工程科學學報

半連續半離散模型在礦山設計中的應用

礦山設計中通常會建立塊體模型或三維體模型,并通過模型來進行不規則體的體積計算.實際應用中發現兩種模型有各自的不足,塊體模型存在計算誤差即離散精度問題,三維體模型存在計算耗時多及不穩定問題.本文提出了一個半連續半離散模型,給出了該模型算法及具體應用實例.實踐證明,半連續半離散模型具有計算速度快、誤差小和計算穩定等優點,是礦山設計中一種非常有效的計算模型.

工程科學學報. 2012 34(8): 853-858.

隧道窯工藝處理不銹鋼除塵灰的實驗研究

利用隧道窯工藝對寶鋼不銹鋼除塵灰進行處理.該工藝過程是將焦粉(添加量為除塵灰質量的35%)外置在除塵灰周圍,并添加三種不同比例的鐵鱗,在碳化硅罐中還原42 h,還原溫度為1200℃.研究表明:該工藝條件能夠實現不銹鋼除塵灰的燒結,且通過加入鐵鱗(添加量為除塵灰質量的20%)可以經濟有效地提高燒結物的強度;鐵鱗的加入提高了鐵品位,但會降低鎳、鉻品位.針對金屬化球團中鎳、鉻的金屬化率難以檢測出的情況,提出了一種金屬還原率的估測方法,并將其應用到本實驗中,得出在隧道窯工藝條件下鐵和鎳的金屬化率分別為92.55%和97.83%,鉻的金屬化率最少可達到35.5%.

工程科學學報. 2012 34(8): 859-866.

還原劑與脫硫劑對硫酸渣直接還原焙燒同步脫硫的影響

研究了還原劑云南煤和脫硫劑SH對硫酸渣在直接還原焙燒過程中提鐵降硫效果的影響.采用X射線衍射與掃描電鏡方法分析了云南煤與脫硫劑SH的作用機理.結果表明:在高溫還原氣氛下,硫酸渣中的黃鐵礦生成具有揮發性的氣態單質硫和氣態羰基硫、金屬鐵和非磁性的隕硫鐵;硫酸渣中的赤鐵礦和磁鐵礦則被還原為金屬鐵;云南煤對硫酸渣在焙燒過程中的脫硫效果比較明顯,但無法達到要求的指標;添加脫硫劑SH可以進一步降低還原鐵中的硫,其機理是脫硫劑與硫酸渣中的黃鐵礦在直接還原焙燒過程中反應生成金屬鐵和沒有磁性的硫化鈣,通過磨礦-磁選的方法將硫化鈣與金屬鐵分離,從而達到脫硫目標.

工程科學學報. 2012 34(8): 867-875.

超低碳鋼RH冶煉脫碳過程的數學模型

在充分考慮RH平衡碳氧濃度的前提下,建立脫碳反應數學模型.以210 t超低碳鋼RH冶煉工藝為背景,詳細給出數學模型的建立原則與過程.將模擬結果與實際測量數據進行對比發現,數學模型與實際測量數據有很好的吻合度.碳元素在鋼液內存在一定的不均勻性,真空室自由液面下降管上方碳元素質量分數最小,鋼渣界面處上升管右側碳元素質量分數最大,循環20 min后,二者相差0.0025%左右.

工程科學學報. 2012 34(8): 876-882.

82B硬線鋼精煉渣和夾雜物研究

從Al<sub<2</sub<O<sub<3</sub<活度和夾雜物成分兩方面來研究精煉渣對夾雜物的影響.采用Factsage軟件對CaO-Al<sub<2</sub<O<sub<3</sub<-SiO<sub<2</sub<-MgO(8%)-CaF<sub<2</sub<(8%)爐渣中Al<sub<2</sub<O<sub<3</sub<活度進行了計算,并研究了堿度和(MgO)含量對Al<sub<2</sub<O<sub<3</sub<活度的影響.當爐渣堿度從1.0增加到2.0時,爐渣中Al<sub<2</sub<O<sub<3</sub<活度隨著爐渣堿度的增加而降低;當爐渣堿度從2.0增加到3.8時,Al<sub<2</sub<O<sub<3</sub<活度變化幅度很小;(MgO)質量分數分別為5%和8%的渣,Al<sub<2</sub<O<sub<3</sub<活度差距較小;在堿度高的爐渣中[Al]<sub<s</sub<容易被從爐渣還原到鋼水中.在使用高堿度精煉渣的盤條中發現許多含有MgO的硬性夾雜物,并對此進行了分析,最后得出最適宜的爐渣堿度為2.5~3.0.

