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2014年  第36卷  第11期

資源與開發
顆粒剛度變化對膠結砂巖力學響應的影響
劉先珊, 許明, 熊衛紅
2014, 36(11): 1427-1435. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2014.11.001
摘要:
為分析膠結砂巖的力學響應和破壞機理,基于試驗建立不同剛度比的三維顆粒流數值模型,驗證數值模型的可行性,并分析不同膠結性狀的砂巖力學響應,進一步說明膠結物質的重要作用及模型的適用性.分析顆粒接觸剛度比和平行黏結剛度與顆粒接觸剛度的比值變化時,砂巖的應力比、體應變、配位數和平行黏結破壞數的變化規律以及對模型的泊松比、初始剛度和延性的影響.結果表明:不同的顆粒剛度比對巖樣宏觀力學響應的影響不同,顆粒接觸剛度比越小,且切向剛度越大時,膠結砂巖的脆性越強;平行黏結剛度與顆粒接觸剛度的比值越大,脆性越強,黏結破壞越容易,剪切破壞越明顯.顆粒剛度對膠結砂巖的力學響應和變形能力有重要的影響,是實際儲層砂巖力學模擬選擇有效細觀參數和構建本構關系的關鍵.
地下礦水災場一體化構模及可視化仿真技術
趙怡晴, 李仲學, 周耀東, 曹志國, 李鑫
2014, 36(11): 1436-1442. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2014.11.002
摘要:
針對地下礦突水三維可視化仿真,基于礦山復合場理論,通過對水災漫延過程中各場量參數的空間幾何性、分布性、矢量性和時序性進行分析,給出屬性空間的拓撲關系,構建了地下礦突水仿真的一體化動態模型,提出了相關屬性的可視化仿真方法.通過對空間場量進行體素化和場量化處理,以時間為步長,實現了水災漫延過程的動態可視化表達.以某典型地下礦山為例,通過對相關數據進行整理分析,實現了水災漫延過程的動態可視化仿真,驗證了地下礦突水一體化模型的可行性和有效性.
一株產氨浸銅細菌的分離與鑒定
王洪江, 吳愛祥, 熊有為, 胡凱建, 黃明清
2014, 36(11): 1443-1447. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2014.11.003
摘要:

從內蒙古某處土壤中分離出一株分解尿素的產氨細菌(命名為 JAT-1),革蘭氏陰性,菌落表面平整濕潤,乳白色,短桿狀.菌體尺寸為φ0.2~0.4μm×1.5~2.0μm.結合16S rDNA測定和菌株系統發育樹分析,其與Providencia Sp. Sam 130-9A同源性高達99%.對其生長特性研究結果表明:JAT-1以10 g×L-1檸檬酸鈉作為碳源,20 g×L-1尿素作為氮源,最佳生長pH值范圍為8.0——9.5,最佳初始接種濃度20%.采用該細菌進行堿性銅礦搖瓶浸出實驗,144 h后銅浸出率可達42.38%,表明該菌株具有應用于堿性銅礦浸出的潛力.

紅土鎳礦原礦性質及其對直接還原焙燒的影響機理
劉志國, 孫體昌, 蔣曼, 許言, 高恩霞, 劉真真
2014, 36(11): 1448-1455. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2014.11.004
摘要:
以兩種紅土鎳礦為研究對象,通過光學顯微鏡、電子顯微鏡、X射線衍射等手段對試樣進行了分析,對比其異同點,并進行選擇性還原焙燒實驗,研究紅土礦原礦性質對其還原焙燒的影響.結果發現,兩種試樣所含主要礦物相同,載鎳礦相同,鎳在原礦中分布規律也相似,但由于Fe、Si和Mg含量的差異造成其選擇性還原焙燒-磁選結果有很大差異.其原因可能是焙燒過程中鐵、鎂、鈣等陽離子和硅氧離子形成不同硅酸鹽,影響了焙燒礦的熔融性和鎳的反應活性.
金礦浮選回收率預測模型
劉青, 王彬, 袁瑋, 汪宙, 王寶, 彭良振, 李劍鋒, 姚凱
2014, 36(11): 1456-1461. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2014.11.005
摘要:
浮選回收率是金礦選礦過程重要的生產指標,目前主要是通過人工化驗的方法檢測獲得,人工檢測周期較長,造成金礦廠不能及時把握浮選工藝水平.在大量現場生產數據的基礎上,分別采用多元線性回歸和BP神經網絡的方法,建立了金礦廠浮選回收率的預測模型.預測誤差分析表明,BP神經網絡預測模型能較好地預測金礦廠的浮選回收率,當預測相對誤差在±3%范圍內時,模型的預測精度達到91%,對于實際生產具有良好的參考作用.
