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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2012年第34卷第2期

欄目

資源與開發
冶金與材料
設備與能源
控制與決策

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資源與開發

噴吹煤混煤哈氏可磨性指數非線性計算方法

段健, 金龍哲, 歐盛南, 丁照中, 郭飛

2012, 34(2): 113-117. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.02.019

[摘要](131)

[PDF 786KB](8) [施引文獻] ()

摘要:
通過實驗驗證和理論分析,證明了混煤哈氏可磨性指數與配比是非線性相關的,并利用微磨球效應理論進行了解釋.通過實驗測定了五組混煤的可磨性指數,由于各組數據變化區間不完全一致,無法直接比較,利用相對可磨率的定義對實驗數據進行歸一化處理,實現了在統一區間內比較各組實驗數據.結果表明:可磨性指數不同的任意煤種混合,混煤的相對可磨率隨配比的變化是一致的.利用分段式最小二乘多項式擬合得到混煤相對可磨率的計算公式,結合其定義式,提出了基于非線性假設的混煤可磨性指數計算方法.實際應用表明,該方法比線性假設公式精確性明顯提高.

冶金與材料

定向凝固研究易切削鋼中硫化物的生成行為

夏云進, 王福明, 李長榮, 王金龍, 吳朝昀

2012, 34(2): 118-124. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.02.002

[摘要](228)

[PDF 2187KB](4) [施引文獻] ()

摘要:
通過定向凝固實驗研究了易切削鋼中硫化物的生成過程,并建立了枝晶臂間距、硫化物的平均直徑與凝固條件之間的關系.實驗結果表明:隨著溫度梯度和拉速的增大,MnS的平均直徑減小,數量增多;定向凝固過程中硫化物的完全析出溫度大約在固相線溫度下100℃左右,MnS形態的改變,主要受其組成元素的活度影響,即MnS形態的改變受其界面自由能的影響;對定向凝固實驗中鋼的枝晶臂間距、硫化物的平均直徑與凝固條件的關系進行了擬合,擬合結果與前人研究結果相吻合.

調質低碳貝氏體鋼的組織和性能

徐立善, 余偉, 張燁銘, 盧小節

2012, 34(2): 125-131. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.02.003

[摘要](219)

[PDF 2356KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
研究了C-Mn-Mo-Cu-Nb-Ti-B系低碳微合金鋼915℃淬火和490~640℃回火的調質工藝對鋼的組織及力學性能的影響.用掃描電鏡和透射電鏡對實驗鋼的組織、析出物形態和分布以及斷口形貌進行觀察,采用X射線衍射儀分析鋼中殘余奧氏體的體積分數.結果表明:調質后,實驗鋼獲得貝氏體、少量馬氏體及殘余奧氏體復相組織,貝氏體板條寬度只有250 nm,殘余奧氏體的體積分數隨著回火溫度的升高而降低,經淬火與520℃回火后殘余奧氏體的體積分數為2.1%.調質后析出物的數量激增,6~15 nm的析出物占70%以上.實驗鋼經過915℃淬火與520℃回火后,其屈服強度達到915 MPa,抗拉強度990 MPa,-40℃沖擊功為95 J.細小的析出物及窄的板條提高了鋼的強度.板條間有殘余奧氏體存在,改善了實驗鋼的韌性.

低碳中錳熱軋TRIP鋼退火工藝及組織演變

李振, 趙愛民, 唐荻, 米振莉, 焦殿輝

2012, 34(2): 132-136. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.02.004

[摘要](278)

[PDF 1348KB](16) [施引文獻] ()

摘要:
研究了第三代高強度高塑性TRIP鋼的退火工藝對性能的影響和組織演變規律.熱軋后形成的原始馬氏體與臨界退火時形成的殘余奧氏體使TRIP鋼具有良好的強度和塑性.結果表明:實驗用鋼可獲得1000MPa以上的抗拉強度和30%以上的斷后延伸率,且強塑積>30 Gpa·%;退火溫度和保溫時間對鋼的力學性能具有顯著影響,熱軋TRIP鋼臨界退火溫度為630℃,保溫時間18 h時,實驗用鋼能獲得最佳的綜合力學性能.

