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[硕士论文] 李建树
机械工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:Hastelloy N合金是一种用于熔盐堆的镍基高温合金材料,具有优异的耐腐蚀、抗中子辐照和较好的高温力学性能等优点。但反应堆出口温度达到750℃,超过了Hastelloy N合金许用温度704℃,即该合金不能长期稳定服役于750℃熔盐环境中。因此急需优化Hastelloy N合金,使之满足更高温度熔盐堆的要求。
  由于Mn元素在高温合金中具有稳定奥氏体,改善抗氧化性等优点,本文以Hastelloy N合金为研究对象,通过设计并制备不同Mn含量的Hastelloy N合金,并借助光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM+EDS+EBSD)、万能拉伸机、X射线衍射仪(XRD)以及电子探针(EPMA)等实验分析手段,研究了Mn含量对HastelloyN合金微观组织、力学性能以及氧化性能的影响。取得以下研究成果:
  (1)Mn元素的添加可促使Hastelly N合金晶粒细化,析出碳化物数量增加,且碳化物逐渐凝结成块状、长链状,并在晶界处聚集。
  (2)室温拉伸时,0.5Mn合金的抗拉强度较差,Mn含量超过1wt%时抗拉强度得到提高,断口出现韧窝和台阶状纹路组织,断裂方式为解理断裂与韧性断裂组成的混合断裂。850℃高温拉伸时,Mn对合金的抗拉强度无明显影响,断口出现光滑的晶面,断裂方式为沿晶脆性断裂。
  (3)随着Mn含量的增加,合金抗氧化性能得到提高。在700℃下,1wt%Mn含量合金的抗氧化性最优,氧化速率较0Mn合金降低了25.9%。在850℃下,0.75wt%Mn含量合金的抗氧化性最优,氧化速率较0Mn合金降低了52.1%。
  (4)氧化膜具有分层结构,700℃/200h氧化后所有合金氧化膜均分为两层,外层为N1O,Fe2O3等氧化物,内层为Cr2O3,MoO2和NiMn2O4等氧化物,合金表面无明显脱落,N1O层完整致密。随着Mn含量的增加合金的氧化层逐渐变薄。850℃/100h氧化后,Mn含量为0~0.2wt%的合金,氧化膜分为三层,外层主要为N1O,中间层为N1O,NiMn2O4等复合氧化物,内层为Cr2O3、MoO2等氧化物;而Mn含量为0~0.2wt%的合金,氧化膜分为两层,外层为N1O和少量的NiFe2O4、N1Mn2O4,内层为Cr2O3、MoO2等氧化物。随着Mn含量的增加合金的内氧化现象逐渐减弱。
  (5)Mn的添加可促进NiO与基体间形成N1Mn2O4尖晶石保护层,有效阻碍了外界O的侵入与合金元素的向外扩散,提高了合金的抗氧化性能。
[硕士论文] 郭伟杰
机械工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:Hastelloy N合金是专门为熔盐堆研发的一种Ni-16Mo-7Cr-4Fe系镍基高温合金,能够满足熔盐堆所需的抗腐蚀性能和强度要求。在熔盐堆中,合金中的Cr会与熔盐中的氟化物反应,基于安全与抗腐蚀考虑,合金中Cr含量控制在7%左右。但镍基高温合金中Cr含量达到15%以上才能拥有良好的抗氧化性能。因此,Hastelloy N合金的高温抗氧化性能尚有待进一步提高。
  本文利用磁控钨极电弧炉制备了NM6Mo-7Cr-4Fe-xSi(wt.%)HastelloyN合金。采用不连续称重法,研究了不同Si含量的Hastelloy N合金在700℃、850℃高温下的恒温氧化行为以及850℃高温下的循环氧化行为。通过记录不同Si含量的合金氧化增重数据,绘制氧化动力学曲线。利用扫描电镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)以及电子探针(EP MA)对氧化试样的表面及截面形貌、物相组成进行了分析。
  结果表明:添加Si元素能显著的提高Hastelloy N合金的抗氧化性能。随着Si含量的升高,合金氧化膜厚度减小,表面氧化产物细化且均为尖晶石状氧化物。在700℃/100h恒温氧化条件下,实验合金平均氧化速率随Si含量的增加逐渐减小,均未发生氧化层剥落现象,所有合金均达到完全抗氧化级。在850℃/100h恒温氧化条件下,氧化膜出现开裂和剥落现象,氧化速率随Si含量的增加逐渐变小,所有合金均达到抗氧化级。在700℃时氧化膜组成基本一致,氧化层呈现分层结构,最外层为NiO、NiFe2O4、NiMn2O4,内层为Cr2O3、MoO2等氧化物。850℃恒温氧化时,最外层为NiO、NiFe2O4等复合氧化物,中间层为Cr2O3、MoO2等氧化物。两种温度条件下,当Si含量达到05%时,在合金氧化层与基体界面出现SiO2层,由于在氧化层与基体界面处形成连续致密的SiO2层,提高了合金的抗氧化性能。
