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

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2011年第33卷第3期

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基于多維概率分布的多金屬礦床儲量估算模型

李國清, 胡乃聯

2011, 33(3): 257-263. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.03.002

[摘要](205)

[PDF 769KB](6) [施引文獻] ()

摘要:
為解決不同邊界品位下多金屬礦床的儲量快速估算問題,針對多金屬礦床有用組分之間具有相關性的特點,基于多維概率分布函數建立了多金屬礦床儲量估算數學模型.以某金銅礦床為例,分析證明了礦床中金、銅品位的概率密度呈對數正態分布,并對金、銅品位分布的相關性特征進行檢驗.在此基礎上將一維概率密度擴展至多維,建立了金銅礦床品位分布的多維概率密度函數,得出了不同邊界品位下礦床保有的資源儲量,并進行了可靠性驗證.結果表明,模型的計算誤差在10%以內,符合儲量管理的精度要求.

長壁法開采緩傾斜極薄鐵礦體圍巖變形破壞機理

宋衛東, 徐文彬, 杜建華, 萬海文

2011, 33(3): 264-269. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.03.007

[摘要](218)

[PDF 951KB](3) [施引文獻] ()

摘要:
提出用長壁法開采緩傾斜極薄類鐵礦體.建立了相似材料模型,借助全站儀、應變計和數碼相機等儀器監測了模型圍巖的變形、應力以及破壞情況,研究了堅硬圍巖垮冒規律、應力變化、變形變化和圍巖破壞特征.實驗結果表明:圍巖的破壞具有明顯的間歇性和突變性,頂板斷裂步距基本相同,斷裂方向相互平行;在垂直方向上,處于不同位置的圍巖斷裂步距不同.得到了圍巖的來壓周期與移動規律.

紅土鎳礦含碳球團深還原-磁選富集鎳鐵工藝

林重春, 張建良, 黃冬華, 毛瑞, 邵久剛

2011, 33(3): 270-275. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.03.011

[摘要](207)

[PDF 992KB](21) [施引文獻] ()

摘要:
以紅土鎳礦為原料,利用深還原工藝將鎳和鐵由其礦物還原成金屬鎳和鐵,再通過磁選分離富集得到高品位的鎳鐵精礦.對深還原焙燒工藝參數進行了優化,得到最佳的工藝條件如下:內配碳量(C/O原子比)為1.3,還原時間為80 min,CaO質量分數為10%,還原溫度為1300℃.在此條件下得到的鎳鐵精礦中鎳品位為5.17%,全鐵品位為65.38%,鎳和鐵的回收率分別為89.29%和91.06%.利用X射線衍射(XRD)、掃描電鏡(SEM)及能譜分析(EDS)對深還原礦及磁選后的鎳鐵精礦進行了分析,發現深還原礦中出現金屬粒,為Ni-Fe合金,鎳全部溶于鎳鐵合金中,鐵還有少部分以FeO的形式存在;磁選過程除去大量的脈石,精礦中主要物相為Fe、Ni-Fe、FeO及少量的CaO·MgO·2SiO₂.

RH冶煉超低碳鋼內部脫碳機理及控制工藝

李崇巍, 成國光, 王新華, 朱國森, 崔愛民

2011, 33(3): 276-280. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.03.012

[摘要](116)

[PDF 516KB](7) [施引文獻] ()

摘要:
為了研究RH真空處理過程脫碳反應速率及其影響因素,并有效地控制超低碳鋼在RH真空處理過程中碳含量的變化,根據熱力學、動力學原理建立了RH真空處理脫碳數學模型,通過RH真空處理脫碳數學模型研究了內部脫碳反應深度和脫碳速率之間的關系.模型計算結果表明,反應深度的變化和內部脫碳的反應速率是相對應的,采取預真空操作,提升了反應深度,淡化了前期脫碳轉折點的影響,加速了前期的脫碳反應,并在RH處理后期找到了內部脫碳向表面脫碳轉變的時間臨界點.

