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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單　　價：40元/期，全年480元

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2014年第36卷第7期

欄目

資源與開發
冶金與材料
設備與能源
控制與決策
土木與建筑

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資源與開發

從屈服應力角度完善膏體定義

王勇, 吳愛祥, 王洪江, 楊錫祥, 周發陸, 周勃

2014, 36(7): 855-860. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2014.07.001

[摘要](288)

[PDF 576KB](14) [施引文獻] ()

摘要:
為了確定適合工業應用的膏體濃度范圍，從屈服應力角度完善了膏體定義：以屈服應力為（200±25） Pa時料漿中固相的質量分數為恰飽和質量分數，反推飽和率為101.5%～105.3%時料漿中固相的質量分數范圍，即為工業應用膏體濃度.采用不同礦山的兩種尾礦（1^#尾礦和2^#尾礦）對膏體定義分別進行室內實驗和工程驗證.結果表明：1^#尾礦室內動態壓密實驗獲得的底流中固相的最大質量分數為73.71%，膏體定義預測的理論膏體濃度最大值為73.89%，二者相差0.18%；2^#尾礦通過深錐濃密機獲得底流中固相的最大質量分數為68%，膏體定義預測的理論膏體濃度最大值為68.97%，二者相差0.97%.完善后的膏體定義對膏體濃度預測更可靠.

冶金與材料

201×7樹脂對Fe（CN）₆^4-吸附的熱力學與動力學

黨曉娥, 呂軍, 周軍, 唐晨, 邊道超

2014, 36(7): 861-866. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2014.07.002

[摘要](251)

[PDF 447KB](7) [施引文獻] ()

摘要:
針對離子交換法處理氰化提金尾液時Fe（CN）₆^4-的存在引起交換劑的"鐵中毒"問題，采用Freundlich、Langmiur、準二級動力學方程以及范山鷹的擴散模型，從熱力學與動力學角度研究了201×7樹脂對Fe（CN）₆^4-的吸附特性，并計算了相關熱力學常數和表觀活化能.結果表明：Fe（CN）₆^4-在該樹脂上的吸附能自發進行，且符合Langmiur方程和準二階動力學方程，吸附初期表現為膜擴散，后期表現為空隙擴散.擴散到固定層中的Fe（CN）₆^4-由于被樹脂表面的官能團緊緊固定，導致負載樹脂在硫酸脫氰過程形成Zn₂Fe（CN）₆和Cu₂Fe（CN）₆附著在樹脂上，引起樹脂的"鐵中毒"，可通過選擇性沉淀先除去Fe（CN）₆^4-.

生物質木炭用于鮞狀高磷鐵礦除磷

唐惠慶, 范立強, 馬龍, 郭占成

2014, 36(7): 867-874. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2014.07.003

[摘要](300)

[PDF 582KB](8) [施引文獻] ()

摘要:
針對難處理的鮞狀高磷鐵礦，提出了首先采用高氣化性生物質木炭制備含碳球團，然后通過直接還原-高溫熔分的方法，成功實現了該鐵礦的除磷提鐵.直接還原實驗采用管式爐.考察了還原溫度、生物質木炭加入比例（碳氧摩爾比）和氣氛等條件對樣品還原行為的影響，并確定了適宜的還原條件為溫度1373 K、配碳量0.9、時間15～25 min以及氣氛P_CO₂/P_CO=1：1.在此條件下，樣品的金屬化率和殘碳質量分數分別在75%～80%和0.69%～0.11%的范圍內.通過對該金屬化球團的X射線衍射和掃描電鏡-能譜分析發現：還原后樣品中的主要物相為金屬鐵、磷灰石和硅酸三鈣；磷沒有被還原而仍以磷灰石的形式存在于脈石中.高溫熔分實驗采用Si-Mo棒高溫箱式爐.實驗結果得到磷質量分數為0.4%的鐵樣.在熔分體系中進一步添加相對質量為2%～4%的Na₂CO₃，可以得到磷質量分數在0.3%以下的鐵樣.基于以上分析，證明了采用生物質木炭用于高磷鐵礦的除磷提鐵是可行的.