工程科學學報. 2012 34(8): 883-886.

LCAK鋼CAS精煉過程的物理模擬

針對CAS精煉過程中罩外有大量氣泡溢出的問題,在相似性原理的基礎上建立了CAS鋼包的水模型.研究了CAS精煉過程中底吹氣量、浸漬罩插入深度和不同底吹位置對鋼包混勻時間的影響.實驗發現:浸漬罩的中心與底吹氣孔的中心同軸時,能有效地防止罩外氣泡溢出.對于300 t鋼包,底吹方案優化后,底吹位置選在距鋼包中心0.3<i<r</i<~0.4<i<r</i<(<i<r</i<為鋼包底部半徑),精煉時底吹氣量為600 L·min<sup<-1</sup<,排渣時底吹氣量選在500 L·min<sup<-1</sup<左右,浸漬罩浸入深度選為180~225 mm.工業試驗表明,優化后的底吹方案有效地解決了罩外氣泡溢出的問題,并且提高了LCAK鋼液的潔凈度和可澆注性.

工程科學學報. 2012 34(8): 887-891.

49MnVS3非調質鋼連鑄方坯中心裂紋分析

采用金相、掃描電鏡及能譜分析了連鑄方坯中心位置的宏觀和微觀特征.發現偏析是導致中心裂紋產生的主要原因,裂紋發生在柱狀晶末端和粗大等軸晶區,沿一次枝晶晶界展開;開裂方式為沿晶開裂,開裂時期處于液相.存在兩種晶界偏析,一種為析出的MnS夾雜物,另一種為聚集的濃化鋼液.中心位置析出物未達到非調質鋼質量要求.

工程科學學報. 2012 34(8): 892-897.

基于分子動力學的納米壓痕形變過程模擬

采用分子動力學方法模擬了金剛石壓頭壓入Fe基體的納米壓痕全過程.研究了加載和卸載時基體的原子組態、載荷-位移曲線以及位錯的發射和變化.分析了基體的塑性形變機理.發現壓入深度為0.69 nm時出現位錯.隨壓入深度的增加位錯長大成環,基體塑性形變加劇.卸載過程中位錯環不斷減小,當壓頭恢復到起始位置后,基體中心殘留有位錯環,產生了永久塑性形變,位錯環的存在是基體產生永久塑性形變的關鍵因素.

工程科學學報. 2012 34(8): 898-902.

Z3CN20—09M鑄造奧氏體不銹鋼的低周疲勞行為

采用徑向應變控制研究了Z3CN20-09M奧氏體不銹鋼在室溫和350℃高溫下的低周疲勞行為.Z3CN20-09M不銹鋼表現為先硬化后軟化的循環特性,但硬化的程度取決于溫度和應變幅.隨著應變幅的增加,Z3CN20-09M鋼的低周疲勞循環壽命逐漸減短,而相同循環次數下應力幅也隨之提高.溫度對Z3CN20-09M鋼的低周疲勞行為影響較大,與室溫相比高溫下的循環硬化程度更高,相同應變幅下高溫的低周疲勞壽命也高于常溫下的壽命.通過疲勞實驗的原位觀察發現,奧氏體內的滑移面、夾雜物及奧氏體和鐵素體兩相的界面是疲勞裂紋可能的形核位置,奧氏體和鐵素體兩相的不協調變形使相界處產生應力集中,導致疲勞裂紋容易沿兩相界面擴展.

工程科學學報. 2012 34(8): 903-907.

鎳鉻基K648合金α—Cr相析出的組織敏感性

研究了合金成分和熱處理制度對K648合金組織中α-Cr相析出形態和力學性能的影響,并通過Thermo-calc軟件計算了K648合金平衡相析出規律.計算結果表明合金中的析出相主要為α-Cr、γ'相和M<sub<23</sub<C<sub<6</sub<碳化物.通過實際組織觀察得出合金中α-Cr相的析出形態對Cr含量和熱處理工藝制度極為敏感,具體表現為α-Cr相形態的多樣性.力學性能測試進一步表明合金的室溫拉伸性能、沖擊性能均受α-Cr相形態和分布的影響,即合金性能表現出組織敏感性.

工程科學學報. 2012 34(8): 908-914.