不同溫度下60Si2MnA彈簧鋼中低熔點夾雜物生成熱力學

張博, 王福明, 李長榮, 吳華林

2011, 33(3): 281-288. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.03.013

[摘要](115)

[PDF 1724KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
借助FactSage熱力學軟件分別對1873、1823和1773 K三個不同溫度下60Si2MnA彈簧鋼液與MnO-SiO₂-Al₂O₃系、CaO-Al₂O₃-SiO₂系和CaO-Al₂O₃-SiO₂-15%MgO系夾雜物間的平衡進行了計算.通過上述計算分析,確定了三個不同溫度下分別形成上述低熔點夾雜物時所對應的鋼液成分.經過對比還發現:低溫更有利于鋼液在低溶解氧含量條件下實現上述不同類型夾雜物的低熔點化控制.鋼液中生成低熔點SiO₂-Al₂O₃-CaO-15%MgO系夾雜物要比生成低熔點SiO₂-Al₂O₃-CaO系夾雜物所需的鋼液Al含量高很多,這在實際生產中更容易控制.

基于MiLE法模擬結晶器中大方坯溫度場、應力場及流場

何慶文, 王福明, 王金龍, 夏云進

2011, 33(3): 289-295. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.03.014

[摘要](120)

[PDF 1196KB](4) [施引文獻] ()

摘要:
應用混合Langrangian和Eulerian法(MiLE)實現了結晶器中GCr15鋼大方坯溫度場、應力場及流場的動態模擬,模擬結果與實際生產鑄坯吻合.鑄坯坯殼角部的溫度高于中部,鑄坯表面從上到下的溫度總體呈下降趨勢,且等溫區間與流場變化具有一定的相似性.鑄坯坯殼中部厚度約為17.5 mm,角部厚度約為13.2 mm.凝固坯殼內的應力主要是熱應力.坯殼出結晶器時,坯殼外表面處于壓縮狀態,凝固前沿為完全拉伸狀態.有效應變從鑄坯外表面到凝固前沿逐漸增大.鋼液在前進過程中不斷擴張,流速不斷降低,當流股到達一定深度后,形成左右對稱向上的兩個回流,和一對由凝固面一側向下而由中心向上流動的回流區.

攀鋼板坯連鑄機不同斷面鑄坯角部橫裂紋分析

李菊艷, 文光華, 唐萍, 黎建全, 向成禮

2011, 33(3): 296-301. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.03.015

[摘要](129)

[PDF 778KB](9) [施引文獻] ()

摘要:
通過噴嘴性能測試、重熔凝固冷卻實驗和計算機仿真軟件計算,研究了攀鋼不同斷面板坯角部冷卻情況對鑄坯角部橫裂紋的影響.研究表明:對于1160、1080和1250mm三個斷面尺寸的鑄坯,較強的冷卻使角部溫度較早低于A₃溫度,矯直前沿奧氏體晶界形成大量膜狀先共析鐵素體,矯直時容易沿奧氏體晶界形成角部橫裂紋.為解決角部橫裂紋問題,通過改變鑄坯表層組織來控制鑄坯角部橫裂紋的產生,并將其應用于攀鋼現場生產.

含銅無取向電工鋼中析出相及其析出機理

陳海林, 曾燕屏, 李友國, 周凡

2011, 33(3): 302-307. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.03.022

[摘要](198)

[PDF 727KB](15) [施引文獻] ()

摘要:
研究了含銅低碳低硅無取向電工鋼中的析出相及其析出機理.由能譜(EDS)及選區電子衍射(SAED)分析可知,鐵素體基體上存在的大量彌散分布的等軸狀析出相為類B₂結構的銅.這些銅析出相的析出機理可以是一般析出、位錯析出、臺階機理相間析出和弓出機理相間析出:一般析出在550、650和750℃三個等溫溫度均可發生;位錯析出只發生在較低的等溫溫度(550℃),此時析出相呈特殊的平行短列狀;臺階機理相間析出也可在上述三個等溫溫度下發生,但650℃等溫時最有利于臺階機理相間析出,此時析出相平直列狀分布;弓出機理相間析出只發生在較高的等溫溫度(750℃),析出相彎曲列狀分布.