冶金與材料
石油鉆桿鋼冶煉過程中夾雜物的析出和衍變
隋亞飛, 孫國棟, 王燦國, 郭敏, 張梅
2014, 36(11): 1462-1470. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2014.11.006
摘要:
系統分析了國內某鋼廠復合脫氧工藝下Cr Mo石油鉆桿鋼夾雜物在EAF-LF-VD-CC流程中的析晶和衍變規律.由于鋁酸鹽的上浮,LF冶煉前鋼中T[O]含量較低,冶煉過程中氮含量逐漸升高.電鏡下鋼中大尺寸夾雜物(50μm左右)只出現在LF-VD階段,主要為低熔點的硅錳酸鹽、包含Na2O的混合物和含有少量CaO的鎂鋁尖晶石,中間包階段大尺寸夾雜物完全消失.小尺寸夾雜物(<10μm)出現在精煉全過程中,主要成分是Mg、Al、Si和Ca的復合氧化物、CaS以及二者的復合物,LF冶煉前到中間包階段小尺寸夾雜物粒徑相似,鑄坯中其粒徑稍微增加.隨著精煉過程的進行,鋼中小尺寸夾雜物的成分逐漸向復合氧化物的低熔點區域轉移,夾雜物中CaO和MgO含量存在競爭關系.鑄坯中大型夾雜物(>100μm)包括卷渣引起的復合夾雜,耐材剝落產生的MgO-CaO夾雜和鋼液內生的鋁酸鹽夾雜.內生鋁酸鹽與精煉過程中小尺寸夾雜物成分相似,外層包覆Ca S,軋制過程中容易破碎成鏈狀引發鉆桿鋼裂紋.建議適當延長VD處理后鋼液的鎮靜時間,以去除鋼中大型鋁酸鹽夾雜,提高鉆桿鋼質量.
高級別船板鋼爐外精煉過程潔凈度研究
郝鑫, 王新華, 楊光維, 秦頤鳴, 趙和明
2014, 36(11): 1471-1475. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2014.11.007
摘要:
為了研究采用BOF-LF-RH-CC工藝生產的A32船板鋼潔凈度水平,進行了三爐工業實驗.通過對冶煉過程系統取樣分析,研究了鋼中總氧、氮含量變化,夾雜物的轉變規律及機理.結果表明:該工藝生產的船板鋼有較高的潔凈度,中包總氧控制在2×10-5以下,氮含量控制在4×10-5以下;LF精煉過程中,鋼中總氧、夾雜物數量密度和平均尺寸均降低,夾雜物轉變為CaO-MgO-Al2O3三元系;RH精煉過程中,鋼中總氧和夾雜物數量密度降低,而夾雜物平均尺寸升高;鈣處理過程中,夾雜物數量密度升高,而夾雜物平均尺寸降低,夾雜物轉變為CaO-Al2O3-CaS三元系.
退火溫度對退火馬氏體基TRIP鋼顯微組織和力學性能的影響
丁然, 唐荻, 陳銀莉, 趙愛民, 鄺霜, 姜英花
2014, 36(11): 1476-1482. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2014.11.008
摘要:
將C-Si-Mn系TRIP鋼通過完全淬火和兩相區退火相結合的工藝,得到一種以退火馬氏體為基體的TRIP鋼(簡稱TAM鋼),并對比分析了TAM鋼在不同溫度退火后的顯微組織和力學性能.結果表明,TAM鋼經退火后的顯微組織特征為精細規整的板條退火馬氏體基體、片狀殘余奧氏體和貝氏體/馬氏體組成的混合組織.這種組織降低了基體的硬度以及基體和第二相之間的強度比,減少了基體的位錯密度.隨著退火溫度的提高,退火馬氏體基體的板條形態逐漸消失,新生馬氏體/貝氏體的團狀混合組織逐漸增多.當退火溫度為780℃時,綜合力學性能優異,抗拉強度為1130 MPa,延伸率可達20%,強塑積為22600 MPa·%.當退火溫度較低時,殘余奧氏體主要以片狀存在于退火馬氏體板條間,有利于TRIP效應的發生.
