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8期

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還原劑對高磷鮞狀赤鐵礦直接還原過程鐵還原的影響

徐承焱, 孫體昌, 祁超英, 李永利, 莫曉蘭, 秦曉萌, 王珍, 李志祥

2011, 33(8): 905-910. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.08.003

[摘要](253)

[PDF 2377KB](10) [施引文獻] ()

摘要:
采用添加脫磷劑直接還原焙燒-磁選的工藝制備直接還原鐵,研究了不同還原劑對高磷鮞狀赤鐵礦直接還原過程鐵還原的影響.實驗結果和掃描電鏡分析表明,還原劑中固定碳和揮發分含量對于焙燒產物中金屬鐵晶粒的聚集、增多和長大以及所得還原鐵指標影響較大.焦炭和無煙煤所得焙燒產物中金屬鐵晶粒與脈石礦物結合較緊密,難以在磨礦過程中實現單體解離.褐煤所得焙燒產物中金屬鐵晶粒出現明顯的連接和長大,且與脈石礦物界限分明,嵌布粒度較粗,有利于鐵顆粒與脈石礦物的解離,從而其鐵回收率較其他還原劑高.

異化金屬還原菌利用發酵制氫廢液還原軟錳礦

田京雷, 馮雅麗, 李浩然, 齊鳳杰, 唐新華

2011, 33(8): 911-915. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.08.004

[摘要](254)

[PDF 589KB](4) [施引文獻] ()

摘要:
利用純二氧化錳在微酸性條件下對異化金屬還原菌進行馴化,二氧化錳的顏色由黑色逐漸變淺至白色,X射線衍射分析表明微生物可有效還原二氧化錳成為碳酸錳;以發酵制氫廢液為還原底物,利用異化金屬還原菌在不同酸性條件下直接浸出低品位軟錳礦,通過單因素實驗研究厭氧條件、pH值對錳浸出率的影響,并對制氫廢液化學需氧量(COD)的去除率及浸出機理進行研究.結果表明,異化金屬還原菌利用發酵制氫廢液還原軟錳礦,厭氧浸出優于好氧浸出,最佳pH值為3.0~3.5,浸出時間為3 d時,最大浸出率達到98%;用軟錳礦對發酵制氫廢液在微酸性條件下進行降解,COD質量濃度為2612 mg·L^-1時最大去除率達到84%,COD去除率隨軟錳礦量的增加而增大.

臭氧氧化法降解浮選廢水中殘余BK809

米麗平, 孫春寶, 徐濤, 趙留成, 王彪, 羅盛康

2011, 33(8): 916-921. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.08.017

[摘要](137)

[PDF 359KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
采用臭氧氧化法對模擬浮選廢水中BK809進行降解處理,并對不同階段的降解產物進行氣相色譜-質譜(GC-MS)分析.結果表明,廢水的最佳處理pH值為9~11,當臭氧投加速度為300mg·h^-1、臭氧處理時間為20min時,廢水中COD去除率為68.68%.GC-MS分析顯示:BK809的總降解過程為苯胺首先被氧化成偶氮苯,然后轉化為硝基苯,隨著氧化的加深,苯環被打開,進一步氧化分解為C₁₅~C₂₅的鏈狀烷烴和氣態物質,包括氮的氧化物和碳的氧化物;最終廢水中總有機物的質量殘留率由原來的100%下降至17.18%.在此過程中,廢水的色度則由5.02度逐漸上升至471.71度,然后又逐步下降至28.75度,從宏觀上表現為由無色變為棕黃色,又從棕黃色逐漸還原為乳白色.

電導法測量保護渣結晶溫度

景財良, 尹娜, 張炯明, 王新華, 王萬軍

2011, 33(8): 922-926. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.08.015

[摘要](141)

[PDF 545KB](4) [施引文獻] ()

摘要:
為了解決現行保護渣結晶溫度測量手段存在著各種不足的問題,提出了電導法的研究思路.在理論分析了液渣電導激活能與析出相成分、結晶率之間的關系后,設計出了一種簡易的測量方法,并采用差熱分析(DTA)、偏光顯微鏡和X射線衍射法對其相關的測量結果進行了驗證.結果表明:該測量方法準確度高,成本較低,對主要析出相的判斷基本正確,可作為保護渣結晶溫度的新型研究手段.