低居里點FeCrB非晶合金的磁熱效應

基于輸電線路抗覆冰的應用背景,通過對Fe<sub<100-<i<x</i<-<i<y</i<</sub<Cr<sub<<i<x</i<</sub<B<sub<<i<y</i<</sub<(<i<x</i<=11~20,<i<y</i<=9~20)的成分調節和快淬工藝參數控制,制備了同時具有低居里溫度和高飽和磁極化強度的非晶帶材.測試研究表明Fe<sub<65</sub<Cr<sub<15</sub<B<sub<20</sub<和Fe<sub<64</sub<Cr<sub<16</sub<B<sub<20</sub<的居里溫度分別為28.6和11.6℃,Fe<sub<65</sub<Cr<sub<15</sub<B<sub<20</sub<和Fe<sub<64</sub<Cr<sub<16</sub<B<sub<20</sub<在0℃的飽和磁極化強度分別為0.69和0.62 T.設計組裝了一種近似絕熱磁致熱功率的測量裝置,用該裝置對Fe<sub<65</sub<Cr<sub<15</sub<B<sub<20</sub<和Fe<sub<64</sub<Cr<sub<16</sub<B<sub<20</sub<兩種非晶合金帶的磁熱功率進行了近似測量和分析.

工程科學學報. 2012 34(8): 915-920.

TiO<sub<2</sub<對粉煤灰及石英砂制備微晶玻璃組織轉變的影響

利用粉煤灰與石英砂制備微晶玻璃,并對其進行不同工藝的熱處理.通過對熱處理后的試樣研究發現:當粉煤灰質量分數為30%,未加TiO<sub<2</sub<時,試樣在780℃加熱時首先析出過渡相Ca<sub<2</sub<SiO<sub<4</sub<,在隨后的高溫晶化過程中,過渡相溶解消失,析出更穩定的平衡相鈣長石;當TiO<sub<2</sub<質量分數為0~15%時,隨著TiO<sub<2</sub<含量的增加,在780℃加熱時由析出梭形的Ca<sub<2</sub<SiO<sub<4</sub<微晶轉變為析出粒狀的鈣長石微晶;當粉煤灰質量分數增加到40%,TiO<sub<2</sub<質量分數為3.5%時試樣中出現網狀微晶組織,而加入的形核劑TiO<sub<2</sub<質量分數達到5%時試樣中無網狀微晶組織出現,說明TiO<sub<2</sub<對網狀組織的析出具有明顯抑制作用.

工程科學學報. 2012 34(8): 921-925.

金剛石/銅復合材料鍍鎳工藝的優化

在金剛石/銅復合材料表面通過化學鍍鎳獲得了性能良好的鍍層.采用真空釬焊,對各鍍層進行焊接熱處理,比較幾種不同鍍鎳工藝的鍍層性能,包括電鍍以及兩種不同配方的化學鍍,測試各鍍層在焊接熱處理后的結合強度和耐蝕性等,用掃描電鏡觀察各鍍層焊接前后的表面形貌,并用X射線衍射分析鍍層的相結構.結果表明:用檸檬酸鈉作絡合劑的化學鍍層,經過焊接熱處理以后,鍍層的耐高溫性、結合強度以及耐蝕性等性能都要明顯好于用丁二酸作絡合劑的化學鍍層和電鍍層.

工程科學學報. 2012 34(8): 926-930.

水熱法從含鈦電爐熔分渣中制備納米片狀結構二氧化鈦光催化劑

采用水熱法,以氫氧化鈉為分離劑,從含鈦電爐熔分渣中成功制備出納米片狀結構二氧化鈦光催化劑,并探討了水熱反應時間、水熱溫度以及堿液濃度對分離提取納米片狀結構二氧化鈦的影響.隨著水熱反應時間的延長,水熱溫度以及氫氧化鈉溶液濃度的提高,從含鈦電爐熔分渣中分離提取的二氧化鈦結晶度越好,微觀形貌更趨近于納米片狀結構.水熱法處理含鈦電爐熔分渣的最佳反應條件是:水熱溫度高于180℃,水熱反應時間大于24 h,堿液濃度達到12 mol·L<sup<-1</sup<.以制備得到的納米片狀結構二氧化鈦為光催化劑,在氙燈光照90 min后,甲基藍降解率可達81.1%.

工程科學學報. 2012 34(8): 931-938.