化學法制備氧化物彌散強化鋼中強化相(Y₂O₃)形成機理

胡本芙, 郭麗娜, 彭順米, 賈成廠

2011, 33(3): 308-312. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.03.008

[摘要](245)

[PDF 711KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
開發了一種新型的制備氧化物彌散強化(ODS)鐵素體鋼的方法,用該方法研制的12Cr-ODS鋼具有優異的室溫和高溫拉伸強度、較低的韌脆轉化溫度、良好的抗蠕變性能和抗輻照腫脹性能.分析了預合金粉末中氧化物(Y₂O₃)經焙燒熱分解、熱等靜壓的界面反應和熱變形析出過程和演化行為,并提出選用合理的工藝技術有利于氧化物強化相均勻化.

Fe²⁺濃度對20號鋼表面電鍍Fe-Ni合金鍍層的影響

史艷華

2011, 33(3): 313-317. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.03.004

[摘要](220)

[PDF 401KB](3) [施引文獻] ()

摘要:
采用電沉積技術在20號鋼表面制備了Fe-Ni合金層,考察了鍍液中Fe²⁺濃度對合金鍍層沉積速度、鍍層成分、相結構、鍍層顯微硬度和耐蝕性的影響規律,并探討了耐蝕機理.實驗結果表明:電鍍Fe-Ni合金可獲得納米晶結構,隨鍍液中Fe²⁺濃度增加,鍍層中含鐵量增大;鍍層顯微硬度的變化與Fe原子在Ni晶格中有序固溶程度有關;Fe-Ni合金鍍層的耐蝕性均優于20號鋼,當鍍液Fe²⁺濃度為0.01 mol·L^-1時,獲得鍍層具有最佳的耐蝕性.隨鍍層中鐵含量增加,具有鈍化特性的高含Ni的Fe-Ni相含量減少,耐蝕性下降,但該相納米結構顯著細化,加速鈍化可提高耐蝕性,這一對矛盾導致鍍層耐蝕性與鐵含量間沒有明顯的變化規律.高孔隙率也是耐蝕性下降的原因之一.

粉煤灰基多孔陶瓷過濾材料的制備和性能

熊林, 劉曉榮

2011, 33(3): 318-322. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.03.005

[摘要](259)

[PDF 546KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
以粉煤灰為骨料,采用添加造孔劑法制備粉煤灰基多孔陶瓷過濾材料,研究了造孔劑用量和燒結溫度對其性能的影響.通過壓汞儀、X射線衍射儀和場發射掃描電子顯微鏡等分析測試技術對試樣進行了性能表征.結果表明:隨著造孔劑用量的增加,顯氣孔率和吸水率升高,抗彎強度和密度下降.提高燒結溫度可以有效提高抗彎強度,而不影響材料的主要物相組成;當燒結溫度大于1175℃時,顯氣孔率和透氣度顯著下降.造孔劑用量為35%,燒結溫度為1175℃時,可制得抗彎強度大、氣孔發達及高比表面積的多孔陶瓷過濾材料.

高磷鐵水脫磷渣枸溶性

王永紅, 謝兵, 刁江, 李曉軍, 張杰新

2011, 33(3): 323-327. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.03.016

[摘要](121)

[PDF 411KB](4) [施引文獻] ()

摘要:
參照實際轉爐脫磷爐渣,配制了不同F、P₂O₅、FeO和MgO含量及堿度的渣樣,用化學分析方法測試了不同組分對渣中磷的枸溶率的影響規律.結果表明:當脫磷渣中含有F時,P主要與F形成氟磷灰石,使得磷的枸溶率隨渣中F含量的升高而急劇降低,當不含氟時枸溶率可達92.5%,當氟質量分數達到0.5%時枸溶率已降低到50%以下;隨堿度增加,由于渣中Ca²⁺含量增加,破壞了硅氧網絡結構,使得枸溶率有所上升;渣中MgO含量升高,由于Mg²⁺在熔融冷卻過程中會抑制β-Ca₃(PO₄)₂晶體的析出,而β-Ca₃(PO₄)₂中磷不易為質量分數為2%的檸檬酸液溶出,而使枸溶率有所升高;隨渣中P₂O₅含量升高,由于P⁵⁺與O^2-形成絡離子,P⁵⁺位于O^2-密集形成的間隙中,不易溶出,使得枸溶率有所下降;渣中FeOn升高,枸溶率隨之降低.