Nb對轉K2彈簧鋼中MX析出相的影響

吳華林, 王福明, 李長榮, 張博

2011, 33(8): 927-935. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.08.005

[摘要](225)

[PDF 1739KB](7) [施引文獻] ()

摘要:
采用Thermo-Calc熱力學軟件,對轉K2彈簧鋼在400~1600℃存在的平衡析出相及Nb、V在奧氏體相中的固溶規律進行了計算,探討了各合金元素含量對析出相析出規律的影響,并利用碳萃取復型與透射電鏡(TEM)分析了Nb含量對析出相的影響.結果表明:轉K2彈簧鋼中平衡析出相主要為MX、M₇C₃、M₃C₂和AlN;Nb能顯著提高MX相的穩定性.TEM分析表明,析出相尺寸變化范圍為幾納米到100納米以上,形態多呈近似球形或圓片狀;隨Nb含量增加,從低溫鐵素體中析出的細小顆粒所占比例顯著增大,未溶解碳氮化物比例也有所增大,總體而言析出相平均顆粒尺寸得到細化;大顆粒析出相為富Nb的碳化物,而小顆粒為富V的碳化物,這與熱力學計算結果相一致.

脈沖電場對取向硅鋼磁性能及織構的影響

孔為, 蒼大強, 宋佳慧

2011, 33(8): 936-940. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.08.006

[摘要](250)

[PDF 546KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
采用硅鋼自動測量裝置及X射線衍射儀檢測出樣品在實驗前后的磁性能參數和織構強度.結果表明:較低的電壓、9 Hz、較長的處理時間以及退火溫度為650℃有利于增高鐵損降低比例;較低的電壓、較高的頻率以及退火溫度為650℃有利于增加磁感應強度增高比例.最佳的提高磁性能的實驗參數是:頻率為9 Hz,電壓為500 V,處理時間為6 min,退火溫度為650℃.通過織構分析可以驗證:取向硅鋼磁感應強度的變化取決于{110}<001>晶粒取向度值,而{110}<001>取向度值可看成是一個反映總體平均偏離角大小情況的綜合值.

CSP生產Ti微合金化高強鋼中納米碳化物

霍向東, 毛新平, 呂盛夏, 林振源, 陳麒琳

2011, 33(8): 941-946. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.08.007

[摘要](236)

[PDF 1254KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
采用光學金相、電子顯微術和化學相分析的方法并結合熱力學計算,分析了緊湊式帶鋼生產(CSP)的Ti微合金化高強鋼中的析出物及其析出規律.研究發現:高強鋼中存在微米尺寸的立方TiN析出和大量納米尺寸的析出物粒子;鋼中MX相(M=Ti,Mo,Cr;X=C,N)的質量分數為0.0927%,其中10 nm以下的析出物占26.9%;均熱之前和均熱過程TiN已基本全部析出,連軋前TiC不具備析出的熱力學條件;降低鋼中N和S含量、嚴格控制卷取溫度可增加TiC的體積分數,降低γ→α相變溫度可以阻止細小碳化物長大.結果表明,析出物總的沉淀強化效果約為156 MPa,并能通過化學成分和工藝的控制進一步增強.

軋制工藝對簾線鋼盤條織構的影響

崔懷周, 陳偉慶, 毛衛民, 曹長發, 張啟柱

2011, 33(8): 947-951. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.08.008

[摘要](263)

[PDF 718KB](13) [施引文獻] ()

摘要:
采用X射線衍射法對國內外四家鋼廠簾線鋼盤條的織構進行了對比研究.結果表明,國內外各鋼廠盤條的織構存在明顯差異,國內盤條軸向上的{111}織構強度大于國外盤條,然而盤條軸向上的{111}織構是硬取向,不利于盤條的拉拔.通過延長加熱爐加熱時間、提高加熱溫度和提高吐絲溫度,可以使{111}織構的強度明顯降低.

回火溫度對Q960鋼小角度晶界的影響

于浩, 張道達, 肖榮亭, 周平, 董杰吉, 杜顯彬

2011, 33(8): 952-957. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.08.009

[摘要](260)

[PDF 2658KB](10) [施引文獻] ()

摘要:
設計了一種低合金高強度的Q960工程機械用鋼.在同種成分、同種軋制和淬火工藝下,研究回火溫度對Q960鋼小角度晶界的影響機理.經分析得出,隨著回火溫度的升高,小角度晶界的頻率逐漸降低且實驗鋼的抗拉強度和屈服強度也相應地降低,而屈強比逐漸升高.不同回火溫度下小角度晶界頻率的峰值均出現在取向差5°附近,即取向差較小.取向差小使得小角度晶界比較穩定,原子遷移率小.通過計算鍵級積分(BOI)得出,B元素對Q960鋼的小角度晶界有加強作用.

