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工程科学学报
北京科技大学
工程科学学报

北京科技大学

徐金梧

月刊

2095-9389

xuebaozr@ustb.edu.cn

010-62332875

100083

北京海淀区学院路30号

工程科学学报/Journal Chinese Journal of EngineeringCSCD北大核心CSTPCDEI
查看更多>>本刊是由教育部主管、北京科技大学主办的学术类科技期刊。国内外公开发行，主要刊载矿业与环境工程、冶金工程、材料科学与工程、机械工程等与冶金工业相关的学科领域的最新研究成果，为中文核心期刊（冶金工业类）及中国科技论文统计源期刊。目前，已经被EI、CA、MA、《剑桥科学文摘社网站》、俄罗斯《文摘杂志》、德国《数学文摘》等国内外著名检索刊物或数据库列为收录源期刊，先后荣获首届国家期刊奖、中国期刊方阵“双高期刊”、第二、三届国家期刊奖百种重点期刊等多项大奖。
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    岩石爆破基础理论研究进展与展望Ⅰ—本构关系

    杨阳杨仁树陈骏方士正...
    1931-1947页
    查看更多>>摘要：岩石爆破技术在国民经济建设中发挥着重要作用,尤其在资源开采、基础设施建设等领域.本文对岩石爆破本构关系进行了深入研究和探讨,在传统本构关系研究的基础上,提出了本构关系1.0、2.0和3.0的演化阶段,分别探讨了矛盾关系、能量平衡以及最小作用量理论.本构关系1.0从岩石与爆炸、冲击荷载的相互作用出发,强调了矛与盾的关系,重点分析了岩石材料的动态力学响应;本构关系2.0以能量为切入点,将含有节理裂隙、层理和腔体等缺陷以及显著各向异性的岩石视为复杂结构材料,研究荷载输入能量与材料破坏所需能量之间的动态平衡关系,解析结构强度与输入能、耗散能及可释放应变能之间的关联;本构关系3.0关注爆炸荷载下应力波的传播规律及其与介质破坏效应的关系,特别是通过最小作用量理论来优化能量的传播路径,提高炸药能量的利用效率.这些理论不仅揭示了岩石在不同荷载条件下的力学行为,还为优化爆破设计和改善爆破效果提供了理论依据.同时,本文结合人工智能和大数据技术,提出了岩石材料工程基因的概念,通过建立岩石基因库,系统化管理岩石的物理力学参数,构建性能预测模型,提升了对岩石特性的理解和工程应用的精确度.未来,岩石材料基因库有望在矿产资源开发、地质灾害防治和基础设施建设等领域发挥更大的作用,推动工程技术的发展和应用.

    岩石爆破本构关系矛盾关系能量平衡最小作用量

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    湿法磷酸萃取技术发展现状与研究进展

    黄欣雨甘晨张名扬邱丽娜...
    1948-1959页
    查看更多>>摘要：磷酸作为一种重要的化工原料,在化工业中占有极其重要的地位.磷酸的应用主要由磷酸的纯度决定,低纯度磷酸可用于工业和农业领域,而高纯度磷酸则可用于医药、食品和电子等行业.我国磷矿以低品位磷矿为主,生产磷酸主要采用湿法工艺.相比热法生产,湿法工艺更加清洁环保,但产品杂质含量多、种类复杂,故发展磷酸净化技术尤为重要.本文从湿法磷酸纯化技术中的萃取法出发,综述了萃取法的主要研究进展.重点介绍了溶剂萃取法、双水相萃取法、反胶团萃取法、超声协助萃取法和超临界流体萃取法的基本原理和发展趋势.分析了不同萃取方法的优缺点、分离效果和适用条件.突出介绍了溶剂萃取法,梳理了磷酸除杂的主要萃取剂,特别强调了复合萃取剂和新型萃取剂在磷酸纯化方面的显著优势,最后,对磷酸的萃取技术做出了前景展望.