氯化汞觸媒的汞揮發速率

采用通量箱、比表面積分析儀、掃描電子顯微鏡和X射線光電子能譜儀測試了電石法聚氯乙烯(PVC)行業中高汞觸媒、低汞觸媒和廢高汞觸媒的汞揮發速率、比表面積、成分及汞形態.研究表明:高汞觸媒、低汞觸媒和廢高汞觸媒的汞揮發速率分別為1.04×10<sup<-7</sup<、5.90×10<sup<-8</sup<和2.47×10<sup<-4</sup<mg·g<sup<-1</sup<·min<sup<-1</sup<.高汞觸媒使用后氯化汞被還原為單質汞,且汞吸附于觸媒表面,導致廢高汞觸媒汞揮發速率遠高于新汞觸媒.

工程科學學報. 2012 34(8): 939-942.

基于可行工況集的帶鋼連續熱處理過程優化策略

在帶鋼連續熱處理熱過程機理數學模型的基礎上,提出了帶鋼連續熱處理過程中的穩定工況和變工況過程的優化策略.根據穩定工況過程的啟發式優化策略,得到了各鋼簇(由鋼種、規格確定)的可行工況集,基于各鋼簇可行工況集之間的關系,研究開發了變工況條件下帶鋼連續熱處理過程優化控制策略.該策略通過調整機組的操作參數,使得帶鋼溫度與熱處理目標溫度之間的誤差最小.通過對現場實際采用的變工況控制策略與本文開發的策略的對比分析表明,基于可行工況集的變工況策略可以在更短時間內實現變工況過程,更精準地控制變工況期間的帶鋼溫度.

工程科學學報. 2012 34(8): 943-951.

混合遺傳算法對混流裝配線平衡問題的研究

基于面向汽車行業總裝生產線平衡問題的研究,提出了一種包含模擬退火因子的改進的遺傳算法,設計了加速收斂因子模型以確保在有限種群空間中的快速收斂;同時考慮了更多工程現場實際約束來修正傳統的約束模型.新算法模型應用在混流裝配生產線平衡分析中,取得了算法快速收斂和分析結果與實際工程一致的結果.

工程科學學報. 2012 34(8): 952-958.

基于粗糙商集的模糊隸屬度集值統計算法

模糊隸屬度無統一算法,定義存在分歧.根據模糊概念"內涵明確,外延不明確"的特點,定義隸屬度為不同外延對內涵的從屬程度.在信息系統中,概念的外延用對象表示,內涵由屬性表示,由此提出了求解隸屬度的新算法:由原始統計數據組成初始信息系統,用粗糙集理論求得其商集并構建集值信息系統;該集值信息系統對應的條件概率空間中的條件概率即為隸屬度.廣義上信息系統可分為信息系統(無決策屬性)和目標信息系統(有決策屬性)兩類.隸屬度也可分為兩類:第一類外延對象為內涵屬性本身值,如年齡對青年人的隸屬度(信息系統);第二類外延對象為不同于內涵屬性的另一屬性值,如邊坡工程安全系數對穩定狀態的隸屬度(目標信息系統).計算以上兩個實例,前者與已有結論作對比驗證,后者與函數選擇、經典統計方法及貝葉斯公理作對比驗證,可知結果可靠,算法可行.

工程科學學報. 2012 34(8): 959-965.

基于小波變換的自適應閥值植物根系圖像邊緣檢測

植物根系的生長狀況可以反映該地區的氣候及土壤特性,現有的根系研究方法如挖掘法、整段標本法和剖面法,都有破壞樣本和工作量大等缺點.為了實時跟蹤植物根系生長狀況,介紹了一種基于多尺度小波變換和自適應閥值的圖像處理方法,對采用內窺方法獲得的根系圖像進行邊緣檢測,并將邊緣提取后的圖像進行融合.此方法可以在不損傷植物根系的前提下自動對根系的生長情況進行提取分析,實現實時采集及精確測量根系的物理參數.

工程科學學報. 2012 34(8): 966-970.

青島北站大跨鋼結構抗火性能研究

提出了一種適用于大跨度、大空間建筑的火災安全分析方法——性能化抗火設計方法.首先通過火災場景分析及模擬計算,確定構件的溫度,再利用分析軟件計算各不同溫度下構件的應力,確定需要防火保護的構件.青島北站主站房建筑結構體系復雜,超大空間的建筑布局,超出現有建筑防火設計的規定,現行規范方法難以滿足抗火安全性與經濟性要求.基于性能化方法對青島北站主站房的抗火安全性進行了評估,并根據評估結果確定防火保護措施.

工程科學學報. 2012 34(8): 971-975.