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4期

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細菌脫硫抑制硫化礦自燃實驗研究

王洪江, 吳愛祥, 羅飛俠, 張旭, 陳嘉生, 史良貴

2011, 33(4): 395-399. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.04.001

[摘要](276)

[PDF 844KB](8) [施引文獻] ()

摘要:

通過室內細菌脫硫柱浸實驗,將硫化礦石顆粒表面的硫降低到臨界值以下,使脫硫后礦石自燃傾向性等級下降.結果表明,44d最大脫硫率可達61.82%,脫硫率隨著時間延長而逐漸增大.對礦石自燃傾向性分析顯示,硫化礦石的5d氧化增重率從2.044%降低到0.902%,自燃點從209.6℃升高到319.8℃,自燃傾向性等級由Ⅰ級降為Ⅲ級,降低了硫化礦石的自燃風險.

破碎圍巖條件下采場留存礦柱穩定性分析

姚高輝, 吳愛祥, 王貽明, 夏紅春

2011, 33(4): 400-405. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.04.002

[摘要](255)

[PDF 1047KB](13) [施引文獻] ()

摘要:

采用巖體分級方法(RMR法)、Q系統和地質強度(GSI)指標對礦巖進行了工程地質評價,并通過擴展后的Hoek-Brown節理強度準則進行巖體力學參數確定.根據白羊礦段礦柱布置形式,推導出礦柱荷載公式,并確定了礦柱強度計算參數.針對井下礦柱主要破壞形式分別進行失穩機理分析.將正交設計法引入采場結構參數優化分析中,對各開采方案進行了三維數值模擬.運用正交極差分析法對礦柱穩定性影響因素敏感度進行評價.實踐結果表明:采場高度控制在3.5~4.5 m,礦房寬度取值不大于5 m,礦柱直徑不小于3.5 m留存礦柱穩定性基本能得到保障.

Fe表面納微結構對Fe₂O₃流態化還原過程黏結失流的影響

鐘怡瑋, 公旭中, 王志, 郭占成

2011, 33(4): 406-412. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.04.010

[摘要](183)

[PDF 1267KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
利用可視流化床分別研究了Fe₂O₃和Fe粉在流化過程中黏結失流發生的過程.結果表明,Fe₂O₃在惰性氣氛中流化不發生黏結失流,而在還原氣氛中發生黏結失流,且黏結發生時間恰好是鐵晶核析出的初始階段.Fe顆粒在還原和惰性氣氛中流化均出現黏結失流現象.鐵的生成是產生黏結的前提條件.當Fe顆粒流化溫度從700℃升高到750℃時,黏結臨界時間提前了11min,表明金屬鐵的表面特性是導致黏結的主要內因.掃描電鏡分析表明,Fe和Fe₂O₃表面形成的納微結構是導致Fe₂O₃流化還原黏結失流的重要因素.

38CrMoAl高鋁鋼鋼水可澆性控制

何生平, 張國興, 曾建華, 王謙

2011, 33(4): 413-417. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.04.011

[摘要](136)

[PDF 1053KB](9) [施引文獻] ()

摘要:
38CrMoAl高鋁鋼由于Al含量較高([Al]=0.7%~1.1%,質量分數),在連鑄過程中容易導致水口的堵塞,因此需要對鋼中Al₂O₃夾雜物進行形態控制,保證鋼水的可澆性.熱力學計算和實驗研究結果顯示:鋼中高含量的Al對渣中即使少量的SiO₂都具有較強的還原性;不采用傳統的精煉喂鈣線工藝,而進行轉爐出鋼過程渣洗操作,能將高熔點的Al₂O₃轉變為低熔點的球狀鈣鋁酸鹽夾雜.同時,采用CaO-Al₂O₃基中間包覆蓋劑,以避免鋼渣反應導致鋼中夾雜物含量增加.工業性試驗結果表明,鋼水潔凈度較高,可澆性好,連續澆注5爐后,水口內壁基本無結瘤現象.