    磷酸湿法磷酸萃取萃取剂双水相萃取反胶团萃取超声协助萃取超临界流体萃取

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    炼钢过程反应热力学与动力学及其在数值模拟仿真的应用研究进展

    王举金张立峰任英
    1960-1977页
    查看更多>>摘要：炼钢过程需要完成钢液的脱碳、脱硫、脱磷、脱氧等一系列操作,是一个复杂的多因素控制过程,反应器内温度高且不均匀,多相化学反应同时发生,相际之间质量、动量和热量传输相互耦合,准确预报和控制炼钢过程一直是钢铁冶炼的难点和冶金工作者的研究热点.本论文总结了近年来炼钢过程反应热力学和动力学以及其在数值模拟仿真方面的研究进展.在反应热力学方面,钢液活度计算模型主要有Wagner相互作用系数模型、统一相互作用系数模型和缔合物模型,在现阶段,Wagner相互作用系数模型仍是应用最为广泛的钢液活度计算模型,但随着新钢种的开发,这一模型的普适性遇到了挑战,钢液活度的计算亟需开发新模型、补充新数据;熔渣活度计算模型主要有分子理论模型、离子理论模型、正规离子溶液模型、修正的准化学模型和共存理论模型.通过反应动力学模型,炼钢过程钢液、渣和非金属夹杂物随时间的变化能够被较为准确的预报出来,如多组分耦合反应模型、有效平衡反应区模型和未反应核模型等,但反应动力学模型中的传质系数多是通过经验公式确定,无法准确表征不同反应器内的动力学.通过将反应动力学与三维数值模拟仿真相耦合,揭示了 Kambarareactor铁水预处理脱硫过程和Ruhrstah-Hereaeus精炼钢液脱碳过程反应器内钢液成分的三维分布及其随时间演变,但综合考虑钢、渣、夹杂物、耐火材料、合金等多相多元反应的三维数值模拟仿真尚没有较为成熟的模型,仍需要进一步深入研究.

    炼钢热力学动力学模拟仿真过程预报多相反应

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    铁矿氧化球团低温还原粉化性能的影响因素评述

    杨聪聪夏光辉朱德庆潘建...
    1978-1988页
    查看更多>>摘要：在高炉和气基竖炉工艺中,为使炉况良好,应保证上升还原气能快速且均匀地穿过料柱,而含铁炉料的低温还原粉化和还原膨胀是恶化料柱透气性的两大主要原因.本文主要综述了影响铁矿氧化球团低温还原粉化性能的因素,并在此基础上讨论了改善球团矿低温还原粉化性能的主要措施.影响球团矿低温还原粉化性能的主要因素包括:球团矿的化学成分(碱度、SiO2、MgO、A12O3含量等)、物相组成、微观结构和碳沉积等.在实际生产中,可以通过优化球团矿成分(适当提高碱度或MgO含量等)和固结形式(发展部分液相固结)、调控球团矿孔隙结构(喷洒或涂层降低球团孔隙率)等来降低还原速率,减少还原过程产生的内应力,从而改善球团矿的低温还原粉化性能.

    铁矿球团焙烧行为高炉气基竖炉低温还原粉化冶金性能

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    Ce对于20MnTiB冷镦钢夹杂物和力学性能的影响

    樊轩宇于彦冲郑安民薛高红...
    1989-1999页
    查看更多>>摘要：工业化试验生产不同稀土(Ce)含量20MnTiB冷镦钢,采用维氏硬度计、拉伸试验机、冲击试验机、光学显微镜(OM)及扫描电镜(SEM)等手段,研究添加Ce后,钢中夹杂物变质情况以及热轧盘条显微组织和力学性能的变化,并分析Ce的作用机理.结果表明,添加0.0025％Ce后,钢液中S含量下降,洁净度显著提高;盘条中夹杂物由大尺寸、长条状的Al2O3·MgO·CaO·CaS复合夹杂物变质为小尺寸、类球状的CeAlO3·MgO·CaO·CaS复合夹杂物;同时长条状MnS夹杂物消失;热力学计算表明钢中最易生成的稀土夹杂物为CeAlO3.添加Ce后,盘条显微组织细化,铁素体比例有所提升,粒状贝氏体组织减轻,其尺寸也进一步减小.盘条的硬度、屈服强度和抗拉强度有所降低;室温冲击韧性显著增加,由31.7 J增加至52.3 J,提升65.0％.稀土微合金化盘条硬度、强度的降低以及冲击性能的显著增加有益于其冷镦性能提高.研究结果可为进一步开发新型稀土微合金化冷镦钢提供技术和理论支撑.