鋯對含鈦F40級船板鋼粗晶熱影響區低溫韌性的影響

武會賓, 侯敏, 梁國俐, 唐荻

2012, 34(2): 137-142. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.02.005

[摘要](224)

[PDF 2003KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
在Gleeble3500熱模擬試驗機上,針對添加質量分數0.01%的鋯與未添加鋯的兩種成分的F40級船板鋼,分別進行了不同相變冷卻時間T_8/5下的焊接熱模擬試驗.結果表明,微量鋯的加入,使含鈦F40鋼耐大熱輸入焊接性能大幅提高,T_8/5提高至100s時,-60℃沖擊功可達238J.利用熱力學計算并結合掃描電鏡觀察含鋯的F40鋼板粗晶熱影響區組織發現,隨著T_8/5的增大,伴隨著原有含鋯復合夾雜物尺寸形態的變化,有利于誘導針狀鐵素體形核的尺寸為1~3μm的鋯-鈦復合夾雜物數量呈非單調減少趨勢,導致粗晶熱影響區沖擊韌性隨T_8/5增大呈現一定的規律性.

基于ProCAST軟件優化壓水堆核電站一回路彎管鑄造工藝

吉曉霞, 王根啟, 楊濱, 王西濤

2012, 34(2): 143-148. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.02.006

[摘要](239)

[PDF 1228KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
利用ProCAST軟件對壓水堆核電站一回路90°彎管的充型和凝固過程進行了模擬.結果表明,澆注過程中金屬液充型平穩,澆注系統設計符合順序凝固原則.利用固相率法預測了彎管易出現縮孔縮松的位置,優化設計后獲得了無縮孔縮松的彎管鑄造工藝.研究表明,運用ProCAST軟件有利于提高彎管鑄件的工藝出品率.

溫度對3%Cr管線鋼CO₂腐蝕產物膜的影響

許立寧, 陳太輝, 常煒, 路民旭, 張雷

2012, 34(2): 149-156. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.02.007

[摘要](240)

[PDF 2136KB](13) [施引文獻] ()

摘要:
經濟型低Cr合金鋼具有較好的抗CO₂腐蝕性能,利用高溫高壓反應釜研究了3%Cr管線鋼的CO₂腐蝕行為,采用X射線衍射(XRD)、掃描電鏡(SEM)和能譜儀(EDS)等對腐蝕產物膜的微觀形貌、化學成分以及結構進行分析,探討了溫度對3%Cr管線鋼腐蝕產物膜的影響.結果表明,CO₂分壓0.8 MPa、液體流速1.0 m.s^-1時,在40~140℃范圍內,3%Cr管線鋼均未發生局部腐蝕,其平均腐蝕速率呈先升高后降低的趨勢,峰值溫度在100℃左右.3%Cr管線鋼的腐蝕產物膜具有兩層結構:內層膜為致密的富Cr層(Cr富集程度可高達Cr/Fe=8/5),主要由含Cr化合物和非晶態FeCO₃構成,并隨著溫度的升高,Cr富集程度增加,內層膜厚度降低;外層膜則由晶態FeCO₃堆積而成.

鎳基合金鍍層在北方老工業城市冬季降水中的腐蝕行為

史艷華, 梁平, 陳吉, 張國福, 武占文, 孫冬來

2012, 34(2): 157-163. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.02.008

[摘要](216)

[PDF 1501KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
為研究鎳基合金鍍層在北方老工業城市冬季降水中的腐蝕行為,采用電沉積技術制備了Ni-P、Ni-Fe合金鍍層,對其結構與耐蝕性能進行檢測.結果表明:不同鎳基合金鍍層在冬季降水中耐蝕性能不同,其中Ni-Fe合金鍍層由于Fe摻雜增加了鎳基合金與氧的親和力,可以快速在Ni-Fe合金鍍層表面形成一層連續的氧化膜,對基體起到很好的防護作用,電位最正,自腐蝕電流密度值最小,耐蝕性較好,年腐蝕速率約為20號鋼的1/2;而Ni-P合金鍍層表面形成氧化膜的速率較緩慢,阻抗值較低,不適合在北方老工業城市的室外裝飾與防護中應用.