基于有限元法異型坯動態二冷控制模型開發與應用

常運合, 張家泉, 錢宏智, 韓占光, 曾智

2011, 33(4): 418-422. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.04.012

[摘要](155)

[PDF 1167KB](7) [施引文獻] ()

摘要:
建立了異型坯連鑄凝固傳熱數學模型,并利用有限元法進行離散求解.在此基礎上開發了異型坯連鑄動態二冷控制模型,模型以5s為周期動態計算整個鑄坯實時溫度場,并采用有效拉速和表面目標溫度法對二冷水量進行設定和優化.用可視化編程工具Visual C++6.0編制了異型坯連鑄動態二冷控制系統.在相同工況情況下,動態二冷控制系統仿真結果與大型商業軟件Marc計算結果一致,可用于在線控制或異型坯連鑄二冷工藝離線設計優化.

磷對低碳鋼坑孔腐蝕擴展的影響

張恒, 常萬順, 王小燕, 曹國良, 陳學群

2011, 33(4): 423-427. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.04.003

[摘要](316)

[PDF 1109KB](7) [施引文獻] ()

摘要:
采用特殊設計的閉塞腐蝕電池實驗,并利用能量色散譜儀分析腐蝕產物成分,研究了磷對低碳鋼蝕孔擴展的影響機理.結果表明:在模擬蝕孔的閉塞區鋼樣陽極表面沉積物中有磷酸根離子存在,在蝕孔活化腐蝕過程中,鋼中磷轉化成磷酸根離子是在金屬表面進行的,并形成磷酸鹽沉積在金屬表面,對蝕孔的擴展起抑制作用;磷含量不同的鋼,表面沉積物中磷酸鹽及磷酸根離子含量可相差很大,從而對蝕孔擴展的抑制作用也會有明顯差異;同一鋼樣中,由于磷的偏析,在蝕孔擴展過程中高磷部位腐蝕速率較低,低磷部位腐蝕溶解速率較高,磷的偏析帶導致了凸凹腐蝕溝槽的形成.

409L和430鐵素體不銹鋼耐局部腐蝕性能

楊瑞成, 畢海娟, 牛紹蕊, 靳塞特, 申鵬

2011, 33(4): 428-433. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.04.004

[摘要](317)

[PDF 1209KB](11) [施引文獻] ()

摘要:
采用電化學測試技術與化學浸泡實驗相結合,對比研究了409L和430鐵素體不銹鋼熱軋板材耐點蝕和耐晶間腐蝕的能力.結果表明:409L不銹鋼的擊穿電位與保護電位的差小、鈍化膜的修復能力較強,表現為小尺度的淺點蝕孔;430不銹鋼的擊穿電位較高,耐點蝕能力高于409L不銹鋼,但430不銹鋼熱軋態的條帶組織有明顯的腐蝕微電池效應,表現為比較嚴重的全面腐蝕;409L不銹鋼含Cr量低,且其熱軋態未經過穩定化處理,使得409L不銹鋼耐晶間腐蝕能力劣于430不銹鋼.經微觀分析:409L不銹鋼為沿著基體等軸晶界的典型晶間腐蝕形貌特征,而430不銹鋼在軋向碳化物(M₂₃C₆)與基體的相界面上呈現分層腐蝕痕跡.

加熱溫度對TRIP鋼連續冷卻轉變曲線及室溫組織的影響

范東亮, 米振莉, 李志超, 劉強

2011, 33(4): 434-438. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.04.005

[摘要](289)

[PDF 1225KB](7) [施引文獻] ()

摘要:
采用膨脹法在DIL805熱膨脹儀上測定了不同加熱溫度下實驗鋼的連續冷卻轉變(CCT)曲線,通過光學顯微鏡和掃描電鏡分析不同加熱溫度對CCT曲線和冷卻試樣顯微組織的影響.結果表明:當加熱溫度由完全奧氏體化溫度降低到兩相區內較高溫度時,CCT曲線中鐵素體轉變區左移;當加熱溫度處在兩相區范圍內時,隨著加熱溫度的降低,鐵素體轉變被推遲,使得CCT曲線右移;新生鐵素體外延生長方式和奧氏體中碳富集程度的差異是導致上述變遷的主要因素.

