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期刊信息/Journal information
中南大学学报（自然科学版）
中南大学
中南大学学报（自然科学版）

中南大学

黄伯云

月刊

1672-7207

zngdxb@csu.edu.cn

0731-88879765

410083

湖南省长沙市中南大学校内

中南大学学报（自然科学版）/Journal Journal of Central South University（Science and Technology)CSCD北大核心CSTPCDEI
查看更多>>本刊是中南大学主办的一本以有色金属和稀有金属为主的综合性学术刊物，主要刊登地质采矿、矿物工程、有色冶金、材料科学与工程、机械工程、自动控制工程、计算机科学、应用数理化等方面的学术论文和科研成果，可供有关高等院校师生，研究院研究人员、厂矿企业及地质队工程技术人员在教学、科研和生产工作中参考。
正式出版
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    基于卷积神经网络的烧结成品率预测

    彭梓塘黄晓贤范晓慧赵利明...
    1263-1271页
    查看更多>>摘要：成品率是综合反映烧结矿产量、质量和能耗的关键性指标。针对成品率检测存在滞后性问题，以烧结机尾断面图像作为输入，通过卷积神经网络拟合断面图像与成品率的关系，实现烧结成品率的在线预测。根据烧结机尾断面红外图像的特点，采用DenseNet网络结构的卷积神经网络作为建模方法，并以多尺度稠密连接块对网络结构进行改进，在同一层网络中提取多尺度、图像信息，通过拟合高维图像特征与烧结成品率之间的关系，实现成品率的准确预测。采用国内某大型钢铁生产企业的机尾断面图像和成品率数据对模型进行验证。研究结果表明:所提出的改进DenseNet网络在烧结成品率预测问题上具有较强的拟合和泛化能力，定义成品率预测值与实际值绝对误差在±2。8%的区间范围内为命中目标，模型命中率达92。66%，且均方根误差仅为1。76%，可为生产工艺参数的优化调控提供依据。

    烧结过程成品率预测断面图像卷积神经网络

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    基于活塞压载试验预测高压辊磨机静压功指数的方法

    吴俊杰马阳崔少文刘恩建...
    1272-1280页
    查看更多>>摘要：以Bond第三粉碎理论为基础，提出将静压功指数作为评价矿石高压辊磨机料层粉碎比能耗的指标。研究活塞压载试验中不同施载压力对矿石粒度、比能耗和破碎比的影响，确定不同矿石活塞压载试验的适宜条件。通过试验测定3种矿石的高压辊磨机静压功指数，并将其与高压辊磨机生产实践中粉碎同种矿石的净输入功率进行对比。研究结果表明:在活塞压载条件试验中，随着压力的增加，金矿、磁铁矿和钒钛磁铁矿这3种矿石粉碎产品细粒级质量分数增高、粒度分布更加均匀，三者粉碎效果的差异逐渐减小;在加载压力为80 MPa、加载速度为0。2 mm/s的情况下，金矿、磁铁矿和钒钛磁铁矿这3种矿石的高压辊磨机静压功指数分别为1。36、1。44和1。42 kW·h/t，试验所得高压辊磨机静压功指数与工业生产实际中净比能耗的相对误差绝对值在5。26%以内。试验结果可为高压辊磨机静压功指数的预测及设备选型提供理论基础。

    高压辊磨机Bond粉碎理论活塞压载试验静压功指数预测模型

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    苛碱体系低模数硅酸钠溶液的结构

    连选彭志宏申雷霆齐天贵...
    1281-1290页
    查看更多>>摘要：通过红外光谱测试技术，研究二氧化硅质量浓度、模数以及放置时间对苛碱体系低模数m(m≤1)硅酸钠溶液结构的影响，比较纯硅酸钠溶液和预脱硅溶液在结构上的差异。研究结果表明:苛碱体系预脱硅溶液结构与纯硅酸钠溶液结构相似，模数0。75≤m≤1。00，ρ(SiO2)≤20 g/L的硅酸钠溶液主要含有硅氧环状和三元环状这2种复杂阴离子;模数m≤0。50、30≤ρ(SiO2)≤50 g/L的硅酸钠溶液以单体和线型这2种简单形态出现;钠硅渣形成过程主要消耗单体硅酸根离子，ρ(SiO2)=50 g/L左右的预脱硅溶液结构稳定，溶液中的铝酸根离子不会影响硅酸根离子结构。

