工程科學學報

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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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2011年第33卷第10期

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基于主成分回歸分析法預測中國鐵礦石需求

牛京考

2011, 33(10): 1177-1181. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.10.019

[摘要](146)

[PDF 312KB](8) [施引文獻] ()

摘要:
在論述鐵礦石需求預測途徑的基礎上,選取影響我國鐵礦石需求的8個基本因素,采用回歸分析方法進行了鐵礦石需求的單因素分析.單因素分析結果表明,選取的8個基本因素與鐵礦石需求的相關度基本都大于0.9.對8個基本影響因素進行了主成分分析,最終降維為4個主成分.將主成分分析方法與回歸分析方法相結合,建立了鐵礦石的需求預測模型,并對我國2015年和2020年鐵礦石的需求量進行了預測,分別為29.76億t和26.68億t.

金川Ⅲ礦區硐室圍巖蠕變特性與支護時機

李欣, 高謙, 劉增輝, 楊長祥

2011, 33(10): 1182-1189. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.10.003

[摘要](179)

[PDF 639KB](7) [施引文獻] ()

摘要:
針對金川Ⅲ礦區硐室圍巖蠕變控制問題,通過對破碎工程系統中大件道工程圍巖變形的監測發現有明顯的流變特性,即包括急劇變形、減速變形以及變形趨于穩定的三個階段.分析了圍巖應力環境、礦物成分和地下水對硐室圍巖變形的影響,提出了適合高地應力構造影響帶圍巖流變模型,并對流變參數作了分析.根據金川巖體流變過程是由彈性、塑性、黏彈性和黏塑性等多種變形共存的一個復雜過程,呈現出高度的非線性的特征,從理論上分析二次支護的最佳時機,即金川Ⅲ礦區深部巖體在開挖并進行一次支護后的第3周內可作為最佳的二次支護時機,允許變形量應控制在50~150 mm.

粉煤灰全尾砂膠結充填料

祝麗萍, 倪文, 黃迪, 惠美, 高術杰

2011, 33(10): 1190-1196. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.10.004

[摘要](263)

[PDF 1273KB](17) [施引文獻] ()

摘要:
實驗選取了Ⅰ級和Ⅱ級兩種粉煤灰,以石灰和脫硫石膏為激發劑制備的膠凝材料完全取代傳統的膠結劑水泥,以膠砂比為1:4,水膠比為1:1左右制備的粉煤灰全尾砂充填料在45±1℃下養護3 d,強度可達5.432 MPa,在20±1℃下養護28 d強度可達3~7 MPa,滿足一般礦山對充填料的要求.根據料漿質量分數和坍落度關系曲線,得到了該材料制備成的可泵送膏體質量分數范圍為80.5%~83.0%.通過X射線衍射和掃描電鏡分析,膠凝材料的水化產物主要為凝膠類物質、鈣礬石和方解石.

煤種對紅土鎳礦中鎳選擇性還原的影響機理

孫體昌, 及亞娜, 蔣曼

2011, 33(10): 1197-1203. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.10.015

[摘要](141)

[PDF 1355KB](8) [施引文獻] ()

摘要:
以某含鎳1.86%(質量分數)、鐵13.24%(質量分數)的紅土鎳礦為對象,分別采用石煤和無煙煤作為還原劑,考察了煤種對紅土鎳礦中鎳的選擇性還原的影響.結果表明,用石煤作為還原劑能夠達到鎳選擇性還原的目的.X射線衍射及掃描電鏡分析研究表明,還原過程中鎳、鐵先以鎳紋石形式存在,隨著煤用量增加,逐漸變為以鐵紋石形式存在.同時隨著煤用量的增加,焙燒后生成的含鎳鐵礦物中鎳的比例逐漸遞減,而鐵的比例逐漸遞增.石煤為還原劑時焙燒產物中主要以鎳紋石的形式存在,同時金屬鐵的生成量比無煙煤作還原劑時低,因此采用石煤作還原劑比無煙煤作還原劑對鎳還原具有更強的選擇性,可以得到更高鎳品位的鎳鐵精礦.

