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2018年  40卷  第7期

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钢铁行业烧结烟气多污染物协同净化技术研究进展
闫伯骏, 邢奕, 路培, 苏伟, 姜博, 崔晓旭
2018, 40(7): 767-775. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2018.07.001
摘要:
基于我国钢铁行业烧结烟气排放标准、排放特征和现行污染物控制技术,分析了国内外先进的多污染物协同控制技术——活性炭(焦)吸附工艺、湿法脱硫除尘+选择性催化还原协同净化技术、循环流化床多组分污染物协同净化工艺、高性能烧结废气净化工艺、新型密相半干法烟气集成治理技术等工艺的技术思路、特点和存在问题等,并针对钢铁行业的实际需求对多污染物协同控制技术的发展提出了建议.
充填物对含孔洞大理岩力学特性影响规律试验研究
左江江, 李臣林, 腾俊洋, 张闯
2018, 40(7): 776-782. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2018.07.002
摘要:
为研究充填物对含孔洞岩石的力学特性及变形破坏特征的影响规律,室内预制加工了含孔洞及石膏充填物大理岩,分别对其进行单轴压缩和声发射试验,并对破坏前后试件进行CT扫描,分析其裂纹扩展规律.试验结果表明:(1)相比于含孔洞大理岩,石膏充填使试件的抗压强度提高了10.62%.二者峰前特征相似,均表现为孔周裂纹起裂引起第一次应力跌落现象,峰后特征则有所不同,石膏充填使大理岩变形的局部化特征更为明显.(2)峰后阶段,含孔洞试件声发射特征显著,裂纹扩展迅速,石膏充填试件稍慢,表明石膏充填遏制了试件的裂纹扩展.(3)含孔洞和石膏充填大理岩的破坏模型有所区别,含孔洞试件破坏裂纹较为单一,主裂纹以张拉破坏为主,翼裂纹在试件端部较多,部分从侧面贯通,形成块体掉落.充填条件下孔洞周边的裂纹更细更分散,小裂纹相互贯通,形成"X"状剪切破坏.
半透水边界砂井真空联合堆载预压Hansbo固结解
胡亚元
2018, 40(7): 783-792. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2018.07.003
摘要:
把砂井地基上下边界视为半透水边界,以研究顶部垫层和底部下卧层透水特性对砂井地基固结过程的影响.根据轴对称固结方程和等应变假定,利用Hansbo法获得了真空联合堆载预压下半透水边界砂井地基的固结解答,分析了上下边界透水系数对真空和堆载预压固结度和沉降的影响,比较了真空单独预压下本文解与Indraratna等解答和周琦等解答的联系和差别.研究表明,(1)不管真空预压还是堆载预压,固结时间因子相同时地基固结度随边界透水系数增大而增大.(2)对于真空预压,下边界透水系数越大,地基的最终沉降越小,固结期间时间因子相同时的沉降也越小;上边界透水系数越大,固结期间时间因子相同时的沉降越大.(3)对于堆载预压,不管上边界还是下边界,边界透水系数越大,最终沉降不变,而固结期间时间因子相同时的沉降越大.(4)当真空预压上边界透水时,周琦等解答的固结度大于本文解答的固结度大于Indraratna等解答的固结度.为了提高真空预压的最终沉降,需减少地基下边界的透水性.
表面活性剂吐温20对胶硫钼矿生物浸出的促进机理
张瑞洋, 卢涛, 孙春宝, 寇珏, 魏德洲
2018, 40(7): 793-799. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2018.07.004
摘要:
为提高胶硫钼矿中钼的生物浸出效率,研究了非离子表面活性剂吐温20对氧化亚铁硫杆菌(A.ferrooxidans)的代谢活性以及胶硫钼矿生物浸出的影响,并采用X射线衍射、扫描电镜对浸出产物进行表征.研究结果表明,吐温20对A.ferrooxidans氧化Fe2+有明显的抑制作用,但对S0的氧化则表现出一定的促进作用.吐温20对胶硫钼矿生物浸出的作用表现为:低质量浓度促进,高质量浓度抑制,当其质量浓度为30 mg·L-1时,浸出40 d,Mo的浸出率由未添加时的42.21%提高至54.10%.吐温20的加入强化了浸出过程中间产物S0的生物氧化作用,提高了体系中细菌浓度,同时削弱了矿物表面生成的黄钾铁矾和单质硫的钝化作用,从而促进了胶硫钼矿的氧化与溶解.
