溫度時不同粒級鐵礦粉的黏結失流.根據對黏結失流影響程度的不同,可將礦粉顆粒分為三個粒徑區間:中性氣氛升溫過程中失流的小粒徑顆粒;還原至較低金屬化率發生失流的中間粒徑顆粒;還原至高金屬化率也不發生失流的大粒徑顆粒.分別對他們不同的影響機理進行了分析.研究還發現在正常流化條件下,隨著礦粉顆粒粒徑的增大,還原失流后床層的膨脹幅度會減小.

高磷礦氫氣還原過程的原位研究

高晗, 郭磊, 高金濤, 郭占成

2015, 37(10): 1284-1290. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.10.005

[摘要](307)

[PDF 915KB](10) [施引文獻] ()

摘要:
通過原位觀察的方法,研究了H₂氣氛、不同溫度下高磷礦還原過程的礦相結構演變規律和溫度對金屬鐵析出形態的影響.高磷礦的鮞狀結構在還原過程中未被破壞掉;隨著溫度的提高,礦相結構的演變加快,溫度較高時Fe發生明顯偏聚,金屬鐵從赤鐵礦相中加快析出.還原溫度對高磷礦中金屬鐵的析出形態影響顯著:在700℃時金屬鐵析出在礦石顆粒表面形成致密鐵層;800℃時析出的金屬鐵形貌復雜化,鐵層致密度下降,出現孔洞,同時有少量的短小鐵晶須;900℃時鐵晶須數量明顯增多,同時伴隨著大量多孔海綿鐵的析出.因此,可以通過調節還原溫度和時間,使得氣基還原過程避免黏結失流,同時高效還原高磷礦.

非化學計量對鐵氧化物還原熱力學平衡的影響

張偉, 郁肖兵, 李琳, 鄒宗樹, 齊淵洪, 薛正良

2015, 37(10): 1291-1295. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.10.006

[摘要](326)

[PDF 386KB](11) [施引文獻] ()

摘要:
鐵氧化物是具有非化學計量比的化合物,非化學計量對鐵氧化物的還原過程帶來一系列影響.本文采用Dieckmann缺陷模型和Weiss的浮氏體理想固溶體模型分別對非化學計量比的磁鐵礦和浮氏體進行了熱力學計算.同時根據電荷守恒和物質守恒,對鐵氧化物固溶體的綜合缺陷度δ與還原失重率和亞鐵含量的關系進行了分析,以期對實驗終產物的判定提供依據.通過理論分析與計算,最終明確了不同化學計量比的磁鐵礦和浮氏體在不同溫度下的平衡還原勢P_CO(H₂),即相應的優勢區圖.在給定還原勢的純赤鐵礦等溫還原過程(未有金屬Fe生成時),當失重率小于6%時,還原產物屬于Fe³⁺占優勢的磁鐵礦區域;當失重率高于6%時,反應進入Fe²⁺占優勢的浮氏體區域.

不同形態Fe對Cr₂O₃還原的影響

郭文明, 張延玲, 劉洋, 賈昕磊

2015, 37(10): 1296-1304. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.10.007

[摘要](358)

[PDF 1022KB](10) [施引文獻] ()

摘要:
通過1350-1550℃下Fe-Cr₂O₃、Fe₂O₃-Cr₂O₃和FeCr₂O₄的碳還原實驗,結合X射線衍射和掃描電子顯微鏡考察不同形態鐵（Fe、Fe₂O₃和FeO）對Cr₂O₃還原的影響.同一溫度下最終還原度及還原速率均呈現Fe₂O₃-Cr₂O₃-C〉FeCr₂O₄-C〉Fe-Cr₂O₃-C的趨勢,三種樣品的還原都經歷了氧化物→碳化物→Fe-Cr-C合金的過程;低碳碳化物的產生以及較早形成金屬液相使Fe₂O₃-Cr₂O₃還原更充分,合金液相中碳溶解量低導致FeCr₂O₄的還原率偏低,而碳化物偏多、合金液相偏少阻滯了Fe-Cr₂O₃還原率的提高.實驗得到Fe-Cr₂O₃-C、FeCr₂O₄-C和Fe₂O₃-Cr₂O₃-C體系的表觀活化能分別為142.90、111.84和128.9 kJ·mol^-1.