    苛碱体系纯硅酸钠溶液预脱硅溶液结构红外光谱

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    湿法炼锌含铁溶液水热矿化沉铁行为研究

    李倡纹李存兄刘强顾智辉...
    1291-1301页
    查看更多>>摘要：在常规湿法炼锌过程中，采用黄钾铁矾法、针铁矿法除铁工艺时存在铁渣中铁质量分数低而锌质量分数高、渣量大、无害化处理成本高等难题，为此，本文开展湿法炼锌含铁溶液水热矿化沉铁行为研究。研究结果表明:升高反应温度有利于Fe3+水解生成赤铁矿(Fe2O3)，同时促进铁矾物相(MFe3(SO4)2(OH)6)向赤铁矿的转化，铁渣中铁质量分数显著升高;延长反应时间可提高Fe3+沉淀率，并使更多的黄钾铁矾(KFe3(SO4)2(OH)6)转化为赤铁矿;提高氧分压将加快Fe2+氧化成Fe3+的速率，促进赤铁矿物相的形成。在反应温度为180℃，氧分压为0。8 MPa、反应时间为3 h且控制碱金属离子浓度的优化条件下，溶液中94。29%的铁以赤铁矿(Fe2O3)形式沉淀入渣，沉铁渣中铁质量分数为57。75%、锌质量分数为0。82%。对比黄钾铁矾工艺，铁渣量减少约60%，铁渣中锌质量分数降低6。5%。采用水热矿化沉铁工艺，可在低酸条件下实现溶液中铁的矿化沉淀，得到铁质量分数满足氧化铁行业标准且可实现资源化利用的赤铁矿沉铁渣，可助力湿法炼锌行业向绿色低碳方向发展。

    湿法炼锌含铁溶液水热矿化沉铁铁物相调控

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    空心管型泡沫铝吸声性能的数值模拟分析

    乔江鱼梁李斯弥晗崔忠宜...
    1302-1311页
    查看更多>>摘要：为了提高多孔泡沫铝材料的吸声性能，将泡沫铝加工成空心管型结构。首先，利用声学阻抗管测试系统获取吸声系数;其次，基于JCA声学模型，采用COMSOL软件对空心管型泡沫铝进行仿真模拟以获取吸声系数，将吸声系数仿真结果与试验结果进行对比，验证仿真模型的可靠性;最后，通过声压云图和能量耗散云图对空心管型泡沫铝内部声场进行分析，并进一步通过数值模拟探究空心管参数对吸声性能的影响规律。研究结果表明:该空心管型结构属于共振式吸声结构;当声波的频率和结构中固有频率相同时，声波激励结构振动的振幅最大，导致大量的声能被消耗，从而起到吸声的作用;对于空心管型泡沫铝结构，可以通过增大空心管的半径、增加空心管的数量来提高吸声系数;在1 000～6 300 Hz的频率范围内，背后添加空腔的空心管型泡沫铝结构的平均吸声系数相较于背后添加空腔的均质型泡沫铝结构的平均吸声系数提高了26%。

    空心管泡沫铝吸声系数数值模拟COMSOL

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    基于双目视觉与Transformer的连铸坯模型定位与测量

    李同谱许四祥施宇翔杨利法...
    1312-1322页
    查看更多>>摘要：针对双目视觉传统检测算法效率低、匹配复杂等问题，本文提出一种基于双目视觉与Transformer的连铸坯模型定位与测量方法。首先，使用标定后的平行双目相机采集连铸坯模型左右图像，经校正、标注后将其作为数据集。然后以改进的Transunet*为骨干，利用神经网络对数据集输出关键点坐标，网络模型采用多尺度U型结构来抵消因下采样量化而产生的高斯热图理论误差下界。为改善卷积神经网络只关注局部特征的缺陷，加入Transformer结构来强化每个通道内的信息交互，并提出一种优化的损失函数计算方式来克服正负样本比例失调问题以及加速网络收敛。最后，对网络输出的关键点坐标进行双目视觉三维重建并完成测距。研究结果表明:本文算法在关键点检测精度上比其他神经网络方法的高，相较于次优方法，本文方法均方根误差和归一化平均误差分别减少17。24%和18。58%;在三维测距上，其精度明显高于传统特征检测算法精度，满足工业上测量定位的精度高、受环境影响小等要求。

    双目视觉Transformer关键点检测注意力机制

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    微藻阴极AOM-MFC原位固碳性能及影响因素研究