取向電工鋼加工過程中第二相粒子的析出行為

李陽, 毛衛民

2011, 33(4): 439-443. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.04.006

[摘要](266)

[PDF 1213KB](9) [施引文獻] ()

摘要:
利用場發射掃描電鏡觀察了以MnS為主要抑制劑的普通取向電工鋼加工過程中第二相粒子的分布狀態,統計了粒子面密度、平均尺寸以及相應的尺寸分布.結果顯示,熱軋加工造成了大量第二相粒子彌散、細小地析出,同時基體仍保持過飽和狀態.冷軋變形會造成第二相粒子的回溶行為,而基體的過飽和狀態會減弱回溶現象.中間退火與脫碳退火過程中會同時存在新粒子的形核及已析出粒子的粗化兩個過程,而在最終二次再結晶升溫階段則以第二相粒子明顯粗化為主.

Cl^-對690合金腐蝕電化學行為的影響

李成濤, 程學群, 董超芳, 李曉剛

2011, 33(4): 444-448. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.04.007

[摘要](312)

[PDF 1305KB](13) [施引文獻] ()

摘要:
采用動電位極化、電化學阻抗、動電位電化學阻抗譜和電容測量等方法研究了690合金在一回路模擬溶液中的電化學行為.極化曲線結果表明:690合金在兩種溶液中都存在較窄的鈍化區間,在0.5V出現二次鈍化現象.電化學阻抗表明,690合金在不含Cl^-溶液中的阻抗模值較大,而隨Cl^-的加入阻抗模值變小.動電位電化學阻抗譜表明,隨掃描電位正移,鈍化膜在兩種溶液中具有相似的變化趨勢,動電位電化學阻抗譜與動電位極化曲線完全對應.690合金在0.2V下形成的鈍化膜的Mott-Schottky曲線測量表明,溶液中Cl^-使得鈍化膜中的施主和受主密度增大.

高溫合金管材擠壓變形及擠壓工藝的流函數法研究

毛藝倫, 張清東, 孫朝陽

2011, 33(4): 449-454. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.04.008

[摘要](268)

[PDF 1329KB](4) [施引文獻] ()

摘要:
針對IN690高溫合金管材在擠壓過程中擠壓力大及預測不準等問題,以優化設計擠壓工藝和參數進而實現降低擠壓力、減少能耗為目標,應用流函數法建模分析擠壓變形過程和建立擠壓力求解模型,得到了穩定擠壓時金屬的速度流線.研究了擠壓溫度、摩擦因數和模具角度等因素對擠壓力的影響規律,建立了IN690高溫合金管材擠壓工藝參數與擠壓力的關系.以擠壓力最小為優化目標,優化設計了最佳擠壓溫度和模具角度.

SPS燒結溫度對93W-4.9Ni-2.1Fe合金微觀結構及性能的影響

劉文勝, 徐志剛, 馬運柱

2011, 33(4): 455-461. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.04.013

[摘要](189)

[PDF 1484KB](9) [施引文獻] ()

摘要:
以高能球磨法制備的93W-4.9Ni-2.1Fe復合粉末為原料,采用放電等離子燒結技術制備93W-4.9Ni-2.1Fe合金,研究了燒結溫度對鎢合金微觀組織及性能的影響.采用掃描電鏡對試樣的斷口進行觀察,采用能量色散譜儀對合金的組元進行成分分析.結果表明:①燒結溫度對合金的性能有顯著的影響,在1 350℃時鎢合金的抗拉強度達到一個極大值,為981 MPa,此時鎢合金的相對密度和W晶粒的尺寸分別為98.9%和5μm;②當燒結溫度達到1375℃時,合金中Ni元素開始揮發,隨著溫度的快速上升,合金中Ni元素的揮發不斷加劇,當燒結溫度升高至1425℃時合金中Ni元素已完全揮發;③合金的斷裂方式隨著燒結溫度的升高發生顯著的變化,當燒結溫度升至1350℃時鎢合金的斷裂方式由W晶粒界面分離向W-W、W-黏結相界面斷裂轉變,而當燒結溫度超過此溫度時鎢合金的斷裂方式又轉變為W晶粒的沿晶脆性斷裂;④SPS快速燒結能夠有效抑制W晶粒的長大,促進鎢合金的細晶強化作用.