射頻等離子體制備球形Ti—6Al—4V粉末性能表征

盛艷偉, 郭志猛, 郝俊杰, 王玉明

2012, 34(2): 164-168. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.02.011

[摘要](151)

[PDF 1996KB](18) [施引文獻] ()

摘要:
以不規則形狀的Ti-6Al-4V(TC4)粉末為原料,通過射頻等離子體球化處理制備了球形TC4粉末,并研究了球化處理對粉末特性及加料速率對粉末球化率的影響.利用掃描電子顯微鏡、激光粒度分析和霍爾流速計分別對其粉末微觀結構、粒度分布和粉體性能進行了測試和分析.結果表明:TC4粉末經等離子球化處理后得到表面光滑、球形度好及球化率可達到100%的球形粉末;球化處理后,粉末的松裝密度、振實密度和粉末流動性得到明顯改善,粒度略微增大;隨著加料速率的增加,TC4粉的球化率逐漸降低.

聚合物B位前驅體法制備鋯鈦酸鉛納米復相陶瓷微觀結構

李建華

2012, 34(2): 169-173. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.02.020

[摘要](145)

[PDF 1831KB](3) [施引文獻] ()

摘要:
采用前驅體法合成了鈣鈦礦型B位離子氧化物固溶體,以此作為B位先驅體與碳酸鉛通過固相反應在740℃合成A位缺鉛的亞穩態鈣鈦礦型鋯鈦酸鉛(PZT)固溶體.燒結過程中納米級四方和單斜ZrO₂納米粒子從固溶體中析出.借助X射線衍射儀、掃描電鏡和透射電鏡對物相、組成和微觀結構進行了分析.隨ZrO₂的加入量增加,斷口從沿晶穿晶混合斷裂變為穿晶斷裂.研究表明,采用聚合物B位前驅體法成功制備出內晶型鋯鈦酸鉛納米復相陶瓷.

檸檬酸燃燒法合成Al摻雜Sr₂MgMoO_6-δ陽極材料及其性能

謝志翔, 趙海雷, 周雄, 沈永娜

2012, 34(2): 174-178. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.02.001

[摘要](232)

[PDF 1806KB](3) [施引文獻] ()

摘要:
通過檸檬酸燃燒法合成了Sr₂Mg_1-xAl_xMoO_6-δ(SMAM)陽極材料.利用X射線衍射儀和掃描電鏡對其結構和形貌進行表征.考察了制備條件對其結構和致密度的影響.結果表明,還原氣氛不利于材料的致密化,而氧化氣氛可以促進材料的致密化過程.與氧化氣氛相比,還原氣氛下Al離子在材料中的固溶度較大.對氧化氣氛下制備的SMAM樣品在低溫下進行還原,可以增加Al離子的固溶量.同時,材料的電導率隨著Al含量的增加而增大.

設備與能源

大型高爐合理爐缸冷卻制度

寧曉鈞, 左海濱, 張建良, 楊天鈞

2012, 34(2): 179-183. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.02.012

[摘要](149)

[PDF 1519KB](9) [施引文獻] ()

摘要:
合理的爐缸冷卻制度是保證大型高爐長壽的基礎,不同冷卻制度對高爐爐缸的溫度分布和侵蝕狀況具有直接影響.結合某4000 m³級高爐,根據傳熱學理論建立了高爐爐缸、爐底溫度場物理模型和數學模型,通過數值模擬對"大水量、小溫差"和"小水量、大溫差"這兩種不同爐缸冷卻制度進行了研究,分析了不同冷卻制度對爐缸溫度場、爐缸侵蝕狀況及高爐壽命的影響.結果表明,在爐役初期磚襯較厚時,不同冷卻制度對爐內溫度分布的影響區別不大;隨著磚襯的不斷減薄,不同冷卻制度對爐內溫度分布的影響逐漸明顯;當磚襯侵蝕到一定程度后,再好的冷卻也無濟于事,但采用"大水量、小溫差"并加強冷卻可以減緩磚襯的侵蝕,延長高爐壽命.