    侯彬张超孙竹梅刘嘉欣...
    1323-1331页
    查看更多>>摘要：针对甲烷厌氧氧化微生物燃料电池(anaerobic oxidation of methane-microbial fuel cells，AOM-MFC)阳极终产物多为二氧化碳(CO2)的问题，将微藻阴极引入AOM-MFC进行原位固碳。研究结果表明:当接种量为25%(体积分数)、接种龄为24 h、光照强度为8 000 lx、光照周期为12 h并以阳极出水作为反应器的阴极液时，微藻阴极反应器获得最大峰值电压((0。385±0。001)V)和最大生物量微藻质量浓度((576。33±1。53)mg/L);微藻阴极反应器的原位固碳过程由3部分组成，即阳极微生物利用甲烷(CH4)产生以CO2为主的代谢物和电子、阴极内微藻捕获并固定CO2产生氧气(O2)、产生的O2与质子和外电路传递到阴极的电子结合生成水;微藻阴极反应器具有一定的废水处理能力，并且能够将CH4中蕴含的化学能转化为电能和生物质能，有助于实现CH4高效转化过程中"零碳排放"。

    甲烷厌氧氧化微生物燃料电池微藻阴极原位固碳

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    存在旋转圆跳动的轧辊表面的送丝激光熔覆工艺研究

    张财宝刘继常曾俊喆
    1332-1339页
    查看更多>>摘要：为解决轧辊旋转时产生的圆跳动影响送丝激光熔覆轧辊修复的问题，对轧辊旋转圆跳动对于丝材尖端与轧辊面位置及激光熔覆过程的影响规律进行理论分析，并针对激光功率和光斑直径对存在圆跳动的轧辊激光熔覆修复工艺的影响进行试验研究。研究结果表明:在熔覆过程中，由于圆跳动的影响，前沿送丝成形的熔覆道高度过低，后沿送丝成形的熔覆道易出现大量毛刺，但中间送丝成形的熔覆道表面形貌相对较好;在小光斑、低功率工艺状况下，中间送丝成形的熔覆道也会出现孔隙以及毛刺，增加激光功率和光斑直径可以减少此现象。在圆跳动误差不大于0。6 mm情况下，当激光功率P为2 400 W、指示红光直径为6。5 mm时，几乎不会出现缺陷。采用小搭接率进行多道搭接试验时，圆跳动会影响第1道熔覆道的实际成形位置，搭接率为40%时成形的熔覆道受影响不明显。

    丝材激光熔覆轧辊修复圆跳动丝材尖端激光光斑直径

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    不同刃型TBM滚刀载荷与振动特性实验研究

    张皓诣张蒙祺莫继良段文军...
    1340-1350页
    查看更多>>摘要：全断面隧道掘进机(TBM)地下工况复杂，破岩产生的振动冲击使得滚刀和刀盘异常失效，易造成重大经济损失。为探究在不同刀盘进给参数下滚刀截面形状(即刃型)对滚刀振动影响机理，开展滚刀破岩实验，获取滚刀载荷和振动信号。研究结果表明:随着刀盘总推力和转速增加，滚刀振动幅度增大，这是由于推力与转速以不同方式增加了单位时间内岩石破碎的体积，因此岩石应变能的储存—释放过程更为剧烈，滚刀振动加剧;不同刃型滚刀侵入岩石的能力不同，亦会改变单位时间内破岩体积，影响滚刀振动;冲击与载荷突变同时发生，这是因为岩石蓄积的弹性应变能在岩石破裂时集中释放。本文研究可为滚刀选型、研发低振动新型滚刀结构、减少滚刀及刀盘开裂提供参考。

    全断面隧道掘进机滚刀刃型破岩实验振动特性进给参数

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    无脉冲微流控片上蠕动微泵研制及其性能研究

    张鑫杰包洋刘宇洋朱行杰...
    1351-1360页
    查看更多>>摘要：为解决微流体连续输送过程中存在的流动脉冲、精度低等问题，研制一种基于微流控技术的片上蠕动微泵。该微泵由微流控芯片和电机驱动系统组成，利用驱动系统中的滚子轴承连续挤压微流控芯片中的微流道，以实现微流体的精确泵送。为研究微泵的流量特性，设计具有气腔稳流功能的微流道，采用光固化3D打印技术与模塑法制作微流控芯片样件;开发电机驱动系统，测试微泵在不同电机转速下的平均流量、总流量和瞬时流量，并将其流量特性与商业蠕动泵的流量特性进行对比。研究结果表明:随着电机转速增加，微泵的平均流量逐渐增大，瞬时流量误差逐渐减小;当电机转速大于60 r/min时，瞬时流量误差可控制在5%以内，其流量精度显著高于商业蠕动泵的流量精度;片上蠕动微泵可有效抑制微流体脉冲，提升微流体控制精度，在精密微流体输送中具有广阔的工程应用前景。

    微流控片上蠕动微泵无脉冲气腔稳流光固化3D打印

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