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2018年  40卷  第6期

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微区电化学技术在薄液膜大气腐蚀中的应用
于阳, 卢琳, 李晓刚
2018, 40(6): 649-657. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2018.06.001
摘要:
薄液膜大气腐蚀的本质是吸附于金属基体表面的水汽形成薄电解质液膜引起的金属腐蚀现象.由于液膜很薄,无法满足常规的三电极溶液测试体系要求,使得微区电化学技术在该领域得到广泛的应用.本文对比分析了用于薄液膜大气腐蚀的电化学测试技术,着重介绍了扫描Kelvin探针、丝束电极、微液滴电极等测试方法在薄液膜大气腐蚀研究中的应用,并通过总结测试中涉及的关键参数揭示了薄液膜/液滴尺寸与腐蚀动力学过程的关系.最后提出了微区电化学方法在该领域应用目前存在的问题以及今后可进一步提升的可能.
透辉石粉的火山灰反应特性
崔孝炜, 倪文, 耿碧瑶, 王佳佳, 仇夏杰
2018, 40(6): 658-664. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2018.06.002
摘要:
透辉石作为矽卡岩型尾矿中的重要组成部分,研究其火山灰反应活性对于该类型尾矿的综合利用具有重要意义,但是目前还未见到相关报道.以透辉石、天然石膏和氢氧化钙为原料制备净浆试块,研究了磨细透辉石的火山灰反应活性,并利用X射线衍射、扫描电镜、傅里叶红外光谱、差示扫描量热法和核磁共振对净浆试块的水化产物进行分析,为初步判断矽卡岩型尾矿是否具有火山灰反应活性提供重要依据.结果表明,磨细的透辉石净浆试块抗压强度在3、7和28 d龄期时分别为9.83、12.79和18.87 MPa,显示出磨细的透辉石具有火山灰反应活性.磨细透辉石的水化产物以C-S-H凝胶为主.核磁共振结果显示,随着水化反应的不断加深,处于Q2结构状态的硅原子比例有所减少,生成的C-S-H凝胶的铝/硅比低于原始结构的透辉石.随着养护龄期的增加,仅有少量石膏参与反应,Ca(OH)2会被大量消耗,水化产物逐渐增多.未参与反应的石膏颗粒起到填充作用,也有助于促进体系强度的持续增长.
含水率对放矿松动体形态的细观影响
李涛, 吴爱祥, 王洪江, 尹升华, 冯云田
2018, 40(6): 665-672. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2018.06.003
摘要:
为从细观尺度研究矿岩含水率对自然崩落法放矿松动体形态的影响,对非饱和矿岩颗粒间的受力进行了分析,并分别将放矿场内细颗粒流与大块离散矿岩利用格子波尔兹曼法与离散元法处理,基于格子波尔兹曼法-离散元法耦合算法建立自然崩落法放矿模型,得出含水率与放矿松动体形态间的关系,并通过将模拟结果与已有研究结论进行对比分析,验证了基于格子波尔兹曼法-离散元法耦合算法的放矿模型准确性及可靠性.研究表明:矿岩含水率对放矿松动体形态影响显著,在同等矿岩放出质量分数情况下,随着含水率的增大,放矿松动体高度呈先增大后减小的趋势,放矿松动体形态先逐渐变为细长型再逐渐恢复,放矿松动体形态变化的含水率临界值在10%左右.
膏体浓密机扭矩计算模型及其影响因素
王洪江, 周旭, 吴爱祥, 王贻明, 杨柳华
2018, 40(6): 673-678. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2018.06.004
摘要:
基于泥床料浆的非牛顿体特征,以及料浆初始剪切应力与浓度的变化规律,本文提出了耙架扭矩计算模型.模型预测结果显示,耙架扭矩随底流浓度升高而增大,底流浓度对浓密机运行时的扭矩百分比的影响幅度可达4.67%,两者呈现为多项式函数关系.与此同时,泥床高度对耙架扭矩影响较小,影响幅度仅为0.27%.通过某铅锌矿膏体浓密机64 h运行过程实时监测数据对比,验证了模型关于底流浓度和泥床高度对扭矩的影响规律.