雙堿法燒結煙氣脫硫中亞硫酸鈣的氧化

張立冬, 錢大益, 宋存義

2011, 33(10): 1204-1208. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.10.018

[摘要](145)

[PDF 999KB](7) [施引文獻] ()

摘要:
利用雙堿法進行燒結煙氣脫硫過程中,脫硫副產物亞硫酸鈣的氧化是工藝中很重要的化學過程.設計實驗室實驗,模擬工程中亞硫酸鈣氧化過程,通過改變反應時間、溫度、初始pH值、攪拌強度、曝氣量和固含量等,研究亞硫酸鈣氧化效率的影響因素及變化規律.添加錳離子作催化劑,研究其對亞硫酸鈣的氧化是否有促進作用.結果表明,亞硫酸鈣的氧化受反應時間、溫度、初始pH值、攪拌強度、曝氣量和固含量的影響,且錳離子可以顯著促進亞硫酸鈣的氧化,并確定了最適合的工藝條件.

球團礦不同氣氛下的高溫抗壓強度

潘釗彬, 郭占成, 榮哲

2011, 33(10): 1209-1213. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.10.016

[摘要](138)

[PDF 1125KB](8) [施引文獻] ()

摘要:
采用自行設計的高溫抗壓強度在線測定裝置,研究了氧化球團礦在不同氣氛下的高溫強度變化規律,并對高溫下強度變化的機理進行了分析和探討.實驗結果表明:球團礦在中性氣氛和氧化性氣氛下的高溫強度變化規律基本一致,表現為在低于800℃的溫度范圍內,球團礦強度隨著溫度的上升而增大,但在800~900℃球團礦強度有個明顯的下降,900~1100℃球團礦強度隨溫度的升高略有回升,1100℃以后強度急劇下降,到1200℃時已基本失去強度;中性氣氛下的球團強度整體高于氧化性氣氛下的強度;在還原性氣氛下,球團礦強度隨著溫度和還原度的提高而降低,至1100℃時強度基本消失.

Al-Ti-Mg復合脫氧對鋼中夾雜物及組織的影響

宋宇, 李光強, 楊飛

2011, 33(10): 1214-1219. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.10.017

[摘要](155)

[PDF 1608KB](10) [施引文獻] ()

摘要:
通過采用Fe-50%Ti、Ni-16.7%Mg和Fe-70.74%Si等合金對工業純鐵脫氧,研究了Al-Ti-Mg復合脫氧低碳鋼中夾雜物的類型和尺寸分布規律以及鋼的鑄態組織.實驗結果表明:Ti處理比未加Ti處理試樣夾雜物總量增加400mm^-2,而且夾雜物明顯細化;Ti-Mg復合脫氧,鋼中夾雜物的總量相對于Mg單獨處理增加200 mm^-2;Ti處理后,奧氏體晶粒內出現大量針狀鐵素體.對比而言,Al-Ti-Mg復合處理鋼中針狀鐵素體分布最為均勻,無塊狀鐵素體出現.

熱鍍鋅工藝對無Si含P的TRIP鋼力學性能影響

黃偉, 唐荻, 江海濤, 定巍, 謝磊磊

2011, 33(10): 1220-1225. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.10.008

[摘要](252)

[PDF 1301KB](10) [施引文獻] ()