不同脫砷劑鋼液脫砷研究

李文博, 包燕平, 王敏, 林路

2015, 37(10): 1305-1312. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.10.008

[摘要](292)

[PDF 823KB](8) [施引文獻] ()

摘要:
為了充分利用我國含砷鐵礦資源,采用CaO+CaF₂、CaC₂+CaF和Si-Ca-Ba合金+CaF₂對鋼液進行脫砷研究,獲得較高的脫砷率,其中Si-Ca-Ba合金+CaF₂脫砷效果最明顯,其脫砷率最高可達67.7%.在相同實驗操作條件下,通過實驗室研究,分析比較了溫度、傳質系數和S含量對不同脫砷劑脫砷效果的影響.

各向異性表面張力對柱晶界面形態的影響

楊振超, 陳明文, 王艷林, 王自東

2015, 37(10): 1313-1318. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.10.009

[摘要](325)

[PDF 518KB](6) [施引文獻] ()

摘要:
本文研究了擬穩態時各向異性表面張力作用下柱晶界面的生長行為.在運用漸近分析方法求解柱晶界面形態數學表達式的基礎上,分析在不同各向異性表面張力強度影響下柱晶界面形態的變化.各向異性表面張力對柱晶界面形態有顯著影響.在柱晶生長開始階段,柱晶部分界面首先向內收縮,當收縮達到某個臨界值后,界面開始向外生長.柱晶界面沿著優先生長方向更快地生長.柱晶界面形態上形成突起變形,各向異性表面張力強度越大,柱晶界面形態的突起變形越明顯.

中錳鋼兩相區退火奧氏體逆轉變的數值分析

鄺霜, 齊秀美, 韓赟, 康永林

2015, 37(10): 1319-1324. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.10.010

[摘要](215)

[PDF 762KB](14) [施引文獻] ()

摘要:
根據中錳鋼熱軋組織結構確立兩相區奧氏體化的幾何模型和初始條件,利用DICTRA動力學分析軟件對中錳鋼馬氏體基體奧氏體化過程進行計算分析.在奧氏體化初期的形核過程中,馬氏體中過飽和的碳錳元素從鐵素體迅速轉移到奧氏體并在相界面奧氏體一側聚集.后續的相變過程中,碳在奧氏體中快速均化,但錳在相界面奧氏體一側的聚集加劇.相變初期奧氏體界面推移速度比中后期高出若干個數量級,但隨時間推移迅速衰減.相變初期相界面推移是碳擴散主導,相變后期界面推移受到錳在奧氏體中擴散速度制約.溫度升高可顯著提高相界面推移速度.達到相同數量奧氏體的情況下,低溫長時退火有利于錳從鐵素體向奧氏體轉移并提高其在奧氏體中的富集度,從而提高奧氏體的穩定性.

正火過程中V--N微合金化鋼的第二相行為

蘇航, 柴希陽, 潘濤, 楊才福, 劉翊之

2015, 37(10): 1325-1330. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.10.011

[摘要](230)

[PDF 739KB](15) [施引文獻] ()

摘要:
采用物理化學相分析、高分辨透射電鏡等手段研究V-N微合金化鋼在正火過程中第二相行為,并進行相應的理論計算,討論該行為對材料性能產生的影響.正火加熱保溫過程中,V-N鋼有約32.9%的V(C,N)未溶解,阻止奧氏體晶粒長大.在正火冷卻過程中,未溶解的V(C,N)誘導晶內鐵素體形核,細化鐵素體晶粒,而溶解的V(C,N)重新析出,起到析出強化作用.V(C,N)析出相行為的變化導致材料力學性能的改變.與熱軋態V-N鋼相比,正火態V-N鋼細晶強化貢獻值增加31 MPa,而析出強化貢獻值減少45 MPa.

基于直流電壓降法的傳熱管疲勞裂紋擴展速率測量

陳凱, 杜東海, 張樂福, 徐雪蓮, 石秀強, 孟凡江, 鮑一晨, 劉曉強

2015, 37(10): 1331-1337. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.10.012

[摘要](189)

[PDF 692KB](11) [施引文獻] ()

摘要:
介紹了基于直流電壓降法測量蒸汽發生器傳熱管690合金軸向疲勞裂紋擴展速率的銷加載拉伸方法.該方法與其他方法相比較,可以直接采用原始管狀材料,在線連續測量管狀試樣在不同應力強度因子下的疲勞裂紋擴展.通過對標準緊湊拉伸試樣的類比分析,建立傳熱管試樣的銷加載拉伸模型,并對該模型進行電學和力學有限元模擬分析,確定直流電壓降數據采集方法.驗證試驗采用核電蒸汽發生器用690合金傳熱管,分別研究了室溫和高溫325℃空氣中載荷和溫度對材料疲勞裂紋擴展速率的影響,試驗結果采用Paris-Erdogan公式進行擬合,吻合度較好.掃描電鏡下觀察端口形貌,疲勞裂紋的擴展為穿晶形式,在穿晶斷口上觀察到明顯的疲勞輝紋和微塑性區.