冷軋機工作輥非對稱彎輥的板形調控理論研究與應用

劉寶權, 張鴻, 王自東, 王軍生, 張巖

2012, 34(2): 184-189. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.02.009

[摘要](278)

[PDF 1936KB](6) [施引文獻] ()

摘要:
為減少冷軋帶鋼的非對稱板形缺陷的產生,設計了工作輥非對稱彎輥控制系統.應用影響函數法計算輥系變形,同時考慮輥縫中金屬橫向流動對帶鋼出口橫向張力分布的影響,通過迭代法計算出工作輥兩端施加不同彎輥力后的輥間壓力分布、出口厚度橫向分布以及出口橫向張應力分布.理論分析結果表明,工作輥非對稱彎輥可以在一定程度上改善輥間壓力分布不均,減輕軋輥磨損和減少軋輥掉皮事故的發生,降低帶鋼邊部的非對稱板形缺陷.實際應用結果證明,當傾斜調整量小于10%時,應用工作輥非對稱彎輥替代傾斜調整,可以獲得更好的板形精度.

楔橫軋鋁合金軋件內部空洞演變

崔麗華, 王寶雨, 胡正寰

2012, 34(2): 190-195. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.02.010

[摘要](134)

[PDF 1639KB](4) [施引文獻] ()

摘要:
采用數值模擬的手段,研究了楔橫軋軋制鋁合金時軋件內部空洞演化的一般規律和工藝參數對空洞演化的影響.結果表明:軋件內部單空洞演化的一般規律是球形-橢球形-軋件內部軸向貫通的孔腔;多空洞演化時,位于軋件中心的空洞的變化規律和單空洞時相似,但其余位置的空洞發生了閉合,它們對中心空洞有正作用方面的影響;在模具的各個階段中,楔入段的后期和展寬段的前期是內部空洞演化的關鍵階段;在楔橫軋加工的工藝參數方面,展寬角是影響空洞演化的最敏感因素,其次是斷面收縮率,再次是成形角.研究證明了小的成形角、展寬角和斷面收縮率均有利于軋件內部空腔的擴展.

近絕熱飽和溫度對聚丙烯腈基活性碳纖維脫除煙氣中SO₂的影響

張東輝, 宋存義, 張雷, 谷啟源

2012, 34(2): 196-201. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.02.014

[摘要](168)

[PDF 1712KB](4) [施引文獻] ()

摘要:
聚丙烯腈基活性碳纖維(PAN-ACF)是一種較新型的碳材料.應用聚丙烯腈基活性碳纖維對模擬煙氣中SO₂進行了吸附脫除實驗,分別考察了煙氣溫度和煙氣中水蒸氣體積分數改變煙氣的近絕熱飽和溫度對PAN-ACF脫除煙氣中SO₂效率的影響.實驗結果表明,PAN-ACF具有良好的脫硫性能,近絕熱飽和溫度是影響其脫硫效率的重要因素.隨著近絕熱飽和溫度的逐漸增大,PAN-ACF的脫硫效率呈現先增大后減小的變化趨勢.通過改變煙氣溫度和改變水蒸氣體積分數來改變煙氣的近絕熱飽和溫度時,在相同的近絕熱飽和溫度條件下,PAN-ACF的脫硫效率是不同的,且脫硫效率隨近絕熱飽和溫度改變而變化的趨勢也不同.

