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2019年  41卷  第6期

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钢包工作衬用耐火材料的研究现状及最新进展
王恩会, 陈俊红, 侯新梅
2019, 41(6): 695-708. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.06.001
摘要:
综述了近年来钢包工作衬用耐火材料的研究现状及最新进展,尤其对传统钢包工作衬用耐火材料的应用背景及存在问题进行了分析和汇总.在此基础上,进一步提出了适用于超低氧钢(或洁净钢)冶炼用耐火材料的研发方向,即通过耐火原料组分选择和结构匹配设计,实现对耐火材料性能的精确控制.新型钢包工作衬用耐火材料需兼顾优异热机械性能的同时,还应具备钢水净化的功能.
临床外科手术中骨切削技术的研究现状及进展
王震, 宋晓菲, 陈彤云
2019, 41(6): 709-718. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.06.002
摘要:
对骨切削研究中的骨切削数值仿真本构模型、骨切削手术工艺及机理等方面进行了综述,着重介绍了切削参数对骨切削的影响、骨切削刀具设计等,并对医学领域新兴的超声骨切削技术进行了介绍和分析.最后得出应从以下方面完善骨切削研究:(1)骨切削数值仿真的本构模型有待开发;(2)构建系统的骨材料切削理论以解释骨材料切屑形态的切削机理;(3)骨材料切削刀具的开发需要进一步深化;(4)超声骨切削由于安全性高、损伤小、愈合快的特点将成为未来临床骨切割操作的发展方向和趋势.
低矿化度水驱中的微粒运移机理及其开发效果
崔传智, 韦自健, 刘力军, 李晓军, 庞丽丽
2019, 41(6): 719-730. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.06.003
摘要:
低矿化度水驱作为一种经济可行的精细化注水技术,其产生的微粒运移机理能有效地改变储层物性与吸水剖面,进而达到均衡驱替和提高采收率的效果.本文基于胶体稳定性Derjaguin-Landau-Verwey-Overbeek (DLVO)理论与扩散双电层理论,从微观角度分析了注入水矿化度、离子价型等因素对黏土微粒受力与运移量的影响,通过最大滞留体积分数方程建立了微粒运移量与渗透率损伤程度间的关系.针对纵向非均质油藏特高含水期层间干扰严重的问题,开展了特高含水期转注低矿化度水驱的数值模拟研究.微粒受力分析与数值模拟结果表明,特高含水期转注低矿化度水后,分流量较多的高渗层会产生大量的黏土微粒水化膨胀、运移与堵塞作用,造成高渗层渗透率明显下降,注入水被更多地分流到水驱程度较小的中、低渗层,有效地调节了吸水剖面并缓解了层间干扰问题,相比常规海水驱可提高约3%的原油采收率,进而达到提高层间均衡动用程度与原油采收率的效果.
LiBr-[BMIM]Cl/H2O新型三元工质对的密度、黏度、比热容及比焓
罗春欢, 王亚楠, 韩旭, 李艺群, 苏庆泉
2019, 41(6): 731-740. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.06.004
摘要:
在前期研究的基础上,对LiBr-[BMIM]Cl/H2O三元工质对的其他重要热力学数据进行了系统地测定,包括密度、黏度、比热容和比焓.采用最小二乘法对测定的热力学数据进行回归,得到了物性方程;实验值与物性方程计算值的平均绝对相对偏差(average absolute relative deviation,AARD)分别为0.03%、1.10%、0.29%和0.01%.除了结晶温度和腐蚀性,黏度是影响工质对实际应用的另外一个重要因素,LiBr-[BMIM]Cl/H2O三元工质对的运动黏度小于25 mm2·s-1,满足实际应用要求,且很好地改善了离子液体的高黏度问题.
从选铜尾矿中选择性还原回收铁
邵爽, 邢鹏, 张文娟, 马保中, 王成彦, 陈永强, 王玲
2019, 41(6): 741-747. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.06.005
摘要:
提出采用煤较低温度下选择性还原选铜尾矿中的铁,还原球团磁选回收铁的技术,并考察了还原温度、还原剂用量、还原时间、活化剂用量对选铜尾矿选择性还原回收铁的影响,得出最佳工艺条件:还原温度为1200℃,还原剂用量为原料质量25%,还原时间为2 h,活化剂用量为原料质量5%;在最佳工艺条件下,磁选精矿中铁质量分数超过90%,铁回收率大于95%.借助X射线衍射仪、光学显微镜和扫描电子显微镜等检测手段对原料、还原球团、磁选矿的矿相组成和结构进行分析,揭示了铁矿相还原及金属相生成/融合演变规律:升高温度促进金属相的还原、融合兼并和生长;增加还原剂用量使金属颗粒的融合兼并变得更加普遍;延长还原时间促进金属粒子的融合和铁橄榄石相的还原;活化剂促进金属粒子的扩散和融合.金属颗粒的兼并生长促使其粒度增大,粗粒金属颗粒在磁选工序裹夹带入磁选精矿的渣相量相对较少,磁选精矿铁含量显著提高.
