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2018年  40卷  第10期

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钢铁冶金过程中的界面现象
程礼梅, 张立峰, 沈平
2018, 40(10): 1139-1157. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2018.10.001
摘要:
从界面润湿性的角度,对一些冶炼过程中的常见界面现象进行了详细分析.对于渣的泡沫化过程,主要分析了润湿性对渣的泡沫化指数的影响;对于铁水和钢液脱硫过程,主要分析了对脱硫速率和脱硫剂的利用率以及穿透钢液速率的影响;对于钢液与熔渣对耐火材料的侵蚀过程,主要分析了对耐火材料在熔渣中的饱和溶解度、熔渣在耐火材料中的侵蚀深度以及耐火材料的侵蚀速率的影响;对于钢中夹杂物的运动过程,主要分析了对钢中夹杂物的形核、聚集、去除、空间分布等影响.同时,本文总结得出了对于这些实际冶炼过程有利的界面润湿性.
高饱和磁化强度铁基非晶纳米晶软磁合金发展概况
惠希东, 吕旷, 斯佳佳, 杜晨曦, 王荣山
2018, 40(10): 1158-1167. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2018.10.002
摘要:
概括了铁基非晶软磁合金和纳米晶合金的发展历史和现状,分别详述了高饱和磁化强度(Bs)铁基块体和薄带非晶以及纳米晶合金近年来的研究成果.主要内容包括:高饱和磁化强度块体铁基非晶软磁合金成分和性能,高饱和磁化强度铁基非晶薄带软磁合金的成分和性能,高饱和磁化强度铁基纳米晶合金的组织、结构和性能,各类元素对合金磁性能的影响.为进一步研究高饱和磁化强度的铁基软磁材料提供了有价值的参考.
基于膏体稳定系数的级配表征及屈服应力预测
程海勇, 吴顺川, 吴爱祥, 程纬华
2018, 40(10): 1168-1176. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2018.10.003
摘要:
由于不同矿山充填材料性质千差万别,屈服应力影响因素很难统一分析.通过多个矿山尾砂试样,依次开展了级配表征及影响实验、相似密度流变实验以及基于体积分数和灰砂比的双因素流变实验,并结合细观图像分析技术,实现了屈服应力演化机理的研究.研究表明:膏体稳定系数是级配的有效表征方式,能够表现散体和流体综合特征;屈服应力随膏体稳定系数呈幂指数增长,随浓度呈指数型增长,随密度呈负指数增长,由此构建的全尾砂膏体屈服应力预测模型误差在10%以内;细观图像分析认为屈服应力主要受级配结构和絮网结构支配,级配结构构成了料浆可塑性和稳定性的基础,絮网结构将自由水转变为半稳定形态的吸附水,引起屈服应力宏观演化.
钢渣作为钾盐矿充填料胶结剂的固化机理
王雪, 王全, 张滨, 倪文, 金荣振, 赵柯
2018, 40(10): 1177-1186. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2018.10.004
摘要:
以有效解决钾盐矿尾盐和尾液导致的环境污染、资源浪费、安全隐患等问题为出发点,以改善钾盐矿充填料流动度和强度为目的,利用钢渣水化反应缓慢持久的特点,制备了以钢渣为胶结剂的钾盐矿充填料,初步证明钢渣细度和养护温度对充填料的性能有较大影响.所制备的充填料8 h内流动度保持在200 mm以上,28 d抗压强度可达2 MPa,满足充填料的性能要求.本文着重从微观角度分析了其固化机理,X射线衍射技术、扫描电子显微镜、热重分析、红外分析等分析结果表明:钢渣粉与钾盐矿尾液水化反应的产物主要为C-S-H凝胶、水铝钙石(或称费里德尔盐)、类水滑石等,在水化反应过程中水化产物之间相互穿插包裹使体系结构的致密度和强度不断增长.在微观结构呈层状的水铝钙石和类水滑石中出现类质同象代替现象,Ca2+、Mg2+、Fe2+,Fe3+、Al3+和Si4+都可相互取代而使得OH-和Cl-参与其中,这对体系中的杂质离子起到固定作用,对充填料的稳定性有利.该研究结果初步表明钢渣具有充当钾盐矿充填料胶结剂的潜力.