某低品位铁矿回转窑还原结圈物特性及其形成机制
黄柱成, 沈雪华, 易凌云, 朱顺伟, 钟荣海
2018, 40(6): 679-689. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2018.06.005
摘要:
回转窑结圈一直以来是制约煤基回转窑直接还原工艺发展的重要因素,以某低品位铁矿回转窑还原结圈物为研究对象,深入研究回转窑结圈物的特性及其形成机制.从结圈物的宏观形貌、物化性能、软熔特性和微观结构入手对某低品位铁矿球团回转窑结圈物的特性进行分析,并结合热力学相图、化学物相及能谱分析研究了结圈物的形成机制.结果表明:结圈物由熔融物包裹球团形成,接近窑壁,其熔融包裹物增多,结圈物中MFe、CaO含量明显增大,软熔温度越低;由球团粉末中FeO与SiO2形成的铁橄榄石及煤灰带入的CaO而形成的钙铁辉石低熔点相是造成结圈的主要原因;低熔点相的存在同时也促进了金属化球团间铁晶粒的相互扩散与迁移,从而加剧了结圈现象.
高炉焦炭石墨化过程中的微观组织和冶金性能演变
湛文龙, 孙崇, 余盈昌, 庞清海, 张军红, 何志军
2018, 40(6): 690-696. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2018.06.006
摘要:
当前低碳高炉冶炼条件下使得炉内焦炭层变薄,恶化了料柱的透气透液性,焦炭在炉缸高温区石墨化过程中产生的焦粉是导致该现象出现的主要原因之一.为了研究焦炭在高炉下部的石墨化过程对其在炉缸内的冶金性能影响,研究了1100~1500℃不同温度下焦炭的石墨化度改变;同种焦炭石墨化程度与焦炭反应性及反应后强度之间的关系;不同石墨化度焦炭与碱金属侵蚀之间的关系;观察并分析了试验后不同焦炭试样的微观形貌.结果表明,随着温度的升高,焦炭石墨化程度加深,且温度每升高100℃,焦炭石墨化度约提高1.8倍,层间距d002值约降低2%,微晶结构层片直径La值约提高3%,层片堆积高度Lc值约提高15%;焦炭的表面气孔减少,特别是大气孔减少,焦炭表面镶嵌组织减少,各向同性组织增多,焦炭的结构有序化程度增强.随着焦炭石墨化程度的加深,焦炭的反应性逐渐减小、反应后强度逐渐提高,焦炭表面的劣化情况减弱,生成的大气孔减少,气孔壁破坏趋势减弱.碱金属对焦炭的反应性有促进作用,使焦炭的反应性提高,反应后强度降低.而焦炭的石墨化对焦炭的碱侵害具有一定的抵抗作用,降低了焦炭表面的劣化程度.
浸入式水口对结晶器钢水流动与液面波动的影响
张开天, 刘建华, 崔衡, 钱学海, 邓深
2018, 40(6): 697-702. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2018.06.007
摘要:
以国内某钢厂220 mm×1800 mm板坯连铸结晶器为原型,根据相似性原理建立相似比为0.6的水模型,利用粒子图像测速技术(PIV)对比不同浸入式水口(SEN)的出口角度、浸入深度及水口底部结构条件下的结晶器内流场流速特征,同时使用波高仪对液面波动振幅进行实时监测,并结合F数分析各SEN条件对结晶器内钢液流动特征.研究发现,在各浸入式水口条件下,位于结晶器液面1/4宽面处附近出现矢量流速向下的剪切流,同时在水口附近发现不规则漩涡.试验结果表明:浸入式水口的出口角度、浸入深度的增加能够强化上回旋区缓冲作用,降低结晶器液面表面流速;尽管凹底结构SEN能减弱钢液湍动能,但其对1/4宽面处剪切流速度的影响不大.另外,液面波动幅度和F数变化规律一致,且当浸入式水口出口角度15°、20°,浸入深度135 mm、145 mm条件下波幅与F数最为合理,从而减小或避免液面卷渣,提高连铸坯质量.
高锰钢高速冲击时剪切区TRIP行为的准原位分析
林颖, 王强, 杨平
2018, 40(6): 703-713. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2018.06.008
摘要:
利用背散射电子衍射技术对高速冲击前后高锰钢样品强制剪切区域的晶粒进行准原位观察,分析了剪切区域不同位置晶粒的相变情况,并借助有限元模拟及受力计算对不同晶粒相变程度差异的原因做了进一步分析.结果表明,在高速变形下,应力应变水平、奥氏体取向及晶粒间的相互作用共同影响TRIP行为:应力应变水平越高,相变程度越大;由于帽型样中剪切应力的存在,相比于近〈111〉取向奥氏体,近〈100〉和近〈110〉取向奥氏体相变程度更大,近〈110〉取向相变程度最大.具有有利取向的奥氏体,晶粒尺寸越大,其相变行为受周围晶粒影响越小,越容易充分相变;具有有利取向的长条状奥氏体晶粒,若其两侧晶粒难相变,则该晶粒相变将受到束缚;带有尖角的晶粒,变形时应力集中难以释放,易发生相变;当晶粒的孪生分力大于滑移,但其最大和次大的孪生分力相差不大,可能导致在这两个方向孪生互相竞争,反而不易相变.高速变形时体心马氏体多在晶界应力集中处产生,很少在晶粒内部大量产生,形态多为细片状,变体选择强.