圆坯凝固末端电磁搅拌作用下的流动与传热行为
李少翔, 王璞, 兰鹏, 刘华松, 刘麒麟, 李树贵, 张家泉
2019, 41(6): 748-756. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.06.006
摘要:
以特殊钢圆坯连铸为研究对象,建立了研究凝固末端电磁搅拌作用效果的三维耦合数值模型.利用分段计算模型获得末端电磁搅拌区域钢液流动与凝固的实际状态,并采用达西源项法处理凝固末端钢液在糊状区的流动,研究了不同电磁搅拌工艺参数下的电磁场分布及钢液的流动与传热特征.通过测量搅拌器中心线磁感应强度和铸坯表面温度验证了模型的准确性.研究结果表明:电流强度每增加100 A,搅拌器中心磁感应强度增加19.05 mT,电磁力随着电流强度的增加显著增大.在20~40 Hz范围,随着电流频率的提高,中心磁感应强度略微下降,但电磁力仍有所增加.在搅拌器区域,液相穴内的钢液在切向电磁力的作用下旋转流动,其切向速度随着电流强度和频率的增加而变大.末端电磁搅拌可促进钢液在圆坯径向的换热,随着电流强度和频率的提高,铸坯中心轴线上的钢液温度降低,同时末端搅拌位置处的中心固相分率增加.
超低碳钢精炼过程中Fe-Al-Ti-O类复合氧化物夹杂的演变与控制
顾超, 赵立华, 甘鹏
2019, 41(6): 757-762. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.06.007
摘要:
超低碳钢是一种重要的汽车用钢材料,钢中通常添加钛元素,使其形成析出物,提高钢材的深冲性.然而钛元素作为一种脱氧能力较强的元素,进入钢液中通常首先形成氧化物.为了减少含钛氧化物夹杂的生成,基于"转炉-RH-连铸"的超低碳钢生产流程,对RH精炼过程进行系统取样,分析了铝脱氧剂加入后及合金化元素钛加入后的氧、氮气体含量变化及夹杂物特征变化,并使用FactSage热力学计算软件对Fe-Al-Ti-O夹杂物稳定相图进行计算.研究结果显示,含钛类氧化物夹杂通常以Al2O3类夹杂物作为形核质点,对其形成包裹状夹杂物.若避免含Ti夹杂物的生成,当钢中Ti质量分数为0.1%时,钢中溶解Al质量分数应在0.01%以上.对含钛氧化物的生成及长大流程进行研究,通过对Al2O3夹杂物及Ti2O3夹杂物粗化率的计算及附着功的比较可知,Ti2O3夹杂物在1600℃时的熟化生长速率较Al2O3较大且Ti2O3夹杂物与Al2O3夹杂物相比不容易相互碰撞融合并从钢液中去除.若提高精炼过程中的氧化物夹杂物去除率,应严格控制含钛氧化物类夹杂物的生成.
稀土-镁复合处理对GCr15轴承钢中夹杂物的影响
常立忠, 高岗, 郑福舟, 施晓芳
2019, 41(6): 763-771. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.06.008
摘要:
为了尽可能的去除钢中大颗粒的夹杂物,在实验条件下通过向GCr15轴承钢中添加适量镁、稀土对夹杂物进行改性,并利用Aspex夹杂物自动分析仪和扫描电镜对钢中改性后的夹杂物尺寸、类型、形貌等进行了观察、分析,研究了稀土-镁复合处理对夹杂物的影响规律.研究结果表明,对轴承钢中加入微量镁处理,可将未进行镁处理钢中的MnS-Al2O3、MnS、Al2O3夹杂改性为以含硫、镁复合夹杂物为主,同时包含少量Al2O3、镁铝尖晶石夹杂.进一步采用稀土-镁复合处理后,钢中的夹杂物转变为主要以含Re-S-O夹杂物为主,Al2O3、MnS、镁铝尖晶石夹杂逐步消失,且夹杂物成球状分布,绝大多数夹杂物在5 μm以下.稀土-镁复合处理轴承钢后,10 μm以上的大颗粒夹杂物大大降低,钢中的夹杂物明显得到细化.钢中镁含量不变时,随着稀土含量的增加,大颗粒夹杂物比例明显下降.而在稀土含量相近的情况下,增加钢中的镁含量也有利于大颗粒夹杂物的去除.稀土-镁的相互作用进一步促进了夹杂物的细化.