電熱合金Cr₂₀Ni₈₀的熱變形行為及熱加工圖

李亞敏, 龔乃國

2015, 37(10): 1338-1343. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.10.013

[摘要](220)

[PDF 619KB](9) [施引文獻] ()

摘要:
為了解決Cr₂₀Ni₈₀電熱合金鍛造開裂的問題,在Gleeb-1500D熱模擬試驗機上對該合金進行熱壓縮試驗,研究變形溫度為900-1220℃,應變速率為0.001-10 s^-1條件下的熱變形行為,并根據動態材料模型建立合金的熱加工圖.合金的真應力-真應變曲線呈現穩態流變特征,峰值應力隨變形溫度的降低或應變速率的升高而增加;熱變形過程中穩態流變應力可用雙曲正弦本構方程來描述,其激活能為371.29 kJ·mol^-1.根據熱加工圖確定了熱變形流變失穩區及熱變形過程的最佳工藝參數,其加工溫度為1050-1200℃,應變速率為0.03-0.08 s^-1.優化的熱加工工藝在生產中得到驗證.

NC30Fe合金在氯化鈉溶液中的微動腐蝕特性

李放, 任平弟, 張曉宇, 向紅先, 任思聰, 蔡振兵

2015, 37(10): 1344-1349. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.10.014

[摘要](197)

[PDF 578KB](10) [施引文獻] ()

摘要:
在PLINT微動磨損試驗機上附加電化學測試系統,采用十字交叉接觸方式,位移幅值為100μm,法向載荷20、50和80 N條件下,研究NC30Fe合金傳熱管在氯化鈉溶液中的微動腐蝕行為.使用電化學工作站記錄微動腐蝕過程中開路電位變化,運用電位掃描法測量微動過程的極化曲線;采用掃描電子顯微鏡觀察磨痕的表面形貌,光學輪廓儀測定磨痕的三維形貌及磨損量.微動磨損使損傷區域金屬原子活性增大,腐蝕傾向增大,加速了NC30Fe合金的腐蝕.在氯化鈉溶液中,NC30Fe合金由于微動磨損過程產生腐蝕產物膜起到潤滑減摩作用,摩擦系數較純水中降低;但因腐蝕與磨損的交互作用,在氯化鈉溶液中的磨損量比純水中高.氯化鈉溶液中的磨損機制主要表現為磨粒磨損和剝層的共同作用.

鋁合金表面納米化--微弧氧化復合涂層摩擦行為

文磊, 王亞明, 金瑩

2015, 37(10): 1350-1357. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.10.015

[摘要](208)

[PDF 826KB](10) [施引文獻] ()

摘要:

通過表面機械研磨處理在LY12CZ鋁合金表面制備表面納米化(SNC)過渡層,再采用微弧氧化(MAO)技術對納米晶過渡層進行微結構重構,設計制備出納米化-微弧氧化(SNC-MAO)復合涂層,并對比研究了鋁合金表面微弧氧化涂層及納米化-微弧氧化復合涂層的摩擦學行為.與微弧氧化涂層相比,納米化-微弧氧化復合涂層因硬度較高而具有較好的耐磨性.微弧氧化涂層及納米化-微弧氧化復合涂層與GCr15鋼球對磨時具有相同的磨損機理,為對磨鋼球向涂層的材料轉移和氧化磨損.

脈沖電流對AZ21鎂電極電壓滯后的影響

鄧玲, 陳琳, 楊巧玲, 陳昌國

2015, 37(10): 1358-1363. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.10.016

[摘要](129)

[PDF 581KB](7) [施引文獻] ()

摘要:
AZ21鎂合金在硫酸鎂溶液中會產生表面膜,導致嚴重的電壓滯后問題.加載脈沖電流可以減少AZ21鎂合金的滯后時間,縮短放電初期時的電壓降,降低平衡電壓,提高放電平穩性等,有利于AZ21鎂合金在電池中的應用.本文利用恒電流法、多電流階躍法、電化學阻抗、掃描電鏡等多種方法對AZ21鎂合金在2 mol·L^-1的MgSO₄溶液的電壓滯后問題進行實驗研究.結果表明,經50 m A脈沖電流1 s后,AZ21的電壓滯后時間可從6.35 s(3.23 V)降至0.59 s(0.034 V).