粉煤灰改性高水材料力学性能试验研究及机理分析
冯波, 刘长武, 谢辉, 孙位, 刁兆丰
2018, 40(10): 1187-1195. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2018.10.005
摘要:
为解决矿山高水充填材料成本较高、粉煤灰等工业废料大量剩余造成资源浪费、环境污染等问题,借助微机控制电子万能试验机(ETM)力学试验系统、扫描电镜扫描装置和X射线衍射分析仪,研究粉煤灰掺量对高水材料物理力学性能的影响规律,并通过物相和微观结构分析探讨其影响机理.结果表明:随着粉煤灰掺量的增加,高水材料的凝结时间逐渐延长,含水率逐渐降低,容重基本不变;掺杂粉煤灰前后高水材料均是一种弹塑性材料,其变形破坏过程可以分为孔隙压密阶段、弹性阶段、屈服阶段和破坏阶段;高水材料的峰值强度、弹性模量和变形模量均随粉煤灰掺量的增加略有降低,残余强度却有所提高;综合考虑高水材料的强度、模量和成本,粉煤灰掺量a为15%是最优掺量,此时峰值强度、弹性模量和变形模量仅分别降低了25%、8.6%和10%,残余强度却提高了50%.物相和微观形貌分析结果表明:粉煤灰的掺量影响了β-C2S的水化进程,导致钙矾石生成量减少,其他水化产物生成量增多,进而破坏了钙矾石结构的整体性和均匀性,最终降低了高水材料的抗压强度.
钼尾矿水泥免烧砖压制工艺及着色特性
代文彬, 郑永超, 陈旭峰, 苍大强
2018, 40(10): 1196-1207. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2018.10.006
摘要:
以承德钼尾矿和水泥构成的简单免烧砖体系,对其在成型工艺、微观结构和着色特性方面进行基础工艺研究.结果显示,水泥-钼尾矿免烧压砖适宜的水泥/钼尾矿质量比为0.18~0.25,成型水/固体原料质量比为0.1,成型压强25 MPa,保压时间30 s,在阶梯式成型施压方式下可改善砖块性能.经长期养护后,压砖中Ca (OH)2、钙矾石和CaCO3的相对含量会随水泥掺量增加而逐渐升高,而云母含量则逐渐降低.当水泥量质量分数达25%时,会有低硫型水化硫铝酸钙相(AFm)形成.此外,在试块中可见大量水化硅酸钙(C-S-H)凝胶、钙矾石和Ca (OH)2矿相形成.掺加9%以内氧化铁型红、黄、绿颜料,对试块强度无不利影响,而掺加蓝、黑颜料会使试块强度损失,在保证砖材强度前提下,添加量宜控制在6%~9%.
除尘灰水洗对烟气颗粒物组成和二噁英的影响
岳昌盛, 彭犇, 王晟, 刘诗诚, 张璞
2018, 40(10): 1208-1214. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2018.10.007
摘要:
为研究除尘灰配入烧结对烟气颗粒物组成和二噁英的影响,利用水洗方式对烧结除尘灰进行除杂改性,然后采用烧结杯测定改性前后配入对烧结矿性能的影响,并通过撞击式颗粒物采样器和二噁英采样器对烟气污染物进行采样分析,研究改性前后配入烧结对颗粒物组成碱金属和重金属含量以及烟气二噁英和前驱体物质排放量的影响.结果表明:烧结除尘灰中的K和Cl在水洗除杂改性过程中被有效去除,除杂后的除尘灰配加烧结有助于改善烧结矿粒度组成、减少烟气颗粒物和二噁英排放浓度;K组成在烧结颗粒物排放中占有较高比例,远高于金属Na、Pb和Zn的含量,且在粒度较细的细颗粒物中占比更高,水洗除杂后配入烧结可显著降低烧结配料中的K组成,使得烟气排放的K组成显著降低,进一步降低颗粒物的排放浓度,其中又以1.10~2.10 μm粒度范围的颗粒物和K组成的减排比例最高;烧结原料Cl组成和烧结过程中的有机前驱体氯苯、多氯联苯是烟气二噁英生成的重要诱因,除尘灰水洗在降低Cl组成的同时也显著降低烟气前驱体多氯联苯排放量达40%,有利于降低烟气中二噁英的排放浓度.
基于光电容积脉搏波的有限空间生理疲劳测量
于露, 金龙哲, 徐明伟, 谢晓雅, 田兴华
2018, 40(10): 1215-1222. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2018.10.008
摘要:
通过有限空间100 min极限载人实验,提出了基于光电容积脉搏波(PPG)的客观疲劳测量方法并开发了光电容积脉搏波信号特征参数提取算法用来掌握生理疲劳的血液动力学与循环系统变化特征.研究结果表明,人体出现生理疲劳时,光电容积脉搏波信号平均周期显著大于未疲劳状态(p<0.001),血管阻力增大,每搏射血量明显下降;计算了未疲劳与疲劳状态下光电容积脉搏波信号的两种复杂度(KC复杂度和高阶KC复杂度)发现,两种复杂度计算结果一致,均为未疲劳时波形比疲劳时波形更平稳.因此表明光电容积脉搏波信号能够捕捉到疲劳状态的生理变化,解决了生理疲劳的客观测量与快速判断问题.