碳纳米纸复合材料的拉伸应变协同性
霍庆生, 金嘉琦, 王晓强, 卢少微, 马克明, 张璐, 徐涛
2018, 40(6): 714-720. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2018.06.009
摘要:
由于碳纳米纸与复合材料具有良好的界面结合性能,以及良好的导电导热性能,因此可以被用于复合材料的全寿命健康监测.本文制备了碳纳米纸及其传感器,以及在不同位置嵌入碳纳米纸传感器的复合材料,并进行拉伸加载卸载测试.获得了碳纳米纸传感器电阻变化率随传统应变片测得的复合材料层合板应变的变化趋势,拟合得到了碳纳米纸传感器的应变传感系数,阐明了复合材料在变形时的协同性,证明了碳纳米纸传感器可以用于复合材料的拉伸疲劳损伤监测.
钛合金挤压用含NaCl新型玻璃润滑剂的黏-温特性、热腐蚀及热障性能
金峰, 倪嘉, 张志豪, 谢建新
2018, 40(6): 721-728. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2018.06.010
摘要:
以提高钛合金热挤压润滑效果为目的,研究了一种以磷酸盐玻璃、SiO2和NaCl为主要组成的新型玻璃润滑剂,通过模拟挤压实验、扫描电子显微镜以及换热系数测量装置,重点分析了不同组成比润滑剂的黏度-温度曲线、高温下润滑剂对钛合金的腐蚀作用、润滑条件下钛合金与模具钢之间的换热特征.结果表明,磷酸盐玻璃、SiO2和NaCl的质量比为70:20:10的润滑剂,在600~900℃之间的黏度变化幅度较小,为1.3×105~9.4×105 Pa·s,有利于提高钛合金挤压润滑效果.950℃下润滑剂与钛合金的接触时间不超过3 min时,润滑剂对钛合金坯料表面的高温腐蚀作用很小,且具有消除坯料表面原有氧化层的作用;但随高温接触时间的延长,钛合金表面的高温腐蚀程度逐渐增大.当TA15钛合金和H13模具钢的初始温度分别为900和400℃、新型润滑剂最终厚度约0.1 mm时,钛合金和模具钢之间的界面换热系数随实验时间的延长由185增加到1714W·m-2·s-1,而传统钛合金热挤压用硅酸盐玻璃润滑剂为286~2025 W·m-2·s-1,表明新型玻璃润滑剂具有较好的高温热障性能.
锂离子电芯用电极对温度与SOC的敏感性
安富强, 周伟男, 李平
2018, 40(6): 729-734. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2018.06.011
摘要:
采用阻抗谱技术,对2.8 A·h 18650电芯进行拆解解析,单独分析正负极电极在不同温度下(25、10和-5℃),不同荷电状态下的阻抗变化.结果表明:在不同温度下,在20%~100%荷电状态下,负极作为控制电极,其反应电化学阻抗是正极的数倍,尤其是在-5℃,达到了4倍,负极是电芯一致性问题中动力学因素的控制主因;在0~20%荷电状态下,在10和25℃下,正极的反应电化学阻抗要远远大于负极,正极成为控制端.结合目前电动车上动力电池的实用荷电状态一般在20%~95%,针对该2.8 A·h 18650电芯,提高负极电极的一致性是核心所在.同理,对其他类型电芯而言,在电芯设计过程中,在综合考虑成本的前提下,需要更有针对性地提高正负极的一致性标准,从而更为有效地改善整个电芯产品的一致性.
移动床固体颗粒绕流顺排圆管的过程
邓升安, 楼国锋, 徐科珺, 温治, 刘训良, 豆瑞锋, 苏福永
2018, 40(6): 735-742. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2018.06.012
摘要:
工业中常用带埋管的移动床来加热或冷却固体颗粒物料,其过程涉及颗粒流与管壁间的复杂传热,而颗粒绕流圆管的流动过程对其传热效果起着决定性作用.为简化描述颗粒的流动过程,通过分析颗粒绕流圆管的特性,建立了拟漏斗流模型,并给出了模型所需颗粒绕流圆管描述参数的取值范围,模型可用以求取颗粒绕流圆管的速度场和时长等参数.建立了埋管移动床实验系统,考察了颗粒绕流顺排管束的过程;同时利用离散单元法(DEM)对该过程进行数值模拟,获得了颗粒绕流圆管的流动过程,并利用移动床实验结果对比验证了离散单元法数值模拟结果;最后,对比了基于拟漏斗流模型的计算结果和离散单元法数值模拟结果,并根据此结果对拟漏斗流模型的描述参数进行了确定.