汽車變速器輸入軸塑性成形工藝

李智, 王寶雨, 左斌, 鄭明男

2015, 37(10): 1364-1369. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.10.017

[摘要](167)

[PDF 533KB](8) [施引文獻] ()

摘要:
輸入軸是汽車變速器中重要零件,針對其特殊結構提出一火加熱和軋鍛結合的塑性復合加工工藝,即采用圓柱坯料只進行一次加熱,依次采用楔橫軋和鍛造工藝加工塑性成形輸入軸.本文分別設計楔橫軋和鍛造模具,并進行相關實驗.在鍛造工藝中軸部圓角采用擠壓方案成形,避免其出現折疊缺陷.階梯軸作為兩步工藝的中間產品,其在復合工藝過程中起到承上啟下的作用,分別對階梯軸錐角和軸長進行實驗與分析,確定參數的最佳選取范圍,并最終通過復合工藝加工成形輸入軸.輸入軸齒形填充飽滿,各部分無缺陷.

彌散供氧流動特性及其富氧效果

劉應書, 祝顯強, 曹永正, 楊雄, 劉文海

2015, 37(10): 1370-1375. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.10.018

[摘要](161)

[PDF 478KB](12) [施引文獻] ()

摘要:
研究了大空間局部圓形出氧口彌散供氧流動特性及其富氧效果.彌散供氧軸向最大速度和氧氣軸向最大濃度均隨軸向距離增加而衰減,且在軸向x=0-0.6m范圍內具有很大速度梯度和濃度梯度.不同出流速度下彌散形成的富氧區域形狀是相似的,較小管徑下富氧區域下游的濃度輪廓更接近＂半橢圓＂形,彌散范圍更大;擬合得到富氧區域外邊界擴展半寬度隨軸向距離變化的關系式及富氧面積隨出流流量變化的關系式.相同流量的富氧采用雙出氧口彌散形成的富氧面積比單出氧口彌散形成的富氧面積減少約10%;相同流量的富氧以6mm管徑彌散形成的富氧面積比8mm管徑的富氧面積增加約10%.

具有跟蹤魯棒性能的H_∞最優預見控制

李麗, 廖福成

2015, 37(10): 1376-1386. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.10.019

[摘要](197)

[PDF 577KB](13) [施引文獻] ()

摘要:
研究了一類不確定離散時間系統的魯棒H_∞預見控制問題.其中采用一種新的方法構造擴大誤差系統,避免對時變的系數矩陣取差分,從而成功構造簡化的擴大誤差系統.然后針對所求得的不確定系統的擴大誤差系統,通過引入帶有預見作用的狀態反饋,研究魯棒H_∞保成本控制問題,得到確保魯棒H_∞控制器存在的充分條件及H_∞狀態反饋控制器的設計方法.該條件可以通過求解一個線性矩陣不等式優化問題而實現.所得控制器回到原系統就得到帶有預見作用的最優預見控制器.而且,通過引入積分器,實現閉環系統對目標值信號的魯棒無靜差跟蹤.最后的數值算例說明了本文理論的有效性.

不同pH值下胞外聚合物對污泥脫水性能及束縛水含量的影響

邢奕, 王志強, 洪晨, 司艷曉, 張坤, 劉敏, 田星強, 李洋

2015, 37(10): 1387-1395. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.10.020

[摘要](182)

[PDF 915KB](7) [施引文獻] ()

摘要:
研究了不同pH值下污泥脫水性能和束縛水含量的變化,通過測定污泥調理過程中各層胞外聚合物(S-EPS、LB-EPS和TB-EPS)中蛋白質和多糖的含量、S-EPS中有機官能團以及有機酸的含量,探討了胞外聚合物對污泥脫水性能及束縛水含量的影響.酸性條件下,污泥的脫水性能明顯好于中性條件,并且pH值為3.03時,污泥濾餅含水率(WC)和毛細吸水時間(CST)均降至最低,分別為60.8%和25.4 s;堿性條件下,污泥中束縛水的含量明顯增加,WC和CST均大幅升高,污泥脫水性能惡化.酸堿的加入導致污泥中TB-EPS含量降低,LB-EPS和S-EPS含量升高,并且EPS各層組均與WC、CST以及束縛水含量具有很強的相關性,其中S-EPS與污泥脫水性能以及束縛水含量的相關性最顯著.酸堿調理過程中,部分EPS水解生成有機酸等小分子有機物,S-EPS中有機官能團的總量和種類都有明顯增多.