低溫堿性熔煉分離提取廢棄電路板粉末中兩性金屬

劉靜欣, 郭學益, 田慶華, 李棟

2014, 36(7): 875-879. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2014.07.004

[摘要](226)

[PDF 361KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
模擬廢棄電路板破碎、分選后得到的多金屬富集粉末，通過單因素實驗和正交試驗，采用低溫堿性熔煉研究熔煉溫度、熔煉時間和鹽料質量比對其中有價金屬分離提取率的影響.結果表明，最佳條件為熔煉溫度400℃，熔煉時間1.5h，鹽料質量比3.5，其中鹽料質量比對兩性金屬提取率影響最顯著.在最佳條件下，兩性金屬提取率為Sn 83.6%、Al 92.7%、Zn 80.9%及Sb 34.5%，以可溶鹽形式富集在浸出液中，銅等其他成分則于渣中富集，有效實現了兩性金屬與其他金屬的分離.

交換鋼包過程對IF鋼連鑄板坯表層潔凈度的影響

鄧小旋, 王新華, 李林平, 魏鵬遠, 季晨曦, 曾智, 田志紅

2014, 36(7): 880-886. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2014.07.005

[摘要](261)

[PDF 743KB](10) [施引文獻] ()

摘要:
采用ASPEX掃描電鏡中的自動特征分析功能研究了交換鋼包過程（取樣澆次第4、5爐）對IF鋼連鑄板坯表層的潔凈度的影響，且對比研究了交換鋼包過程澆鑄鑄坯（交接坯）與正常澆鑄鑄坯（正常坯）的表層潔凈度.結果表明：正常坯與交接坯中尺寸大于20μm的表層夾雜物可分為三類：（1）簇群狀Al₂O₃（包括氣泡+簇群狀Al₂O₃）；（2）簇群狀TiO_x-Al₂O₃夾雜物；（3）保護渣夾雜物.正常坯表層的大型夾雜物主要為簇群狀Al₂O₃，沒有檢測到保護渣夾雜物.換包開澆后鑄坯總氧質量分數從14×10^-6增至17×10^-6，交接坯表層檢測到較多的第2夾雜物，說明鋼包開澆后鋼水被輕微氧化.此外，鋼包開澆后劇烈的液面波動也導致了保護渣的卷入.在當前工藝下，換包對IF鋼鑄坯表層潔凈度的影響長度約為11m.

真空條件下錠模參數對鐵鎳合金縮孔分布的影響

高晨, 張立峰, 李崇巍, 彭劼

2014, 36(7): 887-894. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2014.07.006

[摘要](237)

[PDF 929KB](8) [施引文獻] ()

摘要:
為了減輕鑄件頂部縮孔缺陷以降低冒頭切除率提高鑄錠成材率，基于ProCAST軟件建立了鐵鎳合金真空下凝固數值仿真模型，通過解剖實驗驗證了模擬參數正確性，進而研究錠模參數對鐵鎳合金縮孔縮松分布的影響并得到最優錠型.研究表明：數值模擬中，關于真空條件下傳熱參數的設置較為合理，能較準確地模擬得到與實際生產一致的縮孔缺陷；在本研究條件下，冒口錐度對縮孔高度方向上位置的影響遠大于錠身錐度和高徑比對其的影響，縮孔位置隨冒口錐度減小上移，中心疏松程度隨錠身錐度增加而減弱，高徑比對縮孔縮松影響不大；優化后的錠型能有效改善縮孔缺陷，將縮孔控制在冒口線以上提高鑄錠成材率.

H13鋼電渣錠、鍛造及淬回火過程中碳化物析出行為

寧安剛, 郭漢杰, 陳希春, 孫曉林

2014, 36(7): 895-902. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2014.07.007

[摘要](274)

[PDF 683KB](14) [施引文獻] ()

摘要:
研究了H13鋼在電渣錠退火、鍛后退火和淬回火三種狀態下的析出物特征.利用碳膜萃取復型，通過透射電鏡、電子衍射和能譜分析發現方形、圓形及尺寸在200 nm以下的不規則碳化析出物，并確定它們分別為V₈C₇、Cr₂₃C₆和Cr₃C₂（Cr₂VC₂）.研究了這些析出物的演變規律，并對其在液相區、固-液兩相區和固相區的析出規律進行了熱力學計算.根據熱力學計算及電子衍射標定結果發現，Cr₂₃C₆和V₈C₇在液相區及固-液兩相區均不能析出，當冷卻到固相區時它們才開始析出.