從電鍍污泥中回收鎳、銅和鉻的工藝研究

郭學益, 石文堂, 李棟, 田慶華

2011, 33(3): 328-333. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.03.006

[摘要](237)

[PDF 535KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
采用硫酸浸出-硫化沉銅-兩段中和除鉻-碳酸鎳富集工藝,從電鍍污泥中綜合回收銅、鉻和鎳.考察了各工序過程中的影響因素,獲得了最佳工藝條件:酸浸過程中反應時間為0.5 h,反應溫度為50℃,硫酸加入量為理論量的0.8倍;沉銅過程中,沉銅劑加入量為理論量的1.2倍,反應時間和反應溫度分別為1 h和85℃;采用兩段除鉻工序有效降低了沉淀過程中的鎳損失.整個工藝中,銅、鉻和鎳的回收率分別達到98%、99%和94%以上.

氧氣高爐多區域約束性數學模型

郭培民, 高建軍, 趙沛

2011, 33(3): 334-338. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.03.017

[摘要](141)

[PDF 524KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
將氧氣高爐分為高溫區、固體爐料區和煤氣加熱區三個區域,并分析了各區域的物理約束和化學約束條件.在物料平衡和能量平衡的基礎上,建立了氧氣高爐多區域約束性數學模型.理論分析和計算結果表明:多區域約束性數學模型可以彌補全爐熱平衡的不足,反映熱量在不同區域的利用價值;固體爐料區受間接還原反應和熱平衡的約束,隨著金屬化率的升高,需要循環煤氣量逐漸增大;當金屬化率很高時,在高溫區和固體爐料區滿足熱平衡條件下,雖然計算得到的燃料比很低,但煤氣加熱區煤氣量不能實現平衡.

高溫燒結礦氣-固換熱過程數值模擬及參數分析

張欣, 溫治, 樓國鋒, 劉訓良, 鄭坤燦

2011, 33(3): 339-345. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.03.018

[摘要](120)

[PDF 821KB](3) [施引文獻] ()

摘要:
在詳細分析了高溫燒結礦冷卻過程傳熱機理的基礎上,根據能量守恒定律建立了高溫燒結礦氣-固換熱過程的一維非穩態熱過程數學模型,并利用現場實測數據對所建立的數學模型進行了驗證.結果表明:所建立的數學模型是正確可信的.在此基礎上,重點研究了冷風風速和臺車移動速度等主要熱工參數對環冷機內冷卻過程的影響,并針對某環冷機的實際生產情況提出了具體的操作建議.

基于不確定性的鉸接式自卸車鉸接體的多工況拓撲優化

張婧, 石博強, 谷捷

2011, 33(3): 346-352. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.03.021

[摘要](124)

[PDF 1028KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
以均勻化方法為理論基礎,對鉸接式自卸車的鉸接體進行多載荷工況下的拓撲優化研究.在確定各工況權重時,綜合考慮權重本身的不確定性和專家可信度,利用盲數理論對專家的意見進行了不確定性的量化表示進而求出權重,并把權重值應用到多工況拓撲優化中,最后對鉸接體的結構進行了可靠性分析,所得結果證明基于盲數理論取得的權重的合理性.

基于自適應形態小波的軋機電氣信號壓縮方法

章立軍, 黎敏, 陽建宏, 索春明

2011, 33(3): 353-357. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.03.009

[摘要](213)

[PDF 491KB](3) [施引文獻] ()

摘要:
針對非線性、非平穩信號的數據壓縮問題,提出了一種基于自適應形態小波的軋機電氣信號壓縮方法.結合電氣信號的形態特征,采用中值算子作為形態小波的更新算子對信號進行分解,從而實現根據信號的局部形態特征,自適應地調整形態小波分解的更新算子.工業現場實際軋機電氣信號的數據壓縮實驗證明:利用這種形態小波信號壓縮方法,可以獲得高壓縮比的信號,并能保留信號的形態特征;同時,這種形態小波信號壓縮方法運算量小,可以應用到實時性要求較高的在線監測系統中.