热变形及热处理过程中TC17钛合金组织与取向的关联性
原菁骏, 姬忠硕, 张麦仓
2019, 41(6): 772-780. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.06.009
摘要:
为了进一步研究热压缩及热处理过程对组织及取向变化的关联性,通过对TC17进行热压缩变形及后续热处理,利用光学显微镜和背散射电子衍射等分析方法,结合晶粒尺寸、织构分布图、极图以及反极图,研究变形后及热处理后的TC17的组织结构、晶粒尺寸的变化和取向的演变规律以及两者之间的关联性.结果表明:随着变形温度升高,初生α相含量大幅减小,尺寸减小,大部分α相晶粒分散分布,且位于高温β相晶粒的三叉晶界上;热处理后,α相和β相组织特征清晰,界限明显,初生α相依旧存在,且趋于等轴化,亚稳定β相发生转变,形成片层状β转变组织;热变形使α相织构极密度值减小,且随之温度增加,α相织构极密度值也变小;热变形后的α相已不存在明显的强织构,热变形对α相晶粒的取向影响较大,很明显的改善了其取向的均匀性;热变形同样使β相织构极密度值减小,但效果不明显.β相仍存在取向集中现象,取向均匀性相对较差.
不同弹性模量的基台-种植体组合对周围成骨性能的影响
林逸凌, 邢辉, 董安平, 佘欢, 杜大帆, 许浩, 汪东红, 黄海军, 疏达, 祝国梁, 孙宝德
2019, 41(6): 781-787. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.06.010
摘要:
利用有限元分析软件计算了不同静力作用下的多种基台-种植体周围骨组织的应力分布.模拟结果显示,基台-种植体组合中Ti6Al4V钛合金-聚醚醚酮(TC4-PEEK)相对于其他实验组其应力集中程度现象可以有效降低,周围骨组织的应力分布较为均匀,最大应力值为40~60 MPa.在轴向加载条件下,不同基台-种植体系统中PEEK种植体的应力水平较小,而周围骨组织应力水平较大;在斜向45°加载条件下,相对于其他两种基台-种植体系统,TC4-PEEK的应力水平更低,其周围骨组织中的皮质骨承受的最大应力值为55 MPa,松质骨承受的最大应力值为5 MPa,综合来看的应力水平最小,有助于骨沉积和成骨量增加,从而有效提高种植体的界面稳定性.
纳米隔热材料的孔隙结构特征与气体热传输特性
杨海龙, 胡子君, 孙陈诚, 胡胜泊, 杨景兴
2019, 41(6): 788-796. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.06.011
摘要:
为研究纳米隔热材料孔隙结构内部的气体热传输特性,采用溶胶-凝胶工艺结合超临界干燥技术,制备了一系列具有不同孔隙结构特征的样品,通过热导率、氮气吸-脱附和真密度测试,全面、准确获取了其孔隙结构信息,并专门、系统研究了孔隙结构特征与气体热传输特性之间的关系.研究结果表明:与气相贡献热导率相对应,材料具有双尺度孔隙结构特征,并且当大孔隙尺度不及小孔隙的10倍时,可进一步等效为单尺度孔隙.考虑气固耦合传热的本征气相贡献热导率随孔隙尺度的增大而升高,与气相热导率变化类似且成一定的比例关系,孔隙尺度小于200 nm和大于500 nm时的比例系数分别为2.0和1.5,200~500 nm时则为2.0~1.5.当大、小孔隙尺度的比值不超过10时,或者这一比值为100~1000且大孔隙含量低于10%时,气相贡献热导率随环境气压的降低依次呈现快速下降、缓慢下降和无变化三个阶段;当这一比值超过3000时,即使大孔隙含量很低(不超过10%),气相贡献热导率也会依次呈现快速下降、缓慢下降、快速下降和无变化四个阶段.