易切削鋼中夾雜物的納米壓痕表征

王毓男, 包燕平, 王敏

2014, 36(7): 903-909. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2014.07.008

[摘要](274)

[PDF 696KB](21) [施引文獻] ()

摘要:
利用納米壓痕技術對鋼中BN、MnS、Al₂O₃、TiN等夾雜物進行納米壓痕表征，詳細討論了BN夾雜物對鋼的切削性能的改善作用，并分析了納米壓痕表征及宏觀硬度測量的誤差.研究表明：鑄態BN夾雜物硬度低于MnS夾雜物，鍛造態BN夾雜物硬度高于MnS夾雜物，三者均遠低于鋼基體；鑄態與鍛造態BN夾雜物均能在鋼中起到應力集中源、潤滑及包裹硬質點的作用，改善鋼的切削性能；納米壓痕表征及宏觀硬度測量均存在一定的誤差.

FGH98合金的再結晶行為

李昕, 張麥倉, 李偉, 董建新, 鄭磊, 姚志浩

2014, 36(7): 910-918. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2014.07.009

[摘要](254)

[PDF 1165KB](6) [施引文獻] ()

摘要:
利用掃描電鏡和透射電鏡對熱擠壓態和退火態FGH98合金的相析出規律及組織特征進行了分析，并對其再結晶機制進行了深入研究.結果表明：熱擠壓態FGH98合金在空冷過程中已經發生了少量的再結晶現象，隨著擠壓溫度的提高，體系內位錯密度下降.退火態FGH98合金中再結晶機制主要與體系內未回溶的一次γ'相有關，在一次γ'相聚集區再結晶主要以依靠亞晶的聚合和亞晶的長大，或兩者的混合機制進行形核；隨著一次γ'相的減少，合金還可以通過應變誘發晶界遷移、多晶粒交匯區形核、孿晶疊加等多種方式形核.需要指出的是，FGH98合金中未回溶的一次γ'相在退火處理過程中也會通過部分的回復和再結晶發生軟化效應.

高Nb-TiAl合金的高溫循環變形機制

張敏, 李宏良, 宋西平, 余龍, 焦澤輝, 于慧臣

2014, 36(7): 919-924. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2014.07.010

[摘要](104)

[PDF 929KB](8) [施引文獻] ()

摘要:
在750℃下對近片層Ti-45Al-8Nb-0.2W-0.2B-0.1Y合金進行了靜拉伸和循環變形，觀察和分析變形后試樣的微觀組織.合金在750℃時的循環應力-應變曲線位于靜拉伸應力-應變曲線之上，顯示出明顯的循環硬化特征；在循環變形過程中呈現先硬化后穩定.透射電鏡觀察顯示，在750℃下循環變形和拉伸的合金試樣中均發現有大量的位錯釘扎、塞積及纏結存在，而形變孿晶僅在循環變形后的合金試樣中存在.合金在750℃下的循環變形中孿生起重要作用.

基于球化機理的TA15鈦合金熱變形統一本構模型

趙慧俊, 王寶雨, 劉鋼, 楊雷

2014, 36(7): 925-930. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2014.07.011

[摘要](119)

[PDF 482KB](11) [施引文獻] ()

摘要:
應用晶界分離模型解釋了片層α相的球化現象，闡述了TA15鈦合金轉變組織中次生片層α相的球化是其主要的流動軟化機制.基于鈦合金球化軟化機理，建立了TA15鈦合金的統一黏塑性本構模型.本構模型綜合考慮了次生α相的球化、正則位錯密度、等向硬化、塑性成形產生的溫升、成形過程中的相變等物理變量.利用遺傳算法確定了本構模型中的材料常數.本構模型能夠較好地描述TA15鈦合金熱變形下的流動應力變化.