庫爾勒土壤環境中X70管線鋼剝離涂層下的腐蝕特征
劉智勇, 鄭文茹, 王力偉, 崔中雨, 杜翠薇, 李曉剛
2014, 36(11): 1483-1489. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2014.11.009
摘要:
利用矩形剝離縫隙模型研究了庫爾勒土壤模擬溶液中X70管線鋼剝離涂層下的滯留液化學特征以及X70鋼腐蝕特征.隨著浸泡時間的延長,縫內滯留液的p H值逐漸下降直至穩定.Cl-在縫內滯留液中有不同程度的聚集,其中在縫隙底部的質量濃度最高.SO42-的質量濃度在腐蝕初期表現為隨距離增加而降低,到腐蝕后期表現為隨距離增加而升高.HCO3-和NO3-的質量濃度從漏點至縫底有小幅降低.陽離子的質量濃度變化不明顯.縫內X70鋼的腐蝕形貌表現為明顯的點蝕,且隨距漏點距離的增加,點蝕越嚴重.
含氮不銹鋼凝固模式及顯微組織研究
房菲, 李靜媛, 王一德
2014, 36(11): 1490-1496. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2014.11.010
摘要:
研究了四種不同N含量的18Mn18Cr N不銹鋼的凝固模式、顯微組織和元素分布.結果表明:N含量影響18Mn18Cr N合金系的凝固模式和顯微組織.氮的質量分數由0.07%增加至0.72%時,實驗鋼的凝固模式由F模式轉變為A模式,顯微組織由鐵素體和奧氏體魏氏兩相組織轉變為鐵素體和奧氏體兩相組織以及單相奧氏體組織.N含量影響奧氏體相形貌,隨N含量增加,奧氏體由板條狀、針狀轉變為枝晶間和等軸狀.枝晶間和等軸狀奧氏體晶粒中存在褶皺形貌,且隨著氮含量增加,褶皺數量增多.褶皺的產生與凝固過程中奧氏體相內部Fe、Mn、Cr元素的偏析有關,且該凝固偏析被保留至室溫組織中.
熱處理對B1500HS鋼激光拼焊板力學性能的影響
崔棟, 王寶雨, 周靖, 徐偉力, 羅愛輝, 洪振軍
2014, 36(11): 1497-1504. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2014.11.011
摘要:
利用單軸拉伸試驗機、掃描電子顯微鏡、能量色散譜儀、光學顯微鏡、維氏硬度儀等研究了熱處理前后B1500HS鋼激光拼焊板的淬火性能.結果表明:熱處理前B1500HS鋼拼焊板焊縫強度遠高于母材區,硬度分布極不均勻;熱處理后,B1500HS鋼拼焊板的元素分布幾乎沒有變化,整體強度有了大幅的提高,但塑性下降程度較大,其中橫向塑性最差,經維氏硬度測試,發現焊縫至母材區的硬度過渡平滑.硬度值平滑過渡使得應力和應變分布更加均勻,保證了母材和焊縫力學性能的良好連續性,可以顯著提高B1500HS鋼拼焊板的成形性能.
薄板坯連鑄連軋流程試制含釩鈦取向硅鋼中氮化物析出相
付兵, 項利, 凌晨, 樊立峰, 仇圣桃, 成國光
2014, 36(11): 1505-1513. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2014.11.012
摘要:
通過熱力學計算與模擬試驗研究了含釩鈦取向硅鋼中氮化物析出相的析出規律與析出行為,并探討了含釩鈦元素的氮化物析出相作為薄板坯連鑄連軋流程制備取向硅鋼中輔助抑制劑的可行性.研究表明,在所冶煉的含釩鈦取向硅鋼的成分范圍內,TiN在鋼液凝固末期便具備析出的熱力學條件,而AlN與VN只可能在凝固后的α+γ或α+Fe3C兩相區內析出.含釩鈦取向硅鋼中氮化物析出相以成分復雜的復合析出相為主,且隨著釩鈦加入量的增加,鋼中抑制劑析出相總的分布密度由于含釩鈦元素的氮化物析出相的增加而明顯提高,使抑制劑抑制初次再結晶晶粒正常長大的能力得以加強,最終成品的磁感應強度值B8由1.857 T提升至1.898 T.同時,加入不高于0.007%的Ti與不高于0.005%的V不會影響中間脫碳退火工序的脫碳效果以及高溫退火凈化階段硫、氮的脫除效果,其形成的含釩鈦元素的納米級氮化物析出相適合作為薄板坯連鑄連軋流程制備取向硅鋼的輔助抑制劑.