    稀土夹杂物20MnTiB冷镦钢粒状贝氏体冲击韧性

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    U76CrRE重轨钢的滚动接触疲劳/磨损复杂交互行为

    岑耀东郭曜珲徐传娟王海燕...
    2000-2009页
    查看更多>>摘要：为了明确珠光体钢轨在滚动接触疲劳/磨损交互载荷下的伤损及表层微观组织演变规律.本文以轧态、热处理态的珠光体重轨钢U76CrRE为研究对象,采用滚动摩擦磨损试验机、激光共聚焦显微镜(LSCM)、扫描电镜(SEM)、背散射衍射仪(EBSD)对无预制裂纹和有不同深度预制裂纹的钢轨磨损量、表面伤损、变形层、裂纹萌生及扩展进行测定和观察分析,结果表明,当无预制裂纹或预制裂纹深度小于磨损层时,轧态和热处理态钢轨均以磨损失效为主,但轧态钢轨的磨损量及变形层大于热处理态,其近变形层区域珠光体中的铁素体细化,与同样细化成小颗粒的渗碳体杂糅在一起,铁素体晶粒以小角度晶界为主,但随着距表层距离的增加,铁素体晶粒的大角度晶界比例逐渐增加,其裂纹呈现出角度大、深度深和长度小的特点,而热处理态钢轨的裂纹呈现出角度小、深度浅和长度大的特点,裂纹扩展趋势比轧态钢轨显著.当预制裂纹深度大于磨损变形层时,预制裂纹会使钢轨提前结束磨损机制,促进疲劳裂纹的产生并迅速扩展,导致疲劳失效加快,裂纹呈现出角度大、深度深和长度大的扩展趋势,使得轧态和热处理态钢轨均以疲劳失效为主,其中轧态钢轨的裂纹扩展趋势比热处理态显著.当轧态和热处理态钢轨在与硬度较高的车轮钢匹配时,裂纹角度、深度和长度都比与硬度较低的车轮钢匹配时显著.

    重轨钢疲劳磨损裂纹组织

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    低碳钢中高密度超细纳米第二相粒子的快速获取

    王肖肖黄青松
    2010-2016页
    查看更多>>摘要：一般熔炼过程中,非金属化合物以夹杂物的形式存在,对钢的力学性能和寿命都会有损害.当夹杂物尺寸小到纳米量级,从而在钢中形成高密度分布的纳米第二相颗粒却能够有效同时提升钢的强度和韧性.本文通过在熔炼过程中施加动态磁场,制备了 Fe-0.04C-1.5Mn-0.5Ti-0.5Al2O3(Fe-TAMO)钢,然后通过轧制和退火处理实现对Fe-TAMO钢的晶粒尺寸优化和等轴化.透射电镜观察发现铸态组织中弥散分布着纳米第二相粒子,密度为3.3×10 15 m-2,颗粒的平均直径为2.75±0.803 nm.通过EDS能谱分析,第二相颗粒为Ti-Al-Mn氧化物.利用万能试验机分别测试了铸态、轧制态以及退火态Fe-TAMO钢的压缩力学性能,铸态Fe-TAMO钢的晶粒尺寸为143 μm,抗压屈服强度为150 MPa,约为铸态纯铁素体钢的2倍.经过轧制和退火处理,Fe-TAMO钢的晶粒尺寸减小为64 μm,抗压屈服强度为334 MPa.该方法极大简化了工艺流程,实现了在短时间(约3 min)内将超细的纳米第二相粒子均匀分散在钢基体中,密集分布的第二相纳米颗粒有效提高了钢的强度,并且通过后续热处理能进一步提升钢的力学性能,为大批量生产高性能钢提供了一个新思路.