石墨烯的制備及其超級電容性能

張勇, 陳騰飛, 張建, 黃淑榮, 高海麗, 王力臻, 宋延華, 張林森, 李曉峰

2014, 36(7): 931-937. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2014.07.012

[摘要](154)

[PDF 1037KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
以鱗片石墨為原料，采用化學氧化還原法制備了高品質的石墨烯.借助X射線衍射分析、掃描電子顯微鏡和透射電子顯微鏡觀察、氮氣吸附-脫附實驗、恒流充放電實驗、循環伏安法和交流阻抗譜技術對石墨烯的結構、形貌、表面性能和超級電容性能進行了系統研究.X射線衍射、掃描電鏡和透射電鏡結果表明，石墨烯整體上呈現無序結構，外觀具有蓬松、透明的薄紗狀及本征性皺褶，其BET比表面積為14.2m²·g^-1，總孔容為0.06cm³·g^-1，平均孔徑為17.3nm.交流阻抗譜測試結果表明，石墨烯電極具有較小的阻抗，其等效串聯電阻為0.16 Ω，電荷傳遞電阻為0.55 Ω.恒流充放電和循環伏安測試結果顯示：石墨烯電極具有良好的功率特性和循環穩定性，電容特征顯著.在2、5、10和20mV·s^-1掃描速度下的放電比電容分別為123、113、101和89 F·g^-1；即使是50mV·s^-1的高掃速，放電比電容仍可達69F·g^-1.

垂直沉積法組裝二元聚苯乙烯膠粒晶體

王曉冬, 儀桂云, 趙裴娜, 孫正林, 焦玲, 曹建亮, 孫廣, 孟哈日巴拉, 張戰營

2014, 36(7): 938-945. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2014.07.013

[摘要](164)

[PDF 1087KB](9) [施引文獻] ()

摘要:
采用垂直沉積法組裝了二元聚苯乙烯膠粒晶體，研究了兩種聚苯乙烯膠體微球的粒徑比、質量比、溫度和分散介質中乙二醇含量等因素對二元聚苯乙烯膠粒晶體組裝花樣的影響.粒徑比>；4.45、質量比≥74∶26是形成面心立方二元聚苯乙烯膠粒晶體的必要條件.組裝溫度為60℃，分散介質中乙二醇質量分數為6%時，可得到更高質量的二元聚苯乙烯膠體晶體.膠體微球二元垂直沉積機理研究表明：兩種聚苯乙烯膠體微球是同時在基片的表面進行組裝的；膠體微球在介質中的布朗運動、沉降速率及其在基片表面的組裝速率三者之間匹配越好，所得二元聚苯乙烯膠粒晶體質量越高.

鍍鈦金剛石增強玻璃基復合材料的性能

童震松, 沈卓身, 邢奕

2014, 36(7): 946-951. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2014.07.014

[摘要](122)

[PDF 690KB](6) [施引文獻] ()

摘要:
現代電子封裝迫切需要開發新型高導熱陶瓷（玻璃）基復合材料.本文在對鍍鈦金剛石進行鍍銅和控制氧化的基礎上，利用放電等離子燒結方法制備了金剛石增強玻璃基復合材料，并觀察了其微觀形貌和界面結合情況，測定了復合材料的熱導率和熱膨脹系數.實驗結果表明：復合材料微觀組織均勻，Ti/金剛石界面是復合材料中結合最弱的界面，復合材料的熱導率隨著金剛石粒徑和含量的增大而增加，而熱膨脹系數隨著金剛石含量的增加而降低.當金剛石粒徑為100 μm、體積分數為70%時，復合材料熱導率最高達到了40.2 W·m^-1·K^-1，熱膨脹系數為3.3×10^-6K^-1，滿足電子封裝材料的要求.

設備與能源

連鑄結晶器在線熱像圖繪制的方法

何飛, 賀東風, 徐安軍, 汪紅兵, 田乃媛, 常圣, 卜剛

2014, 36(7): 952-958. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2014.07.015

[摘要](126)

[PDF 853KB](8) [施引文獻] ()

摘要:
為實現結晶器過程可視化和輔助漏鋼預報技術，提出一種等值線區域填充法快速高效繪制直觀的結晶器在線熱像圖的方法.該方法通過離散數據網格化、等值線生成和等值多邊形填充繪制云圖.其中，等值線生成采用網格序列法和單元剖分法結合，避免了已往的等值線追蹤和二義性問題，高效準確，實現簡單.將該方法與掃描母元法相比，前者繪制云圖速度快，保證了精度和質量，優于后者，且算法復雜度的分析也證明了前者時間效率較高.實際應用結果表明，該方法繪制的結晶器在線熱像圖能很好地反映正常和非正常情況下結晶器內部溫度場的特征，可滿足實際生產要求.