燒結工藝對脫β層梯度硬質合金梯度結構的影響

史留勇, 劉義敏, 張守全, 黃繼華, 趙興科, 張華

2011, 33(4): 462-467. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.04.014

[摘要](218)

[PDF 1501KB](4) [施引文獻] ()

摘要:
使用一步燒結法制備了表面含脫β層的梯度結構硬質合金,采用掃描電鏡、X射線衍射儀、電子探針微區分析儀觀察了梯度硬質合金的微觀形貌、相組成及成分分布情況,分析了脫β層梯度結構合金樣品的典型組織及燒結工藝對脫β層梯度硬質合金梯度結構的影響.結果顯示:隨著燒結溫度的提高和保溫時間的延長,脫β層的厚度均明顯增加,且脫β層的厚度與保溫時間的平方根基本呈線性關系;在同樣的燒結工藝條件下,脫β層的厚度隨著鈷含量的增加而增大,隨Ti(C,N)含量的增加而減小.

基于多尺度廣義自洽模型對耐火材料損傷過程的模擬

劉昌明, 王志剛, 李友榮, 熊智強

2011, 33(4): 468-473. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.04.015

[摘要](163)

[PDF 1355KB](6) [施引文獻] ()

摘要:
基于材料在受拉和受壓狀態下損傷機理不同的假設,在恒溫條件下,以細觀力學以及多尺度廣義自洽模型為手段,分別對耐火材料在兩種受載狀態下的損傷過程進行了研究,提出了一種模擬耐火材料在承受拉壓載荷下非線性損傷行為的方法.以鎂碳質耐火材料為例,分別對材料在受到拉力和受到壓力過程的損傷進行了模擬.結果表明,運用此方法對耐火材料的非線性力學行為進行模擬與試驗結果能夠較好的吻合.

ZnFe₂O₄與CaCl₂氯化反應機理

郭婷, 胡曉軍, 侯新梅, 松浦宏行, 月橋文孝, 周國治

2011, 33(4): 474-478. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.04.016

[摘要](176)

[PDF 1404KB](8) [施引文獻] ()

摘要:
利用CaCl₂為氯源與含鋅冶金粉塵的重要組分ZnFe₂O₄進行反應,并利用掃描電鏡(SEM)和能量色散譜儀(EDS)分析了ZnFe₂O₄粉體與CaCl₂反應面和反應產物微觀形貌的變化,討論了ZnFe₂O₄與CaCl₂的反應機理.認為反應過程包括一個固液反應和氣體揮發過程.ZnFe₂O₄顆粒被熔融CaCl₂包裹,在固液界面發生氯化反應,生成的ZnCl₂溶解在CaCl₂液膜中,并在氣液界面揮發逸出,而CaFe₂O₄的產物層不斷增大,同時伴隨著多個顆粒間的黏結和融合長大.

并罐式無鐘爐頂布料蛇形偏料的研究

杜鵬宇, 程樹森, 滕召杰

2011, 33(4): 479-485. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.04.017

[摘要](129)

[PDF 1448KB](4) [施引文獻] ()

摘要:
針對并罐式無鐘爐頂的布料操作易產生蛇形偏料,形成不均勻的料面形狀,導致料面透氣性調節失控的問題,引入顆粒物質能量耗散系數計算方法,探討顆粒蛇形下落的速度方向對顆粒在溜槽內的有效運動長度和溜槽出口處顆粒速度的影響.分析了并罐式爐頂布料產生爐喉料流軌跡落點差異,料面厚度不均勻的蛇形偏料原因.結果表明,料流密集點在溜槽上形成的碰撞軌跡并非是標準橢圓形狀,而是兩個不同長軸的半橢圓相接形成的碰撞軌跡,大橢圓的短軸等于小橢圓的長軸.

鎳轉爐濺渣護爐熱態模擬

馬德剛, 陳偉慶, 郝占全

2011, 33(4): 486-490,498. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.04.018

[摘要](174)

[PDF 1503KB](6) [施引文獻] ()

摘要:
為將濺渣護爐技術應用于煉鎳轉爐,在實驗室鎂鉻質坩堝中進行了熱態模擬濺渣實驗.結果表明:FeO-Fe₂O₃-SiO₂-MgO渣系為鎳轉爐濺渣護爐的合理渣型,增加渣中MgO和Fe₂O₃含量可以明顯提高爐渣熔化溫度,相應渣中高熔點相鐵鎂橄欖石和磁鐵礦顯著增加,采用此類爐渣濺渣可在鎂鉻磚內壁形成高熔點的濺渣層;濺渣后坩堝內壁的濺渣層由反應層和掛渣層組成,其中反應層物相為鎂鐵固溶體和鎂鉻鐵鋁尖晶石,掛渣層主要由鐵鎂橄欖石和磁鐵礦組成.濺渣時采用空氣噴吹可增加渣中Fe₂O₃,適合作為濺渣氣源.