摘要:
利用光學顯微鏡、透射電鏡、X射線衍射和拉伸試驗等方法,分析測試了熱鍍鋅工藝對無Si含P的TRIP鋼力學性能和微觀組織的影響.結果表明:實驗用鋼可獲得780 MPa以上的抗拉強度和24%以上的斷后延伸率.在熱鍍鋅工藝中,兩相區加熱溫度和貝氏體等溫溫度對鋼的力學性能影響較小,而貝氏體等溫時間的影響最為顯著.當貝氏體等溫時間由20 s增加到60 s時,實驗用鋼的屈服強度上升了65 MPa,抗拉強度下降了45 MPa,延伸率大幅度增加,從23.01%增加到27.56%,出現最佳的綜合力學性能.無Si含P熱鍍鋅TRIP鋼的微觀組織由鐵素體、貝氏體、殘余奧氏體和馬氏體組成,隨著貝氏體等溫時間的減少,鋼中殘余奧氏體含量和穩定性降低,相應地,馬氏體含量明顯增加,實驗用鋼從典型的TRIP鋼力學特征慢慢轉變為與雙相鋼相似的力學特征.

超級13Cr不銹鋼的鈍化膜耐蝕性與半導體特性

蔡文婷, 趙國仙, 趙大偉, 魏愛玲

2011, 33(10): 1226-1230. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.10.009

[摘要](257)

[PDF 439KB](10) [施引文獻] ()

摘要:
利用極化曲線和Mott-Schottky曲線,研究了超級13Cr馬氏體不銹鋼在100、130、150和170℃且含CO2和Cl^-的腐蝕介質中浸泡7 d所形成的鈍化膜的電化學行為和半導體性質.同時應用光電子能譜表面分析技術分析了超級13Cr鈍化膜中的元素價態.結果表明,超級13Cr馬氏體不銹鋼經腐蝕過后形成的鈍化膜表層中Mo和Ni以各自硫化物的形式富集,而Cr以Cr的氧化物的形式富集.在100℃和130℃形成的鈍化膜具有良好的耐蝕性,而在150℃和170℃形成的鈍化膜耐蝕性下降.產生這種現象的原因與表面鈍化膜的半導體性能密切相關,在100℃和130℃中形成的鈍化膜具有雙極性n-p型半導體特征,且隨著溫度升高摻雜數量增多,而150℃和170℃介質中形成的鈍化膜為p型半導體,故隨著溫度升高,超級13Cr馬氏體不銹鋼的耐蝕性能下降.

有外來擴散源條件下DD402單晶合金中的γ'相筏形化

閆來成, 孫家華, 燕平, 趙京晨

2011, 33(10): 1231-1237. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.10.010

[摘要](118)

[PDF 1854KB](6) [施引文獻] ()

摘要:
研究了熱等靜壓(HIP)連接DD402單晶合金與FGH95粉末合金的擴散偶中,DD402單晶合金的γ'相筏形化過程.提出了一種新的γ'相筏形化的機理,分析了γ'相筏形化的驅動力問題,建立了γ'相筏形化過程的物理模型.討論了筏形γ'片層厚度與原始γ'相的尺寸、體積分數以及γ'相形成元素的擴散流量之間的關系.結果表明,單晶合金的γ'筏形化是由于其形成元素的擴散使γ'定向長大.筏形化的過程包括兩個階段:一是γ'粒子的定向連接階段;二是筏形γ'片層的平坦化.筏形化γ'的初始片層厚度及筏形化方向主要由γ'原始尺寸及晶體取向決定.

脈沖電流對熱處理過程中非金屬相形態的影響

李青春, 李仁興, 翟啟杰, 楊曉平, 常國威

2011, 33(10): 1238-1242. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.10.005

[摘要](224)

[PDF 1637KB](11) [施引文獻] ()

摘要:
以鋁硅合金和球墨鑄鐵為研究對象,分別采用正常熱處理、室溫及高溫下施加脈沖電流處理的方法,研究了脈沖電流對固態金屬中非金屬相形態的影響.結果表明:在脈沖電流處理下,鋁硅合金中粗桿狀共晶硅的粒化速度加快;球墨鑄鐵經脈沖電流處理后,原有石墨的直徑沒有明顯增大,石墨的平均似圓度略有增加,組織中出現了新生的球狀小石墨;在脈沖電流作用下非金屬相周圍位錯的行為及原子的擴散是決定非金屬相形態的主要原因.