低碳微合金鋼中Ti_xO-MnS型復合夾雜對焊接熱影響區微觀組織相變的影響

王學敏, 舒瑋, 鄭超超, 張小帆, 賀信萊

2011, 33(8): 958-964. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.08.010

[摘要](162)

[PDF 3565KB](8) [施引文獻] ()

摘要:
對比分析了兩種低碳微合金鋼中夾雜物對焊接熱影響區組織相變的影響.對實驗鋼中夾雜物的分布和尺寸進行觀察并在透射電鏡下分析了夾雜物的選區衍射斑圖樣.采用熱膨脹法結合金相分析建立了實驗鋼的連續冷卻轉變曲線(CCT曲線)和等溫轉變曲線(TTT曲線).研究發現,Ti脫氧鋼中夾雜物以尺寸小于3μm的Ti_xO-MnS型球狀復合夾雜為主,其中Ti_xO核心有兩種類型(Ti₂O₃和Ti₃O₅).這類夾雜物具有誘導晶內針狀鐵素體形核的能力,針狀鐵素體優先在Ti_xO-MnS型復合夾雜界面上形核,從而導致Ti脫氧鋼相對于Al脫氧鋼的貝氏體相變開始溫度升高,相變時間也明顯提前.

不同熱處理00Cr12Ti在再活化過程中的電化學行為

閆瑞霞, 杜翠薇, 劉智勇, 李曉剛

2011, 33(8): 965-971. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.08.011

[摘要](122)

[PDF 901KB](4) [施引文獻] ()

摘要:
采用Cu-CuSO₄-16%H₂SO₄浸泡實驗、雙環電化學動電位再活化(DL-EPR)法和動電位交流阻抗(DEIS)研究了不同熱處理狀態00Cr12Ti在0.1 mol·L^-1 H₂SO₄+0.0001 mol·L^-1 KSCN溶液中的電化學行為.結果表明:1000℃保溫2 h的試樣發生敏化,650℃保溫2 h的試樣不發生敏化.不同熱處理狀態主要影響合金的再活化過程,對合金的活化過程影響很小.在再活化過程中,對于1000℃保溫2h試樣,容抗弧顯著減小而后逐漸增大,且低頻區出現負阻抗,發生鈍化膜的破裂和修復;而650℃保溫2 h試樣鈍化膜相對穩定,沒有發生鈍化膜破裂和修復.發生晶間腐蝕后,1000℃保溫2 h試樣電荷轉移電阻(R_ct)明顯小于650℃保溫2 h試樣的鈍化膜電阻(R_p),這是由敏化試樣發生局部腐蝕造成的.

掃描Kelvin探針研究破損環氧涂層下碳鋼的腐蝕行為

肖葵, 董超芳, 魏丹, 吳俊升, 徐龍嬌, 李曉剛

2011, 33(8): 972-977. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.08.012

[摘要](147)

[PDF 1180KB](4) [施引文獻] ()

摘要:
采用掃描Kelvin探針技術(SKP)對中性鹽霧環境條件下破損環氧涂層的碳鋼的腐蝕行為進行了研究.不同鹽霧試驗階段的伏打電位變化規律的分析結果表明:環氧/碳鋼涂層的缺陷為腐蝕介質提供了向碳鋼基體傳輸的通道.破損處碳鋼基體的電位比其鄰近的膜下碳鋼基體更負,成為陽極溶解發生區域.一定時間的鹽霧試驗后,破損處生成的未溶腐蝕產物可覆蓋住裸露基體,使破損處向正的電位變化而成為陰極,而其附近的膜下碳鋼基體電位變負而成為新的陽極區.同時,不斷形成的新陰極和新陽極的電位差成為膜下腐蝕繼續發展的驅動力.隨著膜下腐蝕的進行,腐蝕介質和腐蝕產物在界面處大量聚集,破壞了環氧和碳鋼基體的結合力,導致鼓泡和剝離現象的出現.

鉿對FGH97合金平衡相影響的評估

張義文, 王福明, 胡本芙

2011, 33(8): 978-985. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.08.013

[摘要](115)

[PDF 1399KB](7) [施引文獻] ()

摘要:
利用材料相圖計算和材料性能模擬軟件JMatPro,計算了粉末高溫合金FGH97熱力學平衡相及相組成,研究了不同Hf含量對平衡相和相組成的影響,并結合物理化學相分析實驗和顯微組織觀察進行了驗證分析,進而揭示FGH97合金在750℃下各相析出和Hf在相間分配的規律,認清Hf在FGH97合金的作用.結果表明:FGH97合金在750℃下的平衡相包括γ、γ'、MC、M₂₃C₆、M₃B₂和μ相,Hf主要存在于γ'和MC相中,并且隨著Hf含量的增大,Hf在γ'和MC相中分配不同.