  研究了不同Si含量的HastelloyN合金在850℃的循环氧化行为。随着Si含量的增加,合金的氧化增重逐渐减小。循环氧化过程中0.5Si和1Si含量的合金没有出现明显的氧化皮剥落现象。氧化后期,高Si含量的合金氧化增重趋于平稳,低Si合金氧化皮剥落严重,氧化增重减小。添加0~02%Si含量的HastelloyN合金表面氧化层不平整,未剥落区域为连续致密的尖晶石状氧化物,由NiO、NiFe2O4组成。剥落区域为疏松状的氧化表面,主要含有MoO2以及Mo的混合氧化产物。合金氧化膜组成与恒温氧化结果基本一致。
[硕士论文] 常文俊
流体机械及工程 武汉科技大学 2018(学位年度)
摘要:钢包的保温性对精炼处理和连铸工艺、生产流程管理以及钢包寿命有着重要的影响,轻质化直接影响钢厂冶炼节奏的加快和钢包的扩容。“超保温”、“长寿化”、“轻质化”成为当代钢包发展的主题。单一研究钢包保温性能和钢包长寿化、轻质化的文献较多,但作为一体化研究,尤其是相互影响的研究较少,对钢铁行业的发展及新工艺的发展起不到很好的促进,因此有必要进行深入化的研究。
  本文以传统钢包为研究对象,基于传统钢包壳的温度测量和有限元软件对钢包内衬的结构和材料的物性参数进行分析和优化,实现钢包的超保温、轻质化、长寿化。本文的主要研究内容如下:
  (1)基于传统钢包分析钢包的保温、轻质、长寿三个性能主要影响因素,分析对比得出性能相互影响规律,为后续研究提供理论基础。
  (2)基于对传统钢包的温度场仿真和钢包壳的温度测量实验,掌握了钢包温度水平和分布情况,验证传统钢包模型建立的有效性,接着对钢包内衬材料的物性参数进行分析模拟对比,得到新型钢包的初步内衬的结构和物性参数。
  (3)针对新型钢包内衬结构,对其进行多场的耦合分析。实验结果表明新型钢包的外壳温度和温降都比传统钢包的低,说明钢包的保温性能有所提升,从应力云图看出新型的应力分布比较均匀,平均应力较传统的低,从侧面上也说明了钢包的寿命也有所延长,流场的分析也为钢包的长寿化提供一些理论分析基础。
  (4)钢包寿命的研究,首先对钢包壳进行疲劳分析,然后利用神经网络对钢包的内衬厚度进行预测,以此可以较为准确的了解钢包内衬的损耗情况,较传统经验估计和运行调整更能合理的延长钢包的使用寿命。
[硕士论文] 曾庆勤
机械工程 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:铅是传统铜基轴承材料中常用来添加的减摩软质相,但是由于铅的毒害性使得铜基轴承材料的无铅化研究势在必行。本文以FeS作为自润滑相替代铅添加到铜基材料中,为解决FeS和铜基材料界面结合质量差以及易团聚问题,首先采用机械合金化高能球磨方法制备了FeS/Cu铜基合金粉末,然后采用粉末冶金的方法制备无铅FeS/Cu铜基轴承材料,并开展了不同粉末制备工艺下材料力学性能和摩擦学性能研究。
  研究表明,机械合金化能够有效提高烧结材料中FeS与铜基体的界面结合质量,同时提高了FeS分布的均匀程度。由于粉末形貌的变化和加工硬化,使得材料压制质量降低;FeS在材料中的弥散分布也割裂了基体的连续性,这两者使得材料的力学性能有所下降。将球磨后的粉末与适量未球磨的粉末混合能解决材料性能有所下降问题。随粉末球磨时间和材料中FeS含量的增加,材料的力学性能呈现下降的趋势。
  摩擦磨损过程中,FeS在材料摩擦副表面聚集形成润滑膜,并且一部分转移到对偶件形成转移膜,起到了较好的减摩作用。机械合金化制备的材料形成的润滑膜和转移膜更加完整,减摩抗粘着作用更好。适当延长球磨时间,FeS在基体材料中的分布更均匀弥散,减摩抗粘着效果也更好,摩擦副摩擦系数更小;但球磨时间过长,材料力学性能下降,耐磨性降低;FeS含量、试验条件都对FeS/Cu铜基轴承材料摩擦磨损性能有明显影响,本文条件下,FeS含量在4~6%,粉末球磨5h,载荷150N时,材料的摩擦磨损性能较好。
[硕士论文] 于世伟
机械工程 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:与传统粉末压制方式相比,粉末高速压制技术有利于显著提高成型压坯的密度大小及其均匀性,因而得到了学术界和工业界的广泛关注。区别于传统准静态加载方式,高速压制属于瞬时冲击过程,粉末状态在极短时间内急剧变化,因而亟待对其致密化过程和影响因素进行深入分析。