锌电积过程中锰元素对铝阴极的电化学行为影响
张小军, 黄惠, 董劲, 郭忠诚
2018, 40(7): 800-807. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2018.07.005
摘要:
传统湿法炼锌工艺采用纯铝板作为阴极,但随着锌精矿品位的降低,电解液中杂质离子含量增大,造成阴极腐蚀消耗增加.本文以铝锰合金为研究对象,研究锰作为添加元素,与铝形成良好铝锰合金阴极材料的电化学行为,进一步提高铝阴极的耐蚀性和电催化活性.采用交流阻抗、阴极极化曲线、恒电流极化曲线、塔菲尔曲线等分析方法,探讨不同Mn元素含量对铝锰合金在40℃恒温条件,Zn2+ 65 g·L-1和H2SO4 150 g·L-1溶液中电化学行为的影响.研究结果表明:相比纯铝电极,添加Mn元素的铝锰合金电极的耐蚀性普遍提高,腐蚀电流均减小;随着Mn含量的增加,腐蚀电流逐步降低,腐蚀电位与Mn含量增加无明显变化规律;当Mn质量分数为1.5%时腐蚀电流达最低(1.11 mA·cm-2),腐蚀电位最小(-1.0954 V);零电势下,表观电流密度i0受Mn元素的添加影响显著,i0随Mn含量增加呈现出先增大后减小的趋势,在Mn质量分数1.5%时达到最大值3.7462×10-16 mA·cm-2,远大于纯铝电极4.8027×10-33 mA·cm-2,整体变化幅度明显,电极的电催化活性得到提高;不同电流密度下的析氢过电位和纯铝电极的整体接近,电化学过程均为电化学传质步骤控制.综合考虑电极材料的耐蚀性和电催化活性,含Mn质量分数1.5%的铝锰合金可作为理想的电积锌阴极使用.
白云母伴生铷矿氯化焙烧-水浸法提铷的动力学研究
陈丽杰, 黄林青, 袁露成, 田磊
2018, 40(7): 808-814. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2018.07.006
摘要:
采用了氯化钙氯化焙烧-水浸法提取白云母中铷的方法.通过氯化焙烧热重-差热分析曲线可知,用氯化钙混合白云母进行氯化反应的温度要比用氯化钠低100℃左右,且用CaCl2氯化比NaCl更有效率.接着考察了氯化焙烧温度对铷提取率的影响,结果表明,只有当氯化焙烧温度提高至800℃后,才可能取得明显的铷的氯化效果,铷的提取率即达96.71%,随氯化焙烧温度升高,铷的氯化速率不断增大,特别是800℃后,铷的氯化速率明显增大,这说明高温有利于铷的氯化焙烧.最终对白云母与氯化钙氯化焙烧过程进行了动力学研究.结果表明,三维界面反应方程能较好地描述该氯化焙烧反应体系,根据阿仑尼乌斯公式计算出来的活化能为42.22 kJ·mol-1,说明白云母和CaCl2的氯化过程的确受界面化学反应控制.