Fe-Cu-Nb-Si-B快淬帶的組織、磁性及微區力學性能
包小倩, 張真, 高學緒
2014, 36(11): 1514-1519. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2014.11.013
摘要:
采用單輥熔體快淬法制備寬6~8mm、厚30~40μm的Fe78.3Cu0.6Nb2.6Si9.5B9合金薄帶.其直流磁性能為:飽和磁感應強度Bs=1.06T,剩磁Br=0.39T,矯頑力Hc=3.53A/m,最大磁導率μm=2.43mH/m;交流磁性能為:鐵損P0.5T/1kHz=22.2W/kg,P0.2T/100kHz=864W/kg,對應的有效磁導率μe分別為833和1225.場發射高分辨掃描電鏡觀察發現,不同工藝參數制備的快淬帶因晶化程度不同,對應的斷口形貌特點也不同,非晶相和納米晶復合的合金帶斷口可見鏡面區和霧狀區、周期性褶皺、河流狀花樣等,而晶化接近完全的合金帶呈沿晶斷裂.納米力學探針研究表明,非晶相和納米晶復合的合金帶的微區硬度和彈性模量低于晶化接近完全的合金帶.基于Luborsky法,利用自行設計的裝置測量斷裂應變,對材料的韌性進行半定量分析.
1-羥基苯并三氮唑和鉬酸鈉對銅的緩蝕協同作用
裴禮鴻, 吳俊升, 肖葵, 潘曉銘, 高書君, 田然, 李曉剛
2014, 36(11): 1520-1526. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2014.11.014
摘要:
采用電化學、掃描電子顯微鏡、X射線光電子能譜等實驗方法研究了1-羥基苯并三氮唑(BTAOH)和鉬酸鈉(Na2MoO4)復配后對銅在ASTM D 1384模擬大氣腐蝕溶液中的緩蝕協同作用.電化學實驗結果表明:BTAOH與Na2MoO4在50mg·L-1的質量濃度條件下,以2:1復配使用能夠顯著提高銅在模擬大氣腐蝕溶液中的電荷轉移電阻,降低腐蝕電流密度,緩蝕率達到90.7%;銅在模擬大氣腐蝕溶液中的腐蝕產物呈聚集柱狀堆砌在表面,而在含有緩蝕劑的溶液中表面平整致密,且疏水性增強,接觸角顯著增大至91.8°.X射線光電子能譜結果顯示Na2MoO4與銅表面作用后形成MoO3和MoO2,兩種氧化物填充在BTAOH形成的表面膜的縫隙中,提高了膜的致密性,對銅產生良好的保護作用.
7050鋁合金半連鑄過程應力場及開裂傾向
白清領, 李宏祥, 張濟山, 莊林忠
2014, 36(11): 1527-1533. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2014.11.015
摘要:
7050鋁合金在半連鑄生產過程中發生熱裂和冷裂的傾向很高,不但影響了產品的質量和生產效率,還可能導致生產事故.工廠常采用試錯法以找到最優的工藝參數,但這種方法成本高且效率低.運用數值模擬的方法再現鑄造過程中各物理場的變化情況,已成為優化鋁合金熔鑄工藝非常重要的研究手段.本文通過將溫度場、流場和應力場進行直接耦合,對7050鋁合金的半連鑄過程進行了數值模擬研究.結果顯示,在糊狀區沿鑄錠寬度方向的應力和應變分量最大,特別是在起始鑄造階段,因而最容易在起始階段產生垂直于寬度方向的熱裂紋.冷裂與鑄錠內應力集中有關,根據計算可知鑄錠在冷卻至200℃時冷裂傾向最大.由實際裂紋所處的部位及所需的臨界尺寸可以推測,該冷裂紋極有可能是糊狀區產生的熱裂紋在低溫時失穩擴展而形成的.
先進高強韌Al-Zn-Mg-Cu合金凝固和均勻化組織及相構成
舒文祥, 侯隴剛, 劉君城, 劉俊濤, 張濟山, 莊林忠
2014, 36(11): 1534-1539. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2014.11.016
摘要:
采用熱力學計算與實驗相結合的方法,研究了兩種高強韌Al-Zn-Mg-Cu合金鑄態及均勻化態的顯微組織和相構成.鑄態A合金主要由Mg(Zn,Al,Cu)2相和少量Al2Cu相組成,而鑄態B合金僅含Mg(Zn,Al,Cu)2相.熱力學計算顯示,A和B兩種合金的實際凝固過程介于Lever Rule和Scheil Model兩種模擬結果之間,由于合金成分不同而導致的鑄態A和B合金中各相含量差異與Scheil Model模擬所得到的各相摩爾分數變化規律基本一致.經常規工業均勻化處理(460℃保溫24 h),鑄態A和B合金中存在的Mg(Zn,Al,Cu)2或Al2Cu相均能充分回溶,并得到單相α(Al)基體,這與熱力學計算所得到的AlZn-Mg-Cu四元系統在7.5%Zn條件下460℃等溫相圖相符合.