基于信息融合的帶鋼厚度預測控制

彭開香, 賴春山

2011, 33(3): 358-362. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.03.010

[摘要](107)

[PDF 510KB](4) [施引文獻] ()

摘要:
通過把軋制力方程和厚度控制方程在小范圍內線性化、離散化,用遞推最小二乘法辨識出系統的狀態空間模型.給出了基于Kalman濾波法的最優信息融合算法,并針對熱連軋這個復雜的多變量系統設計了異步信息融合估計算法.將模型用于熱連軋機帶鋼厚度預測中,同時也預測帶鋼塑性系數Q.最后把實時預測出的帶鋼出口厚度和帶鋼塑性系數應用于帶鋼熱連軋厚度控制系統,提高了帶鋼厚度質量.

具有多采樣率及狀態時滯的線性離散時間系統的預見控制

石千松, 廖福成

2011, 33(3): 363-375. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.03.019

[摘要](152)

[PDF 687KB](6) [施引文獻] ()

摘要:
研究了輸入多采樣率型離散時間控制系統的預見控制器設計問題.首先利用提升技術從形式上消除多采樣率特點和狀態時滯,把問題轉化為一個普通的單采樣率無時滯系統的控制器設計問題.由于狀態時滯的存在,提升過程中會引入輸入量的歷史值.把這些歷史值和狀態時滯項一起放入擴大系統的狀態向量中,因此提升過程不會引入誤差.針對提升后的系統,利用最優預見控制的標準處理方法,通過構造擴大誤差系統,把問題轉化為調節問題,最后給出帶有預見補償的最優控制器.再經過變換,得到原系統的預見控制器.同時對預見控制器的存在條件進行了討論.數值仿真表明,本文所設計的預見控制器是有效的.

基于模糊匹配的板坯入庫優化決策問題模型及求解

涂雪平, 施燦濤, 李鐵克

2011, 33(3): 376-382. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.03.001

[摘要](234)

[PDF 373KB](8) [施引文獻] ()

摘要:
針對板坯入庫優化決策問題,采用隸屬度函數表示待入庫板坯長度、寬度、厚度與各庫位已存板坯對應屬性的匹配程度,建立了板坯入庫模型.針對問題特征,借鑒遺傳算法的交叉和變異操作,設計了一種混合離散粒子群算法(DPSO-CM)進行求解.基于企業實際生產數據的仿真實驗驗證了模型和算法的可行性和有效性.

邊坡動力響應主導頻率及其影響因素的模擬分析

金愛兵, 孫金海, 高永濤

2011, 33(3): 383-387. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.03.003

[摘要](289)

[PDF 333KB](3) [施引文獻] ()

摘要:
運用FLAC有限差分程序,建立了一個邊坡動力數值分析模型,對不同動力參數及巖土參數條件下的邊坡響應規律進行數值模擬研究.結果表明,邊坡動力響應放大系數與加載頻率不是簡單的線性關系,而是存在一個主導頻率,即在該頻率的動載作用下,邊坡動力響應放大系數較大.進一步研究表明,主導頻率主要受邊坡巖土體剪切模量和密度的影響.提出了邊坡動力響應放大系數與輸入動力參數以及巖體力學參數間的函數關系.

地震時作用于深水橋墩上的動水力及對橋墩動力響應的影響

李悅, 宋波, 黃帥

2011, 33(3): 388-394. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.03.020

[摘要](148)

[PDF 942KB](8) [施引文獻] ()

摘要:
基于勢流體理論,針對一典型實體矩形截面橋墩,分析了不同水深時,動水對橋墩自振特性的影響.研究了不同水深和地震波類型等條件下,作用于橋墩上動水壓力的分布規律及其合力作用點位置,并分析了動水對矩形截面橋墩在地震作用下動力響應的影響.結果表明,由于動水和結構相互作用的影響,矩形截面橋墩的自振周期、墩底彎矩及剪力的峰值會隨著水深的增加而不斷增大.動水使墩底彎矩和剪力分別最多增大了31%和50%,因此動水對橋墩動力反應的影響不可忽略.并且,不同類型地震波對作用于橋墩上的動水壓力分布的影響也不相同.根據日本規范計算作用于矩形截面橋墩上的動水力的結果與本文的結果更為接近.