放電等離子燒結制備Mg_2-xNd_xNi(x=0~0.3)儲氫合金

李平, 萬琦, DIN Rafi-ud, 謝東輝, 曲選輝

2011, 33(8): 986-994. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.08.016

[摘要](128)

[PDF 1461KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
采用放電等離子燒結(SPS)工藝制備了Mg_2-xNd_xNi(x=0,0.1,0.2,0.3)儲氫合金.通過X射線衍射(XRD)和掃描電鏡(SEM)研究了合金的相結構和表面形貌,利用等容壓差法分析測試了合金的壓力-組成-溫度(PCT)曲線和吸放氫動力學性能,研究了燒結溫度、稀土元素Nd對儲氫合金微觀組織結構和儲氫性能的影響,比較了SPS技術與真空感應熔煉法制備的Mg基合金組織結構和儲氫性能的異同.結果表明:SPS制備的Mg_2-xNd_xNi(x=0~0.3)系列儲氫合金具有多相結構,儲氫合金的吸放氫動力學性能良好;Nd元素有利于Mg合金化,不利于儲氫量;燒結溫度對儲氫量、PCT曲線平臺性能有明顯影響;當Mg_2-xNd_xNi系合金中含有Mg和NdMg₁₂相,PCT曲線出現雙平臺現象;與鑄態合金相比,SPS制備的Mg_1.7Nd_0.3Ni儲氫合金的吸放氫動力學性能較好,但儲氫容量、放氫率和PCT曲線平臺性能更差.

CaO-MgO-SiO₂體系鋼渣陶瓷材料制備與微觀結構分析

趙立華, 蒼大強, 劉璞, 白皓, 唐奇

2011, 33(8): 995-1000. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.08.001

[摘要](262)

[PDF 1562KB](9) [施引文獻] ()

摘要:
將鋼渣作為陶瓷的燒制原料之一,設計了CaO-MgO-SiO₂體系陶瓷燒制配方,并成功地制備出性能穩定良好的陶瓷材料樣品.樣品的抗彎強度最大可達99.84 MPa.利用掃描電鏡、電子探針微區分析儀和X射線衍射儀等對鋼渣陶瓷制品進行了分析.結果發現:對于CaO-MgO-SiO₂體系,當鋼渣加入量(質量分數)為40%時,主晶相為透輝石-鐵透輝石固溶體;當鋼渣加入量大于65%時,主晶相為鎂黃長石和透輝石.研究表明,采用鋼渣制備陶瓷材料是一種很有潛力的鋼渣高附加值利用技術.

Ti-B-N納米復合薄膜的制備及結構和力學性能

羅慶洪, 婁艷芝, 李春志, 陸永浩

2011, 33(8): 1001-1005. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.08.002

[摘要](248)

[PDF 724KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
利用反應磁控濺射方法在(100)單晶硅和高速鋼(W18Cr4V)基片上制備出不同B含量的Ti-B-N納米復合薄膜.使用X射線衍射(XRD)和高分辨透射電鏡(HRTEM)研究了Ti-B-N納米復合薄膜的組織結構,并用納米壓痕儀測試了它們的納米硬度和彈性模量.結果表明:通過改變TiB₂靶功率和Ti靶功率的方法可制備出非晶-納米晶復合結構的Ti-B-N薄膜;Ti-B-N薄膜中主要含有TiN納米晶,隨著B含量的增加,形成的TiN納米晶尺寸變小,非晶成分增加;當B含量很高時會出現很小的TiB₂納米晶,此時薄膜性能不好;當TiN晶粒尺寸為5 nm左右時,Ti-B-N薄膜力學性能最優,納米硬度和彈性模量分別達到32.7 GPa和350.3 GPa.