有害元素對高爐爐缸側壁碳磚的侵蝕

祁成林, 張建良, 林重春, 尹堅, 常健, 盧偉佳

2011, 33(4): 491-498. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.04.019

[摘要](188)

[PDF 1832KB](7) [施引文獻] ()

摘要:
對湘鋼2號高爐爐缸七個有代表部位的樣品進行掃描電鏡、能量色散譜、X射線衍射和原子吸收光譜分析,研究有害元素對高爐爐缸側壁碳磚的侵蝕以及粉化斷裂機理.結果表明,高爐爐缸不同部位的碳磚侵蝕機理不同.第一層以有害元素在碳素熔損反應中的催化作用及生成白榴石為主;上部碳磚侵蝕以K滲透到磚縫中,改變磚質為主;風口以Zn侵蝕為主;鐵口K含量較多,另有Pb富集.同種有害元素在不同部位侵蝕碳磚的機理有所不同.K元素在最上部以催化作用為主,在下部以滲透到碳磚內部使碳磚改性為主;Zn在風口碳磚有明顯的結晶,在爐缸爐底上部含有大量的Zn并沒有結晶,而是附著在磚表面上部.

連軋機萬向接軸集油盒損壞機理

閆曉強, 牛立新, 黃森, 朱廣宏, 周杰

2011, 33(4): 499-503. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.04.009

[摘要](270)

[PDF 1531KB](3) [施引文獻] ()

摘要:
運用遙測系統對軋機扭振和軸向振動做了現場綜合測試和信號分析,利用ANSYS軟件中諧響應模塊進行計算機仿真研究.結果表明:軋機萬向接軸軸向振動導致了萬向接軸上的集油盒軸承頻繁損壞,同時發現集油盒軸承的軸向振動是由電機軸的扭振產生的,即萬向接軸的軸向振動是由主傳動系統的扭振引發的.通過改進集油盒軸承結構,使軸向振動承載能力提高,大大延長了集油盒軸承的使用壽命.

TH50型碼垛機器人動態靜力學分析

李金泉, 段冰蕾, 南倩

2011, 33(4): 504-508. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.04.021

[摘要](269)

[PDF 1466KB](27) [施引文獻] ()

摘要:
針對TH50型碼垛機器人采用曲柄搖塊機構驅動回轉副這種新構型,利用動態靜力學方法將瞬時慣性力系轉化為靜力系,通過機器人整體及其子系統的力系平衡方程建立了機器人的動態靜力學模型.利用Matlab編制了求解其關鍵零部件以及關鍵軸的受力狀態的程序,并進行了實例計算和分析.該模型已成功應用于TH50碼垛機器人的設計和校核,樣機的良好運行表明了該模型的正確性.

高樁承臺動水力簡便計算方法

宋波, 李悅

2011, 33(4): 509-514. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.04.022

[摘要](193)

[PDF 1600KB](7) [施引文獻] ()

摘要:
基于Morison動水理論,提出了作用于高樁承臺的動水力簡便計算方法,該方法可以應用于深水大跨度橋梁抗震設計.以南京長江三橋南塔基礎為原型,利用水中振動臺試驗,通過對比無水和有水狀態時動力荷載作用下的模型試驗和計算的結果,驗證了動水力簡便計算方法的準確性和可靠性,并對影響動水力的主要影響因素進行了重點討論.

基于灰色歐幾里德理論的建筑施工安全評價模型

黃國忠, 吳忠廣, 楊燦生, 劉輝

2011, 33(4): 515-520. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.04.020

[摘要](171)

[PDF 1421KB](9) [施引文獻] ()

摘要:
針對影響建筑施工現場安全的因素具有一定灰性的特點,建立了基于灰色歐幾里德關聯理論的評價模型,構建了建筑施工現場安全評價指標體系.應用區間層次分析法確定了各評價指標的權重,并利用該方法修訂了現有的建筑施工安全檢查表.計算了灰色相對歐幾里德加權關聯度,得出了所評價施工現場的安全管理水平排序.結果表明:在掌握實際的建筑施工現場檢查數據的情況下,應用該模型可以獲得較好的安全評價結果.