基于极限学习机(ELM)的连铸坯质量预测
陈恒志, 杨建平, 卢新春, 余相灼, 刘青
2018, 40(7): 815-821. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2018.07.007
摘要:
针对传统基于BP神经网络建立的连铸坯质量预测模型训练速度慢、适应能力弱、预测精度低等问题,本文提出一种基于极限学习机的连铸坯质量预测方法,对方大特钢60Si2Mn连铸坯中心疏松和中心偏析缺陷进行预测,并与BP和遗传算法优化BP神经网络预测模型的预测结果进行分析对比.结果表明:BP及GA-BP神经网络预测模型对连铸坯中心疏松和中心偏析缺陷的预测准确率分别为50%、57.5%、70%和72.5%;而基于极限学习机的连铸坯预测模型预测准确率更高,对连铸坯中心疏松和中心偏析缺陷的预测准确率分别为85%和82.5%,且该模型具有极快的运算时间,仅需0.1 s.该模型可对连铸坯质量进行迅速准确地分析,为连铸坯质量预测的在线应用提供了一种新的方法.
GH4169合金高温疲劳裂纹扩展的微观损伤机制
侯杰, 董建新, 姚志浩
2018, 40(7): 822-832. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2018.07.008
摘要:
空气环境对高温合金在高温下的损伤行为有显著影响.为了研究标准热处理态GH4169合金在高温疲劳裂纹扩展过程中的微观损伤机制,在空气环境中进行650℃、初始应力强度因子幅ΔK=30 MPa·m1/2和应力比R=0.05的低周疲劳裂纹扩展试验.使用扫描电镜(SEM)及能谱(EDS)对试样的断口、外表面和剖面进行观察和分析.实验结果表明:疲劳主裂纹以沿晶方式萌生并扩展,随后沿晶二次裂纹出现,并且其数量和长度沿主裂纹方向逐渐增加,进入快速扩展阶段后,断口呈现韧窝组织形貌;在裂纹扩展过程中,δ相与基体的界面发生氧化,使得沿晶二次裂纹沿界面扩展并产生偏折,从而起到阻碍二次裂纹扩展的作用;试样外表面的主裂纹周围出现晶界氧化损伤区,其尺寸和晶界开裂程度沿主裂纹扩展方向逐渐增大.
工业海洋大气环境下阳极氧化6061铝合金的电偶腐蚀行为
王沙沙, 杨浪, 肖葵, 黄运华, 李晓刚
2018, 40(7): 833-841. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2018.07.009
摘要:
在青岛典型的工业海洋大气环境下,进行硼硫酸阳极氧化6061铝合金与不同表面状态的30CrMnSiNi2A结构钢偶接件的户外大气暴露试验,通过电化学测试、腐蚀产物分析、力学性能检测、断口分析等,研究了偶接件中阳极氧化6061铝合金的腐蚀规律与机理.结果表明:经1 a户外大气暴露试验后,与镀镉钛结构钢偶接的6061阳极氧化铝合金力学性能最优,其强度σb和延伸率δ分别比原始试样下降6.45%和4.39%,远优于与结构钢裸材偶接的阳极氧化6061铝合金试样(分别下降10%和62.28%),略优于未偶接试样(分别下降6.77%和10.74%).沿晶腐蚀和表面点蚀是导致阳极氧化6061铝合金力学性能下降的主要原因,最严重的沿晶腐蚀裂纹深度达150 μm.青岛大气中的硫化物不仅会侵蚀试样表面形成硫酸铝,还会浸入到晶界促进沿晶腐蚀.
