工程科學學報

露天礦邊坡強度折減法改進研究

李健, 高永濤, 吳順川, 謝玉玲, 杜曉偉

李健, 高永濤, 吳順川, 謝玉玲, 杜曉偉以某露天礦邊坡為工程背景,基于統一強度理論,通過對兩個本構參數b和α的調試和反演,實現對不同強度準則的逼近,構建適合實際工況的自定義本構模型,并編制改進的強度折減法則,通過對相關強度參數進行折減求解邊坡安全系數.與基于Mohr-Coulomb強度準則的傳統強度折減法相比,它克服了由于Mohr-Coulomb強度準則未考慮中間主應力等造成計算結果偏于保守的缺陷,得到的邊坡安全系數更貼近實際工況. 工程科學學報. 2013 35(8): 971-976.

鈣鹽在硫酸渣直接還原同步脫硫中的作用及機理，北京 100083

孫昊, 孫體昌, 高恩霞, 劉占華, 許言

孫昊, 孫體昌, 高恩霞, 劉占華, 許言研究了不同種類還原劑和鈣鹽脫硫劑組合對硫酸渣直接還原焙燒同步脫硫效果的影響.利用X射線衍射和掃描電鏡對不同組合條件下所得焙燒礦進行了分析.硫酸渣中的黃鐵礦和鎂橄欖石與不同種類的鈣鹽脫硫劑在高溫還原氣氛中發生反應,生成金屬鐵和種類不同的含硫礦物硫化鈣或硫硅鈣石,通過磨礦-磁選的方法將金屬鐵與含硫礦物分離,從而達到一定的脫硫效果.不同還原劑和脫硫劑組合所得焙燒礦中含硫礦物存在狀態不同,而且與金屬鐵之間的嵌布關系也不同. 工程科學學報. 2013 35(8): 977-985.

高磷鮞狀鐵礦酸浸脫磷

余錦濤, 郭占成, 唐惠慶

余錦濤, 郭占成, 唐惠慶研究了酸浸處理高磷鐵礦脫磷及其影響因素.實驗用鄂西鮞狀高磷礦Fe的質量分數為51.7%,P的質量分數約0.5%,S的質量分數為0.34%.通過硫酸浸出,浸出礦中磷的質量分數降低至0.07%左右,而鐵損只有0.18%,S的質量分數為0.35%,滿足鋼鐵生產的要求.通過掃描電鏡觀察和能譜分析表征了高磷礦中磷的脫除,在實驗酸度下能明顯看出磷灰石溶解,而鐵相基本不反應,并得到了熱力學計算證明.實驗確定了最佳的酸浸條件:浸出時間1 h,液固比100mL:8 g,酸度0.2 mol·L^-1,振蕩頻率150 Hz.通過微波加熱預處理,高磷鐵礦中產生微裂紋,增加了礦石的比表面積,但是這并沒有明顯促進酸浸脫磷的進行.通過補酸的方式循環利用酸浸液處理高磷鐵礦能得到較好的脫磷效果,脫磷率穩定在80%,能有效減少酸耗、保護環境. 工程科學學報. 2013 35(8): 986-993.

Ti和Si對鐵液黏度和凝固性質的影響

張建良, 韋勐方, 國宏偉, 毛瑞, 胡正文, 趙永彬

張建良, 韋勐方, 國宏偉, 毛瑞, 胡正文, 趙永彬通過振蕩杯高溫熔體黏度儀對含Ti鐵液的黏度進行測定,研究在冷卻過程中Ti、Si對鐵液黏度、黏流活化能、凝固溫度以及凝固速度的影響.發現含Ti鐵液在發生凝固以前,其黏度差別不大,黏流活化能為37.07~44.03 kJ·mol^-1.Ti含量對鐵液的凝固溫度和凝固速度影響較大,Ti含量高的鐵液開始凝固溫度較高,而且凝固速度更快.硅含量低是釩鈦鐵液凝固溫度低的主要原因. 工程科學學報. 2013 35(8): 994-999.