擾流柱參數對半固態AlSi9Mg組織的影響

譚建波, 李增民, 李立新, 郭莉軍, 馮清梅

2011, 33(10): 1243-1247. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.10.006

[摘要](231)

[PDF 1057KB](4) [施引文獻] ()

摘要:
提出將擾流冷卻技術應用于半固態合金制備中,在自制的傾斜冷卻裝置內安放擾流柱,制備半固態AlSi9Mg合金水淬試樣,用定量分析技術分析試樣組織,研究擾流柱形狀、排列方式和排列間距對半固態AlSi9Mg合金組織的影響.結果表明:擾流柱為水滴形時,制備的半固態AlSi9Mg合金中初生α-Al相較多,組織均勻,邊緣輪廓清晰,初生α-Al相為球形或近球形,水淬組織特征為初生固相率53.54%,晶粒尺寸5.59μm,形狀因子0.61.擾流柱的排列方式和排列間距對半固態Al-Si9Mg合金組織有較大的影響,叉排優于順排,理想的排列間距為行間距S=15 mm,列間距L=40 mm.

ZnAl10Cu2合金鑄態顯微結構及相結構分析

鄔小萍, 李德富, 郭勝利, 許曉慶, 胡捷, 賀金宇

2011, 33(10): 1248-1252. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.10.007

[摘要](233)

[PDF 2239KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
通過金相顯微鏡(OM)、掃描電鏡(SEM)、能譜儀(EDS)和X射線衍射儀(XRD)等對ZnAl10Cu2合金的鑄態顯微結構和相結構進行了觀察和分析,并對其組織的形成機制進行了研究.研究表明:鑄態ZnAl10Cu2合金的凝固組織由初生枝晶α₁及其外圍的棒狀共晶(α₂+β)組成,在隨后的冷卻過程中初生α₁相和共晶組織中α₂相均發生共析反應,得到層片狀共析組織(α+η),而在室溫時效中未完全轉變的α₁相和α₂相均發生不連續沉淀形成粒狀沉淀組織,其中初生α₁相,為富Al相,是Zn在Al中形成的固溶體,屬于強化相,晶體結構為面心立方,β為富Zn相,晶體結構為密排六方.

溶劑熱法制備織構化Bi_0.5Na_0.5TiO₃陶瓷的影響因素

于九利, 張梅, 郭敏, 彭犇

2011, 33(10): 1253-1259. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.10.022

[摘要](137)

[PDF 2723KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
以Bi(NO₃)₃·5H₂O和Ti片為原料,無水乙醇為溶劑,采用溶劑熱法合成了具有取向性的織構化Bi_0.5Na_0.5TiO₃(BNT)無鉛壓電陶瓷.采用X射線衍射(XRD)、場發射掃描電子顯微鏡(FE-SEM)和能譜儀(EDS)對BNT無鉛壓電陶瓷物相、顯微形貌和成分進行了表征.系統研究了NaOH濃度、[Bi³⁺]濃度、表面活性劑和溶劑等因素對BNT晶粒物相、微觀形貌和成分的影響.結果表明:NaOH濃度為1 mol·L^-1,[Bi³⁺]濃度為0.1 mol·L^-1,聚乙二醇(PEG)加入量為1~6 mL,且溶劑為無水乙醇時可以制備出織構化BNT陶瓷,產物顆粒尺寸平均為10~20μm.