A356熔炼过程中Ca和Sr质量分数的变化规律及预报模型
敖晓辉, 邢书明, 郭美肖, 韩青友, 王如芬
2018, 40(7): 842-848. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2018.07.010
摘要:
Ca和Sr是铸造铝硅合金中最有效的变质元素,一般在浇铸前以中间合金的形式加入.然而在废杂铝熔铸再生工业中,原料中常含有微量的Ca和Sr,预控它们在熔炼过程中的含量变化是它们再利用的前提.本文以工业A356铸锭为原料,实验研究了熔炼温度和保温时间对Ca和Sr质量分数变化规律的影响.结果表明:Ca和Sr质量分数随着保温时间延长均呈Exp3P2规律下降,且随熔炼温度升高质量分数下降速率均逐渐提高.根据热力学和动力学分析可知,在废杂铝熔炼再生过程前期主要发生[Ca]和[Sr]与熔体中的氧发生氧化反应生成CaO和SrO,这些氧化物又会与Al2O3反应生成Al2O3·6CaO和Al2O3·SrO,经扒渣操作后Ca和Sr质量分数下降.在熔炼中后期,[Ca]和[Sr]以扩散至熔体表层还原Al2O3的方式使它们的质量分数降低.计算得出在660~740℃熔炼A356合金时Ca和Sr氧化反应的表观活化能分别为182.6 kJ·mol-1和117.8 kJ·mol-1,两者均受化学反应过程控制.根据Ca和Sr质量分数的变化规律建立了它们的质量分数预报模型,经生产验证表明预报误差均小于10%,可用于预报废杂铝熔炼再生过程Ca和Sr的质量分数.
Co掺杂对RGO/Fe3O4复合材料组织结构和吸波性能的影响
黄玉炜, 王玉江, 魏世丞, 梁义, 王博, 黄威, 徐滨士
2018, 40(7): 849-856. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2018.07.011
摘要:
研究了Co掺杂对还原氧化石墨烯(RGO)/Fe3O4复合材料结构、形貌和吸波性能的影响规律.采用一步水热法分别制备RGO/Fe3O4和Co掺杂的RGO/Fe3O4复合材料,通过扫描电子显微镜、X射线衍射仪和X射线光电子能谱分析Co掺杂对复合材料的微观形貌、相组成及表面元素价态的影响;利用矢量网络分析仪测定两种复合材料在2~18 GHz频率范围内的相对复介电常数和复磁导率,模拟计算了Co掺杂对RGO/Fe3O4复合吸波性能的影响规律.结果表明:部分Co参与了水热反应生成了CoCO3、Co3O4和Co2O3,还有部分Co以单质形式存在,其通过正负电荷吸引机制,影响Fe3+在氧化石墨烯(GO)表面的配位,使得负载在还原氧化石墨烯(RGO)表面的Fe3O4纳米颗粒部分迁移至RGO片层间;Co掺杂改善了复合材料的导电能力和磁损耗能力,使复合材料的吸波能力显著增强.反射率模拟结果表明:掺杂后与掺杂前相比,当匹配厚度d=2.00 mm时,最大反射损耗提高3.44 dB,有效吸收频带拓宽2.88 GHz;当匹配厚度d=2.50 mm时,最大反射损耗提高8.45 dB,有效吸收频带拓宽2.73 GHz.Co掺杂对RGO/Fe3O4复合材料的结构和形貌有显著影响,并有效改善复合材料的吸波性能.
薄铺层复合材料薄壁管轴压屈曲行为研究
黄春芳, 肖加余, 黄展鸿, 张鉴炜, 鞠苏, 江大志
2018, 40(7): 857-863. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2018.07.012
摘要:
在薄壁结构的应用中,屈曲稳定性是影响其承载性能的关键因素,为研究减薄铺层厚度对复合材料薄壁结构局部屈曲行为的影响,本文采用不同厚度(0.125、0.055和0.020 mm)的预浸料制备复合材料薄壁管,实验测试了其在轴压下的局部屈曲行为.实验结果表明,随着铺层厚度减薄,实验采用的正交和均衡两种铺层方式的复合材料薄壁管局部屈曲载荷均随之提高,而屈曲失效模式没有发生改变.力学分析表明,铺层厚度减薄后,管壁弯曲刚度的改变和层间剪切应力分布对薄壁管局部屈曲载荷提高有重要影响.采用薄铺层制备复合材料薄壁结构件能够有效提高其局部屈曲能力.