    感应熔炼动态磁场铁素体钢第二相纳米颗粒力学性能

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    EH500特厚海洋工程用钢多相组织调控及对性能的影响

    高擎李骞白丽琴肖大恒...
    2017-2025页
    查看更多>>摘要：特厚钢板心部轧制压缩比低和中心偏析的存在,导致其心部低温韧性差,这大大限制了高强度特厚钢板的应用.针对具有严重中心偏析的100 mm厚EH500海洋工程用钢,系统研究了两步临界热处理对多相组织调控及性能的影响.结果表明,实验钢经过740 ℃两相区临界退火,其屈服强度和抗拉强度分别为540 MPa和869 MPa,其延伸率和-40℃低温韧性很低,分别仅为5.1％和14 J.再经过600、660和680 ℃回火后,实验钢强度相差不大,屈服强度介于528～551 MPa,抗拉强度介于687 MPa～730 MPa.而实验钢的延伸率和低温韧性随着回火温度的升高先提高后下降,660℃回火时塑韧性最佳,延伸率达30.6％,-40℃夏比冲击功为163 J.显微组织表征结果表明,实验钢740℃两相区退火后显微组织为临界铁素体和马氏体组织,再经过600℃回火获得了临界铁素体、回火马氏体和细小碳化物的多相组织.回火温度为660 ℃时,实验钢为临界铁素体、回火马氏体以及细小残余奥氏体,且中心偏析区残余奥氏体含量明显高于非偏析区,进而显著改善了实验钢的塑韧性.而回火温度进一步升高到680℃时,实验钢在中心偏析区获得了临界铁素体、回火马氏体/贝氏体、少量残余奥氏体和大量马奥岛组织,马奥岛的存在使实验钢的塑韧性明显恶化.

    特厚钢板临界热处理残余奥氏体中心偏析低温韧性

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    Sb2Se3/TiO2/C纳米纤维负极的静电纺丝制备及其在锂离子电池中的应用

    刘春花
    2026-2035页
    查看更多>>摘要：以钛酸异丙酯(TTIP)为偶联剂,利用静电纺丝技术合成了一种具有优异机械柔性的Sb2Se3/TiO2/C纳米纤维膜.这种纳米纤维膜能够承受180°的弯曲或折叠,且没有任何破损的痕迹.将这种Sb2Se3/TiO2/C纳米纤维膜作为自支撑的柔性负极,在扣式半电池和全电池中研究了其电化学性能.半电池电化学性能测试结果显示,Sb2Se3/TiO2/C纳米纤维膜具有优异的倍率性能和循环性能,这种Sb2Se3/TiO2/C纳米纤维膜在50 mA·g-1的电流密度下获得了 470.1 mA·h·g-1的首次可逆容量,经过100次循环后其容保持率为86.1％,远高于商用Sb2Se3负极材料.另外,全电池电化学性能测试结果进一步证实了这种柔性Sb2Se3/TiO2/C纳米纤维膜拥有优异的电化学性能,具有实际应用潜力.结合各种实验表征,证实了柔性Sb2Se3/TiO2/C纳米纤维膜强大的机械柔韧性和独特的纳米纤维导电网络共同促成了其优异的电化学性能.

    锂离子电池柔性负极静电纺丝纳米纤维硒化锑

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    面向锌离子电池的二氧化锰柔性电极制备及电化学性能

    习爽程溪明高兴伟刘辉龙...
    2036-2045页
    查看更多>>摘要：二氧化锰(MnO2)作为锌离子电池常用的正极材料,在自然界中储量丰富、安全性好、理论容量高,受到研究学者的广泛关注.制备高性能锌离子电池的关键问题之一是构造具有稳定微观结构的阴极.本文选用具有优良导电性的柔性碳布(CC)作为基底,分别使用还原沉积法和电化学沉积法制备了碳布@二氧化锰(CC@MnO2)阴极,使用SEM、TEM、XRD、XPS等测试手段对两种工艺条件下得到的电极结构和形貌进行表征分析,探明了电极的微观结构组成.进一步将其组装成扣式锌离子电池,对比研究了不同工艺参数下电池的电化学性能.结果表明,还原沉积法中,使用0.40mol L-1KMnO4+0.50 mol·L-1 H2SO4的混合溶液制备的电极具备最优的储锌性能(电流密度在0.1 A·g-1时能提供最大为291 mA·h·g-1的放电比容量)、能量密度(293.3 W·h·kg-1)和循环稳定性(1 A·g-1电流密度下进行1000次循环后,容量保持率为90.48％,库伦效率为99.87％).此外,通过对电极进行不同充放电状态下的非原位XRD和SEM检测,进一步探索了充放电过程的储能机制.本文深入探讨了基于还原沉积法的CC@MnO2电极优化制备工艺,为高性能锌离子电池的开发提供了重要的参考依据.

    锌离子电池二氧化锰电化学沉积还原沉积储锌性能

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