工藝參數對楔橫軋無臺階端頭軋件料頭體積損耗影響規律

楊光, 張康生, 段萬澤, 胡正寰

2014, 36(7): 959-965. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2014.07.016

[摘要](93)

[PDF 731KB](7) [施引文獻] ()

摘要:
采用DEFORM-3D軟件對無臺階端頭軋件的成形過程進行了有限元數值模擬，并結合二次回歸正交旋轉組合設計法，研究了各工藝參數對無臺階端頭軋件料頭體積損耗的影響規律，得到了軋件料頭體積的回歸方程.研究表明，軋件的料頭體積與軋制長度成正比，與展寬角成反比，在模具設計允許的條件下，宜選用較小的展寬角.通過軋制實驗，驗證了回歸方程的可信度和影響規律的正確性.

控制與決策

基于避險設施的火災救援及避災路線算法

詹子娜, 金龍哲, 白楠, 王奕

2014, 36(7): 966-971. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2014.07.017

[摘要](91)

[PDF 493KB](7) [施引文獻] ()

摘要:
以VC#.net、SQL Server 2008和地理信息系統為平臺，對礦井地圖進行了具有地理屬性開發的研究，建立了圖形庫、數據庫、方法庫和知識庫，并構建了基于避險設施的礦井火災應急救援系統。對礦井火災進行了實時在線模擬，分析和預測了火災動態發展趨勢，實現了礦井火災煙流傳播和最佳避災路線的動態可視化顯示功能。引入安全性、通行效率等因素對災后巷道通行能力的變化進行修正，制定了基于避險設施的最優避災路線選擇原則和"理想—可行—逃生"等級路線。利用堆棧數據結構對Dijkstra算法進行改進，提高了在線運算速度。該系統已應用到潞安常村煤礦。

基于云模型的應急決策方法

夏登友, 錢新明, 康青春, 段在鵬

2014, 36(7): 972-978. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2014.07.018

[摘要](168)

[PDF 654KB](6) [施引文獻] ()

摘要:
針對突發災害事故應急決策過程中存在的模糊性和隨機性問題，提出了一種基于云模型的應急決策方法.首先根據突發災害事故應急的目標和特點選擇決策指標并建立決策指標集；然后基于決策者的語言值及其對應的數域確定決策指標的權重值和評價值，利用逆向云發生器算法生成云模型的數字特征；再利用綜合云的思想，運用云運算規則，得到各應急方案的評價云；最后把應急方案的評價云與評價標準云進行相似性比較，綜合判斷應急方案的評價等級并優選最佳的應急方案.實例研究表明：該方法充分利用了專家的群體信息，實現了應急方案決策中定性語言和定量評價之間的有效轉化，結果更為直觀、合理，便于改善應急決策的客觀性和提高應急管理的效率.

基于粒子群優化算法和博弈論的網絡學習控制系統帶寬調度

嚴翔, 李洪波, 王立德, 申萍

2014, 36(7): 979-985. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2014.07.019

[摘要](122)

[PDF 569KB](9) [施引文獻] ()

摘要:
研究了雙層網絡學習控制系統的帶寬調度優化問題.為了合理分配子系統的帶寬，引入了網絡定價體系和動態帶寬調度方法，建立了非合作博弈模型，從而將網絡控制系統的網絡資源分配問題轉換為非合作博弈競爭模型下的Nash均衡點求解問題.在此基礎上，采用粒子群優化算法得到此框架下的納什均衡解，并進一步給出了網絡控制系統的時間片調度方法.仿真結果表明了所提方法的有效性.

土木與建筑

立體拱架結構性能的試驗研究

牟在根, 冉鵬飛, 劉國躍, 張相勇

2014, 36(7): 986-992. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2014.07.020

[摘要](126)

[PDF 868KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
立體拱架結構體系是在綜合了索及拱結構等優點的基礎上，構思出的一種新型大跨度空間結構形式.作為一種輕巧、高效的大跨度結構，立體拱架結構已經有廣泛的應用.為了進一步研究該結構形式的受力性能，制作了比例為1∶20的縮尺模型，并進行試驗研究.結果表明：在荷載作用下，拱腳受力最大，其余構件受力較小且處于彈性階段；索對提高結構承載力及抵抗結構變形起到非常重要的作用.