NM400/NM500级矿山机械用钢的高温磨损性能及机理
黄夏旭, 申炎华, 靳舜尧, 石博强
2019, 41(6): 797-808. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.06.012
摘要:
将直径为5 mm的混合烧结Al2O3陶瓷球安装在高温滑动摩擦试验机夹持工具上与耐磨钢组成摩擦副,研究了耐磨钢与氧化铝陶瓷球在200~300 N、100~400 r·min-1不同载荷下的滑动摩擦行为.结合X射线衍射分析技术和扫描电镜等分析手段研究了NM400和NM500两种耐磨钢在室温~300℃下摩擦界面处材料的氧化物形成、磨损表面形貌和显微组织等行为.随温度升高,NM400和NM500的摩擦系数仍然处于0.27~0.40的范围内,但两者的平均摩擦系数分别从0.337、0.323逐步降低至了0.296和0.288.在300℃时,氧化物的产生是摩擦系数略有下降的主要原因.随着温度的升高,摩擦行为首先以磨粒磨损为主,随后逐渐发生氧化物的压入-剥离-氧化现象,使磨损速率略有降低.通过高温摩擦磨损行为与微量氧化模型的分析发现,NM400和NM500钢在室温至300℃的磨损机制是磨粒磨损、挤压变形磨损以及微量氧化物磨损的共同作用.NM500钢表现出更加良好的耐磨性能主要原因是其硬度强度高于NM400钢.在高强微合金马氏体耐磨钢中添加少量合金元素,使其在高温摩擦过程中产生一定量稳定附着的氧化物,在一定程度上能够起到降低磨损率的作用.
烧伤创面多自由度精密激光切痂系统
王光建, 黄剑, 任品旭, 何亮亮, 唐瑞欢
2019, 41(6): 809-816. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.06.013
摘要:
针对复杂空间创面法向自动聚焦和切痂的关键技术问题,提出了一套由5自由度运动平台和2自由度激光光路控制机构组成的激光切痂控制系统.对激光切痂并联机构进行运动学逆解分析,推导了运动平台和激光光路控制机构的位置对应关系.结合所推导的位置对应关系和复杂创面轮廓三维扫描结果,该系统可实现激光轨迹的自动规划,从而完成激光自动切痂.基于所提出的激光切痂系统,进行了激光切痂实验研究,实验测试结果表明:该激光切痂系统能很好完成人体手部区域的三维轮廓扫描与重建,并自动规划激光焦点光斑运动轨迹并切痂.
基于深度学习的人体低氧状态识别
于露, 金龙哲, 王梦飞, 徐明伟
2019, 41(6): 817-823. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.06.014
摘要:
通过低氧实验提出一种快速识别人体低氧状态的方法.通过搭建深层神经网络训练实验数据识别氧气体积分数(16%~21%)与人体可耐受极端低氧气体积分数(15.5%~16%)条件下光电容积脉搏波(photoplethysmography,PPG)信号,获得人体生理状态的模式识别网络.经测试该网络的识别正确率可达92.8%.利用混淆矩阵及接受者操作性能(receiver operating characteristic,ROC)曲线分析,混淆矩阵的训练集、验证集、测试集、全集识别正确率分别达到97.9%、94.8%、92.8%和96.3%,AUC (area under curve)值接近1,认为该网络分类性能优良,并且可在4 s内完成整个识别过程.
考虑楼板效应的外环板式梁柱节点抗弯承载力
王玲玲, 牟犇, 林旭川, 河野昭彦
2019, 41(6): 824-833. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.06.015
摘要:
楼板的存在对梁柱节点的局部受力影响显著,在梁柱节点设计中,若仅仅把楼板与钢梁的组合效应作为安全储备,可能会产生结构由"强柱弱梁"转变成"强梁弱柱"的颠覆性结果,因此忽略混凝土楼板对节点承载力及刚度的影响是造成破坏的重要原因.基于已完成的带楼板的T型梁柱节点低周往复荷载试验,建立了非线性有限元分析模型.为了更加全面地了解钢梁-楼板组合节点的工作机制,进一步补充完善试验研究的不足,模型考虑了楼板与钢梁之间的栓钉连接以及材料非线性等因素,模型的计算结果与试验结果具有高吻合度.在此基础上,通过有限元参数分析,详细分析了构件尺寸效应、轴压比、楼板厚度、楼板强度和柱宽厚比共五个参数对考虑楼板影响的外环板式梁柱节点抗震性能的影响.结果表明尺寸效应、轴压比对梁端抗弯承载力及刚度的影响小到可以忽略,楼板厚度、楼板强度和柱宽厚比对梁端抗弯承载力有显著影响.结合理论分析进一步提出了考虑楼板影响的外环板式梁柱节点梁端抗弯承载力计算公式,通过对比公式计算结果与试验、有限元分析结果可得,该计算公式可较好的计算带楼板外环板式梁柱节点梁端抗弯承载力.