稀土對T91耐熱鋼動態再結晶行為影響

文智, 易丹青, 王斌, 石紹清, 張燕可

文智, 易丹青, 王斌, 石紹清, 張燕可采用Gleeble-1500熱/力模擬試驗機進行壓縮試驗,研究了不同變形條件下微量稀土對T91耐熱鋼動態再結晶行為的影響.分析繪制了稀土加入前后實驗鋼的真應力-真應變曲線、再結晶-溫度-時間圖、再結晶圖及功率耗散圖,并計算了高溫下實驗鋼的再結晶激活能.在變形溫度為850~1100℃,變形速率為0.004~10 s^-1變形條件下,變形溫度越高和變形速率越低,動態再結晶越容易發生.稀土加入會產生固溶強化,稀土元素與碳原子發生交互作用,且在晶界處或晶界附近偏聚,使變形抗力與峰值應變均增大,再結晶激活能由354.6 kJ·mol^-1提高到397.2 kJ·mol^-1.另外,稀土會顯著推遲再結晶發生時間,擴大再結晶的時間間隔,推遲再結晶動力學過程. 工程科學學報. 2013 35(8): 1000-1006.

鑄坯熱裝溫度對無取向硅鋼中AlN和MnS析出行為的影響

萬勇, 陳偉慶, 吳紹杰

萬勇, 陳偉慶, 吳紹杰通過固溶度積公式計算及熱模擬實驗,對不同熱裝和加熱溫度條件下的無取向硅鋼鑄坯中析出相進行了研究.在低于950℃熱裝時,鑄坯中AlN的析出量和尺寸不再變化,但MnS和AlN-MnS的數量及平均尺寸隨著熱裝溫度降低而進一步增加,并在溫度低于600℃時達到最大值后保持不變.與1200℃相比,1100℃加熱的鑄坯中AlN、MnS的總固溶量相對更少.相比850℃熱裝,600℃熱裝再加熱到1100℃的鑄坯中AlN和MnS的總固溶量更少,且AlN和MnS尺寸更大.合適的熱裝溫度和加熱溫度分別為600℃和1100℃. 工程科學學報. 2013 35(8): 1007-1014.

熱處理工藝對NM500耐磨鋼組織和力學性能的影響

胡日榮, 蔡慶伍, 武會賓, 唐荻

胡日榮, 蔡慶伍, 武會賓, 唐荻通過掃描電子顯微鏡,電子背散射衍射、透射電子顯微鏡以及力學分析等方法研究了在線淬火-回火(DQ-T)和再加熱淬火-回火(RQ-T)對NM500耐磨鋼組織和性能的影響,并討論了不同熱處理工藝的強化機理.發現試樣經過不同的熱處理工藝后在較高的強度下均能保持良好的韌性.由于位錯密度的增加和更細的馬氏體板條束尺寸,DQ-T試樣的抗拉強度和硬度明顯高于RQ-T試樣,但是強度的增加并沒有造成韌性和塑性急劇的降低.再加熱淬火溫度對RQ-T試樣的強度影響較大,當淬火溫度較低時,馬氏體板條束得到細化,這種細晶強化作用有效地提高了RQ-T試樣的強度. 工程科學學報. 2013 35(8): 1015-1020.

Q235鋼和X70管線鋼在北美山地灰鈣土中的短期腐蝕行為

劉智勇, 王力偉, 杜翠薇, 王福明, 弓愛君, 李曉剛, Frank Cheng

劉智勇, 王力偉, 杜翠薇, 王福明, 弓愛君, 李曉剛, Frank Cheng 通過腐蝕失重速率試驗、腐蝕形貌特征的掃描電鏡觀察和X射線衍射分析以及土壤理化性質分析等手段研究了國產Q235鋼和X70管線鋼在加拿大中南部的山地灰鈣土中實地埋樣試驗一年后的短期腐蝕行為特征.結果發現Q235鋼和X70鋼的平均腐蝕速率和最大點蝕深度均比較接近,但Q235鋼點蝕密度明顯高于X70鋼;兩種鋼的腐蝕產物成分類似,均為FeOOH、Fe₃O₄和Fe₂O₃的復雜混合物,腐蝕產物層不致密,存在明顯的裂紋;兩種鋼表層土壤中均發現較多的硫酸鹽還原菌、硫化菌和異養菌,這些菌群的共同作用能夠加速腐蝕產物層下局部腐蝕的發生. 工程科學學報. 2013 35(8): 1021-1026.