氟化改性硅树脂制备的超疏水涂层防覆冰性能
翟广坤, 李曙林, 陈素素, 尚柏林
2018, 40(7): 864-870. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2018.07.013
摘要:
研究具有超疏水表面特性的疏水涂层实际防覆冰效果.首先理论分析了水滴在固体表面浸润性影响因素,利用不同硅烷水解缩合反应制备出低表面能的含氟硅树脂,之后引入分形理论在含氟硅树脂中添加二氧化硅微粒制备疏水涂层.观察掺杂微粒的涂层表面微观结构,并测试水滴在不同涂层表面的接触角;为直观分析涂层防覆冰效果,将不同涂层涂覆试验件后在结冰风洞中进行覆冰测试.结果显示掺混不同量级微粒的疏水涂层表面形成复合粗糙结构,有着更好的粗糙度;含氟硅树脂表面水滴接触角较普通硅树脂提升10°,含有不同量级粒径微粒的涂层表面水滴接触角较单一粒径微粒掺混的涂层提升近20°,达到超疏水表面效果;具有复合微观结构的疏水涂层涂覆的试验件在5 m·s-1和15 m·s-1的风速下较无涂层表面覆冰减少率分别达到35.6%和25.9%,较只有一级粗糙结构的表面有效防覆冰时间长,具有较好的防覆冰能力.结果表明本文设计的超疏水涂层达到超疏水表面效果,且具有较好的防覆冰性能.
一种改进的人工蜂群算法——粒子蜂群算法
王继超, 李擎, 崔家瑞, 左文香, 赵越飞
2018, 40(7): 871-881. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2018.07.014
摘要:
针对经典人工蜂群算法收敛速率较慢,后期易陷入局部最优解的不足,本文将粒子群算法中"全局最优"的思想引入到人工蜂群算法的改进过程,从而形成了一种新的人工蜂群改进算法——粒子蜂群算法.首先,提出了趋优度的概念,用来衡量引领蜂在有限次迭代过程中向全局最优解靠近或远离的程度,趋优度值可以评价个体的"发展潜力",趋优度值越低的个体,越需要增大变异的程度,以便找到质量更优的解.其次,专门设计了一种新的蜜蜂群体——粒子蜂,在引领蜂变异阶段根据趋优度的大小将引领蜂变异为侦查蜂和粒子蜂,粒子蜂的出现在很大程度上增加了种群的多样性,拓展了算法的搜索范围.然后,通过粒子蜂群算法种群序列是一个有限齐次马尔科夫链和种群进化单调性的分析,验证了本文所提算法的种群序列依概率1收敛于全局最优解集.最后,将本文所提算法应用于多个常见测试函数,并与经典蜂群算法、近年其他文献改进蜂群算法进行了仿真对比研究,仿真结果表明本文所提算法确实加大了种群的分散度、扩宽了搜索范围,从而具有更快的收敛速度和更高的寻优精度.
领域QoS与资源感知的物流服务动态优化组合方法
徐园园, 刘志中, 贾宗璞
2018, 40(7): 882-891. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2018.07.015
摘要:
为了提高物流服务优化组合的动态性、可靠性与用户满意度,本文提出了一种基于全局服务质量(quality of service,QoS)约束分解的能够感知领域质量与资源需求的物流服务优化组合方法.该研究工作首先把学习机制引入人工蜂群算法(artificial bee colony algorithm,ABC),形成了具有自主学习能力的改进型人工蜂群算法(LABC);之后,应用学习人工蜂群算法(LABC)将全局QoS约束分解成每个物流子任务需要满足的局部QoS约束,从而将QoS感知的物流服务优化组合这一全局优化问题转化成以领域质量为依据的局部最优服务选择问题;其次,在物流服务流程执行的过程中,在感知物流任务节点对资源需求的前提下,为每一个物流任务节点选择一个具有最优领域QoS的物流服务;与已有的研究工作相比,该方法能够实现物流服务动态可靠的优化组合.最后,通过模拟实验验证了本文所提出的方法是可行有效的.