控制與決策

一種基于遺傳算法參數優化的改進人工勢場法

李擎, 王麗君, 陳博, 周洲, 尹怡欣

2012, 34(2): 202-206. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.02.015

[摘要](177)

[PDF 1568KB](12) [施引文獻] ()

摘要:
人工勢場法是一種簡單有效的移動機器人路徑規劃算法.針對傳統人工勢場法在路徑規劃中的一類目標點不可達問題,提出了一種在局部最小點改變斥力角度和設定虛擬最小局部區域的解決方案,同時采用遺傳算法對改進算法中斥力改變角度以及虛擬最小局部區域的半徑兩個參數進行優化.仿真實驗說明本文所提算法能在起點和終點之間規劃出一條簡捷、光滑和安全的路徑.

T-S模糊控制系統的虛擬等價系統及穩定性判據

張維存, 李擎, 張超, 陳鵬, 劉小麗

2012, 34(2): 207-210. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.02.016

[摘要](138)

[PDF 1352KB](4) [施引文獻] ()

摘要:
針對未知確定性被控對象和未知非線性時變對象,通過構造虛擬等價系統的方法研究T-S模糊控制系統的穩定性.采用虛擬等價系統的目的在于降低原問題的難度,改進現有穩定性判據的保守性.分析結果表明,T-S模糊控制系統的穩定性主要取決于局部模型的精度、模糊規則的正確性以及局部控制器的鎮定性.

狀態時滯時變離散時間系統的最優預見控制器設計

廖福成, 徐玉潔

2012, 34(2): 211-216. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.02.017

[摘要](101)

[PDF 1412KB](8) [施引文獻] ()

摘要:
研究了一類具有狀態時滯的時變離散時間系統的最優預見控制問題.所用的方法仍然是通過引入差分算子構造擴大誤差系統.首先克服了差分算子不是線性算子的困難,成功構造了擴大誤差系統.然后通過提升技術,把系統轉化為形式上沒有時滯的普通控制系統.最后通過引入可預見的目標值信號信息,得到最終的擴大誤差系統.從這個擴大誤差系統出發,利用時變系統最優控制的有關結果,設計處理原系統的帶有預見作用的控制器.利用矩陣分解,把需要求解的高階Riccati方程轉化成一個低階的Riccati方程.仿真實例表明了該設計方法的有效性.

回聲狀態網絡的研究進展

羅熊, 黎江, 孫增圻

2012, 34(2): 217-222. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.02.018

[摘要](167)

[PDF 1541KB](31) [施引文獻] ()

摘要:
回聲狀態網絡是近年來新興的一種遞歸神經網絡,獨特而簡單的訓練方式以及高精度的訓練結果已使其成為當前研究的熱點之一.在該網絡中,引入了儲備池計算模式這一新的神經網絡的建設方案,克服了之前網絡模型基于梯度下降的學習算法所難以避免的收斂慢和容易陷入局部極小等問題.圍繞這種新型網絡結構,國內外許多學者開展了多樣的研究.本文全面深入介紹了回聲狀態網絡這一新興技術,討論了回聲狀態網絡的優缺點,并綜合近年的研究現狀,總結了回聲狀態網絡的主要研究工作進展和未來的研究方向.

鋼鐵生產過程系統的能耗可靠性評價

張文娟, 王寶, 劉青, 楊振國, 蒼大強

2012, 34(2): 223-229. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2012.02.013

[摘要](135)

[PDF 1684KB](7) [施引文獻] ()

摘要:
在功能可靠度和時產率可靠性評價指標的基礎上,結合鋼鐵生產過程系統能源消耗狀況的分析,建立了能耗可靠性評價方法,提出了能耗可靠度、工序能效比及相近度等評價指標體系來描述鋼鐵生產過程系統的能耗可靠性.運用貢獻指數的概念定量分析了后兩者對能耗可靠度的影響,并應用于國內某特殊鋼廠電弧爐生產過程單元.結果表明:該電弧爐工序的能耗可靠度由2008年的0.64提高到2009年的0.72.另外,還分析了該廠2006-2009年電爐工序能耗可靠度變化的主要原因.