Fe對Ni-Mn-Ga形狀記憶合金相變和力學性能的影響

辛燕, 柴亮

辛燕, 柴亮研究了Fe含量對Ni₅₆Mn_25-xFe_xGa₁₉(x=0~10)合金的微觀組織結構、相變行為、力學性能和記憶特性的影響規律.當x ≤ 4時,Ni₅₆Mn_25-xFe_xGa₁₉合金仍然保持著單一的四方結構馬氏體相;當x ≥ 6時,合金呈現為馬氏體相和面心立方γ相組成的雙相結構.相對于馬氏體相,γ相為富Ni和富Fe相,其含量隨Fe含量的增加而增加.隨著Fe含量增加,合金的馬氏體相變溫度逐漸降低,其峰值溫度從x=0時的356℃降低至x=10時的170℃,這主要歸因于馬氏體相尺寸因素和電子濃度的綜合作用.通過添加Fe替代Mn在合金中引入的γ相可提高合金的強度和塑性,但最大形狀記憶回復應變從x=0時的5.0%降低到x=6時的2.0%. 工程科學學報. 2013 35(8): 1027-1033.

690合金的Pb致應力腐蝕行為

劉飛華, 李成濤, 張新, 李巖, 任愛

劉飛華, 李成濤, 張新, 李巖, 任愛采用反U型試樣,對690合金樣品在高壓釜內進行了4400 h的應力腐蝕實驗,以研究其在含Pb溶液中的應力腐蝕規律.利用掃描電鏡和能譜儀等分析了690合金在含Pb高溫高壓水環境中的應力腐蝕行為.掃描電鏡結果表明,690合金在測試溶液中發生穿晶型應力腐蝕開裂,裂紋內部堆積著腐蝕產物,并且Pb摻雜在其中.裂紋區域的元素面掃描表明,690合金表面生成的腐蝕產物膜內層富Cr、外層富Ni,腐蝕產物與基體膨脹系數的差異導致裂紋快速擴展.試樣內外表面的腐蝕形貌差異明顯,內壁呈晶格網狀,外壁呈一定方向性腐蝕溝塹,主要是由于內外表面狀態不同造成的. 工程科學學報. 2013 35(8): 1034-1039.

Zn含量對AlMgSiCu合金組織和力學性能的影響

曹零勇, 蔡元華, 崔華, 張濟山

曹零勇, 蔡元華, 崔華, 張濟山使用常規鑄錠冶金方法制備了不同Zn含量的AlMgSiCu合金.利用光學顯微鏡、掃描電鏡、拉伸測試和納米壓痕方法研究了Zn含量對鋁合金微觀組織和力學性能的影響.研究發現Zn元素能夠輕微細化AlMgSiCu合金鑄態組織.隨著合金中Zn含量的增加,鑄態鋁合金的晶界變寬,晶界析出相增多.Zn的添加未影響鑄態合金的相組成和形貌.隨Zn含量的增加,鋁合金的強度和延伸率呈現先增后降的變化趨勢,添加質量分數0.5%Zn可使合金具有最高的強度,而0.75%Zn使合金獲得最高延伸率.對含Zn鋁合金的納米壓痕測量表明:隨著Zn含量的增加,鋁合金的彈性模量呈現逐步降低的趨勢. 工程科學學報. 2013 35(8): 1040-1045.

二氧化錳對C-Al材料物相和顯微結構的影響

魏軍從, 孫加林

魏軍從, 孫加林為了避免添加鋁粉的碳復合耐火材料在熱處理過程中生成易水化產物Al₄C₃和AlN,本文研究了MnO₂對C-Al材料物相和顯微結構的影響.實驗以鱗片石墨、金屬鋁粉和MnO₂細粉為主要原料,以酚醛樹脂為結合劑,分別經不同溫度下埋石墨粉燒成.用X射線衍射分析試樣物相,用掃描電鏡觀察試樣顯微結構,并研究了二氧化錳的綜合熱分析曲線.發現在不加MnO₂的C-Al材料中,鋁粉先生成粒狀碳化鋁,然后向纖維狀氮化鋁和氧化鋁轉化.在C-Al材料中加入MnO₂后,由于MnO₂逐漸釋放出氧氣,鋁粉直接被氧化成氧化鋁,繼而生成錳鋁尖晶石,避免了Al₄C₃和AlN形成;生成的氧化鋁在800~1200℃以粒狀為主,1400℃氧化鋁以纖維狀為主,1600℃生成了發育完全的柱狀氧化鋁. 工程科學學報. 2013 35(8): 1046-1052.