浸矿微生物氟抑制机理及铁的竞争络合作用
李想, 温建康, 莫晓兰, 武彪, 尚鹤, 武名麟, 王淀佐, 杨洪英
2018, 40(10): 1223-1230. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2018.10.009
摘要:
含氟矿石中生物浸出技术推广应用存在瓶颈,究其原因在于伴随含氟脉石矿物溶解,氟对浸矿微生物有较强的抑制作用.本研究利用氟的水化学特性,通过添加可形成稳定络合物的物质来转换F离子存在形态,进而使浸矿微生物可以耐受高氟环境.本文系统研究了氟对细菌的抑制机理,明确了氟的真实毒性形态HF,发现了氟对细菌存在跨膜抑制作用,氟胁迫条件下,干细胞内氟离子质量分数明显高于无氟对照组达到18%以上.选择在生物冶金体系中常见Fe3+做为研究对象,研究了Fe3+对F-的络合解毒作用,热力学分析结果可知,Fe3+可以与HF发生一级竞争络合反应,破坏HF络合结构.在铁离子存在条件下,细菌最高可以耐受F-质量浓度1.0 g·L-1的环境下生长.铁氟络合形态分析可知,只有当培养基中Fe3+质量浓度5倍过量于F-质量浓度,细菌才能正常生长,对应的FeF2+在氟化物中质量分数达45%时,而游离氟离子浓度为2.87×10-5 mol·L-1.络合机理实验结果表明,根据配位化学原理,随着F-/Fe3+浓度比的减小,配体浓度相对较低,氟与铁的络合物向低配位方向移动,可以通过调整培养基中的氟铁浓度比来调整氟铁络合产物,使细菌在高氟环境中生长成为可能.
工艺参数对连续流化床内铁矿粉还原效果的影响
郭培民, 赵沛, 王磊, 孔令兵
2018, 40(10): 1231-1236. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2018.10.010
摘要:
为了研究工艺参数对连续流化床内铁矿粉还原效果的影响规律,建立了两级连续流化床内氧化铁还原及煤气氧化耦合动力学模型.R1级流化床主要为FeO的还原,采用优质煤气作为还原剂,FeO来自R2级反应器;R2级流化床主要将Fe2O3还原到FeO,Fe2O3来自预热的R3流化床反应器,还原气来自R1还原尾气.模型主要计算结果与文献吻合.并以此为模型研究了矿粉粒度、流化床内压力等参数对流化床还原效果的影响.为了取得矿粉平均金属化率不小于85%、煤气利用率不低于38%和气矿比950~1050 m3·t-1的还原效果,流化床应满足如下工艺条件:矿粉平均粒度1.5 mm以下,流化床温度780~800℃,煤气还原势不低于93%,惰性气体体积分数小于5%,R1流化床内煤气平均压力3.5×105~4.0×105 Pa,停留时间的倒数ug/H=1.0~1.1 s-1,R1流化床矿粉平均停留时间30 min,R2流化床矿粉平均停留时间20 min.
不同镁含量钢渣陶瓷的致密化机制
宗燕兵, 张学东, 马晴雨, 苍大强
2018, 40(10): 1237-1243. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2018.10.011
摘要:
为了获得钢渣制备陶瓷过程中,烧结温度和保温时间的影响规律及实现样品的致密化,在传统研究关于配方试制及性能检测的基础上,以钢渣、黏土等为主要原料制备出钢渣陶瓷,针对低镁样品和高镁样品,研究了烧结温度和保温时间对样品烧结性能的影响及致密化规律.基于烧结速率方程建立了烧结温度和保温时间对样品线性收缩率的函数关系.通过动力学分析,得出不同条件下的烧结激活能,分析认为不同Mg含量下陶瓷样品的致密化方式为扩散控制,低镁样品烧结温度为1000℃时,物质迁移由表面扩散控制,1100℃时,以体积扩散为主;高镁样品在1110℃以上烧结时,主要由液相烧结过程的扩散控制.
基于熔池混匀度的转炉烟气分析定碳模型
李南, 林文辉, 曹玲玲, 刘青, 孙乐飞, 廖桑桑
2018, 40(10): 1244-1250. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2018.10.012
摘要:
转炉冶炼终点碳曲线拟合模型避开了熔池初始碳含量难以精准确定的问题,假设吹炼后期脱碳速率与熔池碳含量具有一定的函数关系,通过这种函数关系预报钢水终点碳含量.终点碳的三次方模型和指数模型预报精度在±0.02%之间的命中率分别为85.9%和81.2%.运用熔渣分子理论,基于冶炼热轧板材(SPHC)的渣组元成分,计算得出渣中FeO的活度为0.241.出钢温度为1686℃时,C和Fe元素选择性氧化的临界碳质量分数为0.033%.本文在传统指数模型的基础上,充分考虑了枪位、顶吹流量、底吹流量等操作参数对熔池脱碳速率的影响,建立了基于熔池混匀度的指数模型.基于熔池混匀度的指数模型与其他烟气分析碳曲线拟合模型相比,命中率有所提高.以新钢生产热轧板材(目标碳质量分数为0.06%)时的烟气数据为研究对象建模,终点碳质量分数预报误差在±0.02%之间的有75炉次,占验证数据量的88.2%.