帶鋼板形翹曲變形行為的仿真

張清東, 戴杰濤

2011, 33(8): 1006-1012. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.08.014

[摘要](198)

[PDF 764KB](19) [施引文獻] ()

摘要:
針對帶鋼平整軋制過程中常見的板形翹曲缺陷(C翹、L翹和四角翹)的產生機理與變形規律,應用ANSYS有限元軟件,分別建立了帶鋼的在線有張力翹曲變形模型和離線無張力翹曲變形模型,對兩種狀態下帶鋼翹曲變形的力學機理和各因素的影響機制與規律進行了仿真分析.研究認為,板形翹曲缺陷是平整軋制過程中帶鋼的塑性變形(主要是縱向延伸)沿厚度方向上的分布不均勻引起,而與縱向延伸沿寬度方向上的分布無關.在仿真計算結果的指導下,對某廠連退機組平整后帶鋼的嚴重板形C翹問題進行了研究,改進工藝后取得了顯著效果.

熱連軋AGC系統的串級預測控制

張曉東, 姚小蘭, 伍清河, 信秋禮

2011, 33(8): 1013-1017. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.08.018

[摘要](109)

[PDF 326KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
在監控自動厚度控制(AGC)系統基礎上,增加一個壓力AGC副回路控制.基于Smith預估模型,采用串級控制方式以綜合使用監控AGC與壓力AGC.副回路采用PID調節方式,主回路基于廣義預測控制(GPC)算法求解控制器.由于增加了副回路控制,對進入副回路的干擾有超前抑制作用,因而減少干擾對主變量的影響,提高了抗干擾能力,從而改善了過程的動態特性.仿真結果表明該方法是可行性的,具有較好的控制性能.

雙饋感應風力發電機的H_∞魯棒控制

范普成, 王長松, 王志宇, 楊建成

2011, 33(8): 1018-1023. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.08.022

[摘要](117)

[PDF 377KB](4) [施引文獻] ()

摘要:
研究了變速恒頻雙饋感應風力發電系統的魯棒控制問題.利用基于定子磁場定向的矢量變換技術,建立了同步旋轉坐標系下雙饋感應發電機的狀態空間模型,為了降低控制器的階數以利于工程實現,對該動態數學模型進行了合理簡化.針對最大功率點跟蹤控制中建模誤差、外部干擾等不確定性的影響,應用H_∞魯棒控制理論,設計了具有魯棒干擾抑制作用的電機轉子電壓控制器.仿真結果表明,即使在參數變化、未建模動態等不確定因素以及風速突變干擾下,所設計的控制器仍可保證電機轉速很好地跟蹤指令值,使風力發電系統最大效率地吸收風能.

隧道開挖下黏土地層作用分區

杜子建, 高永濤, 王立波, 杜曉偉

2011, 33(8): 1024-1029. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.08.019

[摘要](140)

[PDF 352KB](4) [施引文獻] ()

摘要:
針對北京地區典型粉質黏土地層隧道開挖問題,進行了多組三軸固結排水試驗,分析了不同類型應力路徑下土樣的力學特性,并建立隧道開挖二維數值模型.選取一般工程材料參數,計算每步開挖下網格點及高斯點的應力,跟蹤記錄典型樣點的應力變化規律,進而將地層劃分為不同作用分區,將強度試驗結果依次代入對應模型分區后得出考慮分區的地表最終沉降值.最后構建離心機試驗模型,記錄穩定后的表面沉降值,對比了分區模擬計算結果,驗證了隧道開挖下地層作用分區的正確性.

鳳凰傳媒中心剛性模型的風洞試驗

關華, 牟在根, 沈銀瀾, 朱忠義

2011, 33(8): 1030-1036. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.08.020

[摘要](111)

[PDF 1427KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
通過對鳳凰傳媒中心剛性模型的風洞試驗,分析研究了這種非大變形柔性的大跨屋蓋結構的風壓分布特性,得到了在不同風向角下外圍殼體和中庭懸索膜結構表面的平均風壓系數.結果表明:外圍殼體的風壓,除環形外側主要正迎風面和環形內側的小部分迎風面為正壓外,大部分都為吸力;中庭懸索膜結構表面主要以吸力為主.

方鋼管混凝土柱累積耗能性能的實驗研究

徐培蓁, 聶瑞鋒, 葉列平

2011, 33(8): 1037-1042. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.08.021

[摘要](105)

[PDF 564KB](4) [施引文獻] ()

摘要:
為考察方鋼管混凝土柱的累積耗能性能,進行了低周反復荷載作用下六根方鋼管混凝土柱的力學性能實驗研究,分析了軸壓比、含鋼率和長細比等參數對方鋼管混凝土柱滯回曲線、承載力退化和累積塑性變形率的影響.結果表明:方鋼管混凝土柱具有良好的累積耗能能力.隨含鋼率的增加,鋼管混凝土柱的耗能能力提高;而隨軸壓比和長細比的增大,鋼管混凝土柱耗能能力卻相應降低.