基于UWB的地下定位算法和拓扑优化
孟宇, 肖小凤, 赵坤
2018, 40(6): 743-753. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2018.06.013
摘要:
地下定位面对环境恶劣、干扰、多径等影响,常规算法难以获得高精度的定位结果,同时井下环境多为狭长的巷道,不利于布置定位所需的锚节点,而井下锚节点的布置通常对定位结果有较大影响,因而使用普通的定位方法不足以满足智能采矿所需的高精度定位需求.本文对传统的三边定位算法进行分析,总结了传统三边定位结果产生误差的原因,并提出了改进的算法,通过仿真实验验证了改进算法的有效性.同时通过理论分析误差带,使用最大绝对定位误差用于仿真分析拓扑结构对定位结果精度的影响,提出了对拓扑结构的优化原则,能够根据环境特点以实现定位区域内平均最大绝对定位误差最小为原则得出最优拓扑结构.文中设置了仿真实验和实地实验对改进的算法和拓扑结构优化方法进行了验证,实验结果中,改进的算法能够在相同拓扑结构下减小15%~43%的误差,而在相同算法下优化的拓扑结构能够减小17%~65%,二者结合能够减小误差达74%.结果表明,在相同的定位条件下,改进的定位算法能够明显提高定位结果的精度,同时定位结果与拓扑结构之间也有着密切的联系,根据实际环境灵活布置拓扑结构能够使定位结果的精度进一步提高,将改进的算法与拓扑结构优化方法结合可以实现更高的定位精度.
热冷循环下外墙外保温系统耐候性能数值模拟
程杰, 许鑫华, 张晓颖, 窦鹏, 石芸慧, 张茜, 黄振利
2018, 40(6): 754-759. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2018.06.014
摘要:
为了从墙体温度稳定性角度探讨外墙外保温系统的耐候性能,利用ABAQUS有限元软件,对采用胶粉聚苯颗粒保温浆料涂料饰面的外墙外保温墙体,建立三维瞬态热结构耦合模型并进行数值模拟分析,计算其在热冷循环下不同功能层的实时温度场、热应力及位移分布.计算结果表明:在热冷循环过程中,涂料饰面层温差最大,墙体内饰面层温差最小,日变化量在2℃以内;沿墙厚方向保温浆料层温度变化率均大于其他材料.涂料饰面层经历拉压循环,低温时受拉,高温时受压;在整个循环过程中基层墙体内表面始终受压,基层墙体内应力变化幅度较小.与保温浆料层相比,界面砂浆层所受应力较大,保温浆料层应力几乎为零.沿墙厚方向最大位移出现在保温浆料层.
基于心率监测的建筑工人生理疲劳分析
徐明伟, 金龙哲, 张驎, 于露, 刘建国, 田兴华
2018, 40(6): 760-765. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2018.06.015
摘要:
人体在进入疲劳状态时生理参数会发生相应的变化.为了探讨砌砖工人在持续体力劳动作业时心率和心率变异(HRV)对人体生理疲劳的影响,针对疲劳与心率的关系提出评价生理疲劳的数学模型.选取15名健康受试者(男性)在搭建的86 cm平台模拟砌砖工人作业.持续作业30 min进行一次心率变异数据的收集.同时,使用心率传感器对心率进行实时监测.本文采用方差分析、t检验和非线性拟合的方法对疲劳对心率和心率变异的影响进行分析.结果表明,生理疲劳使心率波动程度有显著变化(检验水准α=0.05水平,概率P<0.05),随着生理疲劳程度的加重,人体心率需要更长的时间才能恢复至正常值.受试者HRV并无显著性差异(α=0.05,P>0.05).非线性拟合结果(R2=0.8892)显示,生理疲劳的发展趋势呈现出"S型"的趋势.据此提出,生理疲劳分为3个阶段:疲劳调整期、疲劳稳定期和疲劳失稳期.在疲劳失稳期前(试验中约为90min)受试者休息,可以减缓或延迟生理疲劳的发生.