La-Ce共摻雜制備La³⁺-Ce³⁺/ZnO及其對亞甲基藍的光催化降解

王愛華, 車平, 劉杰民

王愛華, 車平, 劉杰民采用溶膠凝膠法制備了La-Ce共摻雜的La³⁺-Ce³⁺/ZnO光催化劑,同時用同種方法制備了ZnO、La³⁺/ZnO和Ce³⁺/ZnO以作對比.通過X射線衍射儀、透射電鏡、紫外可見分光光度計,比表面及孔隙度分析儀等對制備的光催化劑進行了表征.以亞甲基藍為模型污染物對所制備的光催化劑的光催化特性進行了評價.結果表明,所制備的La³⁺-Ce³⁺/ZnO光催化劑基本呈長方柱狀,尺寸平均為57.3 nm,La-Ce共摻雜提高了ZnO的結晶度,促進了晶粒的長大.根據光催化實驗結果,La-Ce共摻雜能夠顯著提高ZnO的光催化活性.在光催化降解500 mL的10 mg·L^-1亞甲基藍實驗中,La³⁺-Ce³⁺/ZnO光催化劑對亞甲基藍的降解率達93.7%,比純ZnO、La³⁺-ZnO和Ce³⁺-ZnO分別提高了21.4%、19.2%和9.3%. 工程科學學報. 2013 35(8): 1053-1057.

冷卻塔防腐涂層失效評價方法

張秀麗, 王應高, 郝承磊, 李永立, 高克瑋

張秀麗, 王應高, 郝承磊, 李永立, 高克瑋在循環水和除鹽水中進行了冷卻塔酚醛環氧涂層和環氧煤焦瀝青涂層試塊的熱水加速老化試驗,測量了涂層試塊在老化過程中的吸水率并觀察了其形貌變化.通過分析涂層試塊吸水率隨吸水時間和老化時間的變化規律,研究了循環水冷卻塔防腐涂層使用壽命的評價方法.發現根據冷卻塔涂層試塊老化過程中的吸水率-老化時間曲線拐點可推算出涂層在試驗溫度下的使用壽命,然后再根據范特霍夫(Vant Hoff)規則可推算出涂層在實際運行工況下的使用壽命. 工程科學學報. 2013 35(8): 1058-1063.

基于小波和小波分形的冷連軋機振動識別方法

米凱夫, 張杰, 曹建國, 李洪波, 賈生暉, 褚玉剛

米凱夫, 張杰, 曹建國, 李洪波, 賈生暉, 褚玉剛針對2180 mm冷連軋機振紋現象的隨機性和隱蔽性的特點,基于小波分析和分形理論,系統地研究了能夠準確地識別軋機振動的方法.對典型工況下軋機振動信號的分析結果顯示,兩種方法均能有效地識別軋機振動的現象,為在復雜振動環境下識別振紋振動提供了有效途徑,這對于實時監測軋機的運行狀況,避免惡性生產事故的發生,進而實現預知軋機振動具有積極的現實意義. 工程科學學報. 2013 35(8): 1064-1071.

煉鋼廠鋼包周轉率的影響因素

蔡峻, 汪紅兵, 賀東風, 徐安軍, 黃幫福, 田乃媛

蔡峻, 汪紅兵, 賀東風, 徐安軍, 黃幫福, 田乃媛針對某煉鋼廠生產流程建立鋼包周轉過程仿真模型,對影響鋼包周轉率的熱修時間、生產鋼種和修包包齡等因素進行仿真研究.仿真結果表明:熱修時間增加,鋼包周轉率下降,當日產45爐典型鋼種,熱修時間在0~20 min范圍內鋼包周轉率為6.43,而當熱修時間為50~60 min時鋼包周轉率為5.0;生產不同鋼種的鋼包周轉率差別較大,日產41~50爐的SPHC鋼種時,鋼包周轉率最大值為6.28,最小值為5.63,而生產同樣爐數的X70鋼種時鋼包周轉率最大值為5.0,最小值為4.55;修包包齡增加,鋼包周轉率提高,日產48爐典型鋼種,修包包齡為40次時鋼包周轉率為4.0,修包包齡為45次鋼包周轉率達極限值6.86. 工程科學學報. 2013 35(8): 1072-1079.