硝酸鈉對改善赤泥陶粒性能的影響

楊慧芬, 黨春閣, 馬雯, 景麗麗

2011, 33(10): 1260-1264. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.10.012

[摘要](141)

[PDF 780KB](6) [施引文獻] ()

摘要:
通過對赤泥化學組成、礦物組成和熱穩定性分析,進行了以赤泥中方解石本身為發泡劑及外加硝酸鈉為發泡劑制備陶粒的研究,并利用X射線衍射和掃描電鏡對所得陶粒的組成和內部結構進行了分析.結果表明:在赤泥、廢玻璃和膨潤土質量比74:15:11時,利用赤泥中的方解石可制得容重、吸水率和筒壓強度分別為1.43 g·cm^-3、1.23%和22.14 MPa的陶粒.外加NaNO₃發泡劑能明顯降低陶粒的容重.在赤泥、廢玻璃、膨潤土和NaNO₃質量比70.0:14.2:10.2:5.6時,可制得容重、吸水率和筒壓強度分別為1.28 g·cm^-3、1.54%和12.03 MPa的陶粒.陶粒中晶體礦物主要為鈣黃長石,而赤泥中主要晶體礦物為方解石.陶粒中氣孔以封閉氣孔為主,NaNO₃為發泡劑時所得陶粒的氣孔率較利用赤泥自身方解石為發泡劑時高,氣孔均勻性也較好.

納米氧化鋅真空控氧法的制備及雜質元素的行為

張榮良, 史愛波, 金云學

2011, 33(10): 1265-1269. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.10.002

[摘要](224)

[PDF 801KB](4) [施引文獻] ()

摘要:
以熱鍍鋅渣為原料,空氣為氧源,通過真空控氧法制得了純度大于99.98%的納米氧化鋅,探討了反應溫度和體系的真空度對產物形貌的影響,研究了原料中的主要雜質元素在不同氧化條件下的行為及其對產物品質的影響.結果表明:不同的反應溫度或體系的真空度對產物的形貌影響很大;當控制溫度和真空度在適當范圍時,產物大多為六方纖鋅礦結構的納米四針狀氧化鋅,針體細長,長徑比較大;雜質元素Fe和Pb在不同氧化條件下的不同行為對產物品質產生不同的影響;鐵進入產物主要是因為鋅的機械夾帶作用和Fe-Zn系正偏差效應,而鉛進入產品中是因為自身的蒸氣壓和Pb-Zn系正偏差效應.

EPDM橡膠海洋大氣環境室內外表觀老化性能的對比研究

楊璇, 高瑾, 李曉剛, 田建永, 林琳

2011, 33(10): 1270-1274. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.10.001

[摘要](209)

[PDF 861KB](6) [施引文獻] ()

摘要:
采用光澤度、掃描電鏡和傅里葉變換紅外分析技術等研究了三元乙丙橡膠(EPDM)在西沙大氣暴曬和室內加速老化試驗條件下的表觀形貌及結構的變化,探索了室內外老化表觀性能的相關性.結果表明:鹽霧試驗條件下光澤度基本沒有變化;熒光紫外試驗中光澤度在開始階段就快速下降,最后趨于平穩;在西沙大氣暴曬條件下,初始階段變化趨勢并不明顯,隨著老化時間的增加,光澤度值下降.紫外-鹽霧復合循環試驗條件下光澤度變化趨勢與西沙大氣條件下相似,說明西沙大氣暴曬試驗和紫外-鹽霧復合循環試驗具有很好的相關性,基于光澤度分析,紫外-鹽霧復合循環試驗的加速倍數是25~26.紅外光譜顯示在西沙大氣暴曬試驗和紫外-鹽霧復合試驗中可能有β-二酮的生成,鹽霧試驗條件下沒有β-二酮的生成.

瀝青混合料動態壓縮彈性模量試驗方法與影響因素

姚愛玲, 鄭鵬飛

2011, 33(10): 1275-1279. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.10.021

[摘要](187)

[PDF 762KB](12) [施引文獻] ()

摘要:
為了研究應變測試方法、加載頻率、試驗溫度和應力幅值對瀝青混合料動態壓縮彈性模量的影響,用MTS路面材料動態試驗系統對常用的兩種瀝青混合料AC-16和AC-20的動態壓縮彈性模量進行了系統的測試,通過分析建立了各因素與動態壓縮彈性模量之間的關系,以及動態與靜態彈性模量的關系.結果表明,采用側面法測定的結果與現行規范中的推薦值更接近,也能夠消除由頂面法引起的試件端面的接觸誤差,建議在靜態和動態模量試驗中首選側面法,在動態測試中要選擇合適的加載頻率,使得試驗結果的偏差系數控制在20%以下.