染料敏化太陽能電池中多孔電極制備及性能
吳旭蘋, 彭冰霜, 劉桂成, 辛秦, 王新東
2014, 36(11): 1540-1544. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2014.11.017
摘要:
將噴涂法應用于制備染料敏化太陽能電池光陽極,具有漿料制備簡單、易操作、成本低廉等優勢.本文以鈦酸丁酯和P25為原料配制漿料,采用噴涂法制備二氧化鈦薄膜,選擇乙二醇作為造孔劑,探索了乙二醇的最佳加入量.通過對電池I-V曲線,二氧化鈦薄膜表面粗糙度、染料吸附量和漫反射譜,以及光陽極的掃描電鏡照片和交流阻抗圖譜的分析,得到如下結果:當乙二醇與鈦酸丁酯的體積比為1:1時,二氧化鈦薄膜的粗糙度最大,即孔隙率和比表面積最大,因此染料吸附量達到1.47×10-7mol·cm-2,電池性能最好,其中開路電壓為0.69 V,短路電流為13.0 mA·cm-2,光電轉化效率達到5.38%,比不加造孔劑時增加了將近1倍,此時電子的擴散轉移電阻也最小.
纖維素在炭化和活化過程中的結構變化
朱瓊瓊, 周花蕾, 李文軍, 常志東, 孫長艷
2014, 36(11): 1545-1551. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2014.11.018
摘要:
以纖維素為原料,通過在氮氣氛下炭化和水蒸氣活化得到纖維素基炭。采用熱分析、傅里葉紅外光譜、X射線衍射及低溫N2吸附測試手段研究了纖維素的炭化和活化過程以及過程中炭微晶結構和比表面積的變化。纖維素分子結構中的C-OH、C-O-C、C-H等基團在280~380℃之間大量分解,380℃后少量裂解產生的小分子碎片或基團持續分解,同時碳元素發生結構重排,形成石墨微晶。炭化溫度是影響纖維素基活性炭微晶結構及孔結構的關鍵因素,隨炭化溫度的升高,石墨微晶尺寸變大,孔結構得到發育,但活性炭的比表面積則呈先增加后下降趨勢,當炭化溫度為600℃時所得活性炭比表面積最大;炭化時間對炭微晶結構及比表面積的影響不顯著;隨著活化時間的延長,先是炭結構中的非微晶碳被氧化,比表面積及總孔容積變大,然后微晶碳被氧化,微晶結構被破壞,炭中部分微孔變成中孔或大孔,導致比表面積及總孔容積變小,當微晶間的非微晶碳被充分氧化而又不破壞原微晶結構時得到的炭孔隙最豐富。
設備與能源
帶煙氣循環的W型輻射管流動傳熱及NOx排放特性
馮俊小, 姜敏, 周聞華, 吳啟明, 向順華
2014, 36(11): 1552-1559. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2014.11.019
摘要:
為解決W型輻射管溫度均勻性差和NOx排放過高的問題,提出了一種新型帶煙氣循環的W型輻射管,建立了該輻射管的數學模型,并運用數值計算的方法進行了模擬研究.在驗證模型可靠的基礎上,對帶煙氣循環的W型輻射管和常規W型輻射管的流場、溫度場和NOx排放進行了比較.結果表明:帶煙氣循環的W型輻射管氣體平均流速是常規W型輻射管氣體流速的3倍,有57.6%的煙氣參與再循環;帶煙氣循環的W型輻射管中氣體燃燒最高溫度為2260 K,比W型輻射管低192 K;帶煙氣循環的W型輻射管壁面溫差為166 K,比常規W型輻射管的壁面溫差小76 K;帶煙氣循環的W型輻射管的NOx排放量9.9×10-5,而W型輻射管的NOx排放達到7.98×10-4,高出將近7倍.
控制與決策
一種基于密度的模糊自適應聚類算法
王玲, 吳璐璐, 付冬梅
2014, 36(11): 1560-1565. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2014.11.020
摘要:
針對密度聚類算法對鄰域參數設置敏感的問題,提出一種基于密度的模糊自適應聚類算法.算法在無需預先設置聚類數以及鄰域參數的情況下,可以自適應地根據樣本間距離關系確定鄰域半徑得到樣本密度,并根據樣本密度逐漸增加聚類中心.為了保障聚類結果的正確性,同時提出一種新的模糊聚類有效性指標以判斷最佳聚類數,消除了密度聚類算法對參數的敏感性.用UCI基準數據集進行實驗,發現本文算法在對數據進行聚類時,聚類質量較原始密度聚類算法在準確性和自適應性方面均有顯著提高.
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