基于“爐機對應”原則的煉鋼—連鑄調度模型

王剛, 王彬, 王寶, 王闖, 穆衍清, 王柏琳, 劉青, 謝飛鳴, 李紅衛, 聶小武, 盧新春

王剛, 王彬, 王寶, 王闖, 穆衍清, 王柏琳, 劉青, 謝飛鳴, 李紅衛, 聶小武, 盧新春針對某特殊鋼廠煉鋼-連鑄生產調度問題,首先,構建以爐機匹配度、連澆爐數以及過程等待時間等為主要評價指標的多目標優化調度數學模型.進而,對工藝流程結構以及煉鋼、精煉和連鑄三個工序的運行時間進行解析,分析合理的產品結構范圍及不同產品結構下的生產組織模式.根據煉鋼廠運行的"爐機對應"原則,運用柔性工序緩沖調節策略,協調優化煉鋼、連鑄工序間的生產節奏,求解不同生產模式下的調度方案.最后,通過仿真計算與實際生產狀況的綜合分析,驗證了調度模型和求解策略的有效性和優越性. 工程科學學報. 2013 35(8): 1080-1092.

考慮加權排序的分類數據聚類算法

武森, 王薔, 姜敏, 魏青

武森, 王薔, 姜敏, 魏青針對部分聚類算法對數據輸入順序敏感的問題,定義了不干涉序列指數,提出了應用不干涉序列指數對分類數據進行加權排序的方法,并基于該方法對受數據輸入順序影響的CABOSFV_C分類數據高效聚類算法進行改進,提出了考慮加權排序的聚類算法(CABOSFV_CSW),消除了算法對數據輸入順序的敏感性.采用UCI基準數據集進行實驗,發現應用加權升序排序的CABOSFV_CSW算法在處理分類數據時,聚類質量較原始CABOSFV_C算法和其他受數據輸入順序影響的算法在準確性上有改善,在穩定性上有顯著提高. 工程科學學報. 2013 35(8): 1093-1098.

按轉子磁鏈定向矢量的智能控制

沈翠鳳

沈翠鳳對按轉子磁鏈定向的矢量控制系統進行了智能控制研究.根據矢量控制的特點,充分運用計算機豐富的邏輯判斷和數值運算功能對控制系統進行設計,不僅可以實現模擬控制器的數字化,而且可以突破模擬控制器參數為定值的局限.重點介紹了根據系統的變量變化趨勢來確定數字調節器參數的變化規則,同時對于各個不同的調節規律,采用不同的控制策略,使得系統具有更好的動、靜態性能指標,更強的魯棒性.最后通過仿真和實驗證明了本文理論的正確性. 工程科學學報. 2013 35(8): 1099-1105.

地震力作用下淺埋偏壓隧道圍巖壓力的解析解

白哲, 吳順川, 劉波, 萬晨曄

白哲, 吳順川, 劉波, 萬晨曄以擬靜力法為基礎,通過地震力偏角的旋轉,結合極限平衡條件,推導出地震作用下淺埋偏壓隧道圍巖壓力的解析解,并探討了其影響因素.研究發現地震側壓力系數受巖土體力學指標的影響明顯.在地震力作用下,豎向地震加速度系數使拱頂總垂直壓力值減少,多數情況下會降低地震側壓力系數;水平向地震加速度系數對總垂直地震壓力和地震側壓力系數的影響規律取決于水平地震力的方向.淺埋側的地震側壓力系數隨著地面傾角的增大而減小,而深埋側的地震側壓力系數隨著地面傾角的增大而增大. 工程科學學報. 2013 35(8): 1106-1112.