爐頂煤氣循環-氧氣鼓風高爐綜合數學模型

韓毅華, 王靜松, 李燕珍, 佘雪峰, 孔令壇, 薛慶國

2011, 33(10): 1280-1286. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.10.013

[摘要](215)

[PDF 669KB](31) [施引文獻] ()

摘要:
為了研究開發爐頂煤氣循環μ氧氣鼓風高爐煉鐵新工藝,建立其綜合數學模型.模型由高爐各個區域煤氣成分計算方程、高爐上部空區熱平衡模型、熱化學平衡模型和爐身效率模型組成.用此模型計算了該煉鐵工藝的基本工藝參數.結果表明:新工藝的焦比為200 kg·t^-1,煤比為200 kg·t^-1,相比傳統高爐,燃料比降低22.9%;風口循環煤氣量對風口理論燃燒溫度影響較大,風口循環煤氣量每增加10m³·t^-1時,風口理論燃燒溫度降低17.6K.此外,應用此模型還可以計算任何原料和燃料等條件下的煉鐵工藝參數,研究相同原料和燃料條件下的各個工藝參數的變化規律.

電爐流程中熱管式余熱回收

楊振國, 劉青, 謝銀幕

2011, 33(10): 1287-1292. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.10.014

[摘要](118)

[PDF 576KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
結合國內外電爐煙氣熱量處理的現狀,分析了熱管式余熱回收的原理及特點,研究了其系統的結構特點、工藝流程、關鍵參數以及如何使系統產生的蒸汽質量滿足VD(RH)爐生產的要求,并對其在萊鋼50t電爐余熱回收中的工程應用情況進行了闡述,指出該技術具有良好的應用前景.

基于判別域界面幾何法模式識別的鐵路軸承故障診斷

唐英, 李應珍

2011, 33(10): 1293-1300. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.10.020

[摘要](181)

[PDF 1306KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
基于最優分類線的概念,提出了一種新的模式識別分類器構建方法——判別域界面幾何法.該方法利用BP神經網絡的高度非線性,將模式類樣本數據從高維輸入空間映射至二維判別域空間后,采用多邊形中軸提取方法,構造模式類間隙多邊形的中軸線,延伸至整個二維判別域空間,生成模式類決策邊界.以鐵路貨車車輪用雙列圓錐滾子軸承的故障診斷為例,介紹了判別域界面幾何法的應用過程.結果表明,判別域界面幾何法能在二維判別域空間上給出各不同故障模式類之間明確的界限,這就給操作者直觀判斷故障模式類別提供了條件.

一種有利于提高DHCR比例的熱軋批量計劃編制方法

蘆永明, 徐安軍, 賀東風, 田乃媛

2011, 33(10): 1301-1306. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.10.011

[摘要](142)

[PDF 429KB](8) [施引文獻] ()

摘要:
針對一體化生產過程中連鑄出坯順序與熱軋軋制順序的協調問題,提出了計劃順序協調因子,并在此基礎上建立了有利于提高直接熱裝(DHCR)比例的熱軋批量計劃優化模型.模型在滿足熱軋軋制工藝的基礎上充分考慮了鑄坯連鑄出坯計劃與熱軋軋制計劃的協調.采用改進遺傳算法——兩交換啟發交叉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2250 mm和1580 mm軋線進行了仿真,仿真結果表明模型可以大大減少鑄坯因順序不協調而引起的在進入加熱爐前的等待時間,進而提高板坯DHCR比例.