AlF3晶种系数和煅烧温度对制备六边形片状α-Al2O3的影响
王迎, 俞小花, 冯攀, 俞双林, 谢刚, 施辉献
2018, 40(10): 1251-1258. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2018.10.013
摘要:
以一水软铝石作为前驱体,AlF3晶种为添加剂,在较低煅烧温度下制备结晶度好和形貌规整的六边形片状α-Al2O3.在晶种系数为2%的条件下,对煅烧产物的差热-热重-质荷(DSC-TG-MS)分析验证了气固反应的成核机理,结果表明:Al-O-F气体通过气固反应促进α-Al2O3成核相变,同时释放出HF.实验同时研究了AlF3晶种和煅烧温度对煅烧产物物相、形貌、粒度和比表面的影响.结果表明:微量AlF3晶种(晶种系数为0.5%)即可促进α-Al2O3相变成核,随着晶种系数的增加,这种效果越明显,但同时也会增大其粒度,减少比表面积;煅烧最佳条件为:温度850℃,晶种系数2%,煅烧时间4 h,在此条件下,一水软铝石可以全部转化为结晶度良好的α-Al2O3,其形貌为规整的六边形片状结构.
AZO透明导电膜电磁散射光电参数影响试验
刘战合, 王晓璐, 姬金祖, 王菁, 黄沛霖, 周鹏
2018, 40(10): 1259-1266. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2018.10.014
摘要:
采用常温镀膜技术在浮法玻璃表面沉积了不同方块电阻的氧化锌铝(Al-doped zinc oxide,AZO)透明导电膜,建立了透明导电膜的雷达散射截面(radar cross section,RCS)测试和研究方法;提出了基于雷达散射截面均值的相对反射率概念,结合方块电阻和可见光透过率综合分析了氧化锌铝透明导电膜的电磁散射特性.在微波暗室对不同方块电阻的氧化锌铝透明导电膜进行了测试,得到了10 GHz和15 GHz入射频率,水平(horizontal horizontal,HH)、垂直(vertical vertical,VV)极化的雷达散射截面曲线;从飞行器座舱隐身角度出发,研究了前向20°和60°角域雷达散射截面曲线分布特点,并分析了雷达散射截面均值影响特性;基于氧化锌铝透明导电膜雷达散射截面测试结果,研究了方块电阻对雷达散射截面相对反射率和可见光透过率的影响规律.研究表明,方块电阻较低时雷达散射截面曲线分布特性与对应金属相似,方块电阻增大时,前向两个角域内的RCS均值减小,隐身性能减弱,雷达散射截面相对反射率降低而可见光透过率增加,相对反射率降低速率大小与方块电阻相关,合适的方块电阻可同时满足隐身及采光需求.暗室测试结果表明,在满足座舱可见光透过率前提下,氧化锌铝透明导电膜方块电阻为18~45 Ω时,具有外形隐身作用,方块电阻18 Ω为最优,对应RCS相对反射率Rem2和RedB分别为84%和0.73 dB.
基于拉力带的系列新型SST-LEJ设计与分析
邱丽芳, 吴友炜, 冷迎春, 王晶琳
2018, 40(10): 1267-1274. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2018.10.015
摘要:
设计了一种基于大柔度的柔性铰链,命名为SS-LEJ,利用等效法推导了其弯曲等效刚度的理论计算公式,通过设计实例的理论计算和ABAQUS仿真分析,验证理论计算公式的正确性.为了有效提升SS-LEJ的抗拉压性能,设计了4种不同位置和形状的拉力带的SST-LEJ,通过弯曲性能和抗拉压性能的有限元仿真分析,得出SST3-LEJ和SST4-LEJ为4种SST-LEJ当中整体性能较优的两种.将SST3-LEJ和SST4-LEJ与SS-LEJ、Inverted Bending-Orthogonal铰链进行了弯曲性能和抗拉压性能的比较,得出SST3-LEJ和SST4-LEJ的弯曲性能介于SS-LEJ和Inverted Bending-Orthogonal铰链之间,抗拉压性能优于SS-LEJ和Inverted Bending-Orthogonal铰链,说明SST3-LEJ和SST4-LEJ的整体性能较好,达到了预期的设计目的,为大柔度柔性铰链的设计提供了一种思路.