  本文首先利用重锤式高速压机,展开了不同装粉量和冲击高度下的压制实验,发现成型坯件的平均密度随单位质量能量的提高而不断增加,最后趋于稳定。同时压制密度大小随冲击峰值压力的变化关系,仍然较好地符合经典川北公夫和黄培云压制方程。在分析粉末受力特征时发现,侧压系数和传力比在冲击过程中均表现为首先降低、中间平稳、最后上升的变化规律;而粉末与模具内壁的摩擦系数则表现为首先上升、中间平稳、最后下降的变化规律。并且,冲击速度对传力比和摩擦系数具有较大影响。
  另一方面,利用Drucker-Prager Cap粉末模型及显式动力学有限元方法,实现了对粉末高速压制过程的模拟,得到了密度随时间和空间的变化分布规律。并结合正交试验和方差分析,首先研究了粉末成型密度随工艺参数的变化规律,发现平均密度大小随单位质量能量的变化趋势与实验规律十分吻合,但并不随边壁润滑条件、高径比和初始松装密度显著变化。进一步研究密度均匀性变化规律时,却发现边壁摩擦系数、高径比和单位质量能量对密度均匀性均有较大影响。
  综上,本文对粉末高速压制过程中的受力特征、压坯密度大小及其均匀性的变化规律进行了深入研究,有利于解释粉末高速压制致密化机理,并为提高成型产品的质量提供指导依据。
[硕士论文] 赵兰明
电气工程 山东大学 2017(学位年度)
摘要:目前,世界上铝工业均采用熔盐电解法将氧化铝还原为金属铝,虽然电解铝企业的负荷曲线较为平稳,但其对安全性和供电可靠性的要求较高,如果在运行中发生断电且不能在较短时间内恢复,将会对电解铝企业和电解设备造成较大损失。合理制定电解铝企业的供电方案对保障电解铝局域电网的安全经济运行具有重要意义。
  本文在深入了解电解铝负荷特性及其供电要求的基础上,结合某电解铝企业实例,研究电解铝项目的供电方案。主要研究内容包括:(1)详细调研了国内外电解铝项目的供电方案,结合规程规范分析了电解铝局域电网的电源装机方案、电解铝设备选型需求;(2)基于局域电网与大电网的规模和功能差异,研究适用于局域电网的安全稳定控制系统的策略;(3)在网架结构上研究备用电源补充方案;(4)对装机方案和电网结构进行适应性校核计算;(5)研究设想了电解铝项目利用新能源供电的方案。
  通过本文研究取得成果如下:(1)结合局域电网容量较小、抵抗扰动能力差的实际情况,提出了电解铝采用可快速调节负荷的晶闸管整流装置,并参与局域电网频率调节的方案;(2)对局域电网的机组容量进行研究,分析采用大容量机组与小容量机组联合供电方案,优化机组类型,丰富了安全自动控制装置的“切机”策略;(3)通过风电、光伏的出力变化率与火电机组的调节速率的配合和火电机组出力的最大调节能力两个方面,积极合理消纳当地的风电、光伏等能源,对发展当地的循环经济、节能减排均具有十分重要的意义。
[硕士论文] 闫雷
动力工程 东南大学 2017(学位年度)
摘要:在钢铁企业产能过剩、全行业亏损以及供给侧结构性改革的大背景下,充分利用副产煤气,成为钢铁企业减少排放、降本增效的重要手段。
  在钢铁企业内部,副产煤气系统结构复杂,涉及的设备数量众多,且设备煤气产耗特性差别巨大,在运行的过程中会出现煤气产耗不平衡的问题,使得煤气资源利无法得到有效利用,造成能源的极大浪费。
  本文以某钢铁企业(长流程)的煤气系统作为研究对象,在设备的煤气产耗特性建模以及多煤气介质混合配比优化的基础上,开展了设备运行时序的优化研究。主要研究内容和研究成果如下:
  (1)钢铁企业设备煤气产耗特性建模研究
  根据钢铁企业的生产工艺和运行方式,在基于运行数据统计获取焦炭、烧结矿、球团矿、铁和钢产量匹配关系的基础上,建立了以铁水平均生产速率为主导变量、兼顾设备主要运行方式(如高炉减风与复风等)的特性模型,包括:煤气生产设备特性(产气特性)、煤气消耗设备特性(耗气特性)。
  (2)钢铁企业多煤气介质最优混合配比研究
  提出一种混合煤气逆向分解的方法,巧妙地将多种热值的混合煤气逐层分解为(固定热值的)各单一煤气的体积占比,为后续优化奠定基础。
  建立了多煤气介质最优混合配比模型,并运用改进基因设计的遗传优化算法,获得与日际生产计划相应的多煤气介质混合优化解——各设备所获得混合煤气的热值和热量。该优化算法中利用基因初始化的范围区间控制混合煤气的热值范围,算例结果表明,显著减少了约束方程及决策变量的数量。
  (3)钢铁企业煤气消耗设备时序优化研究
  时序是指可间断生产设备的运行状态改变时刻与持续时长,时序优化就是利用可间断生产设备的这种特点,平衡系统中的煤气产耗。
  在特性建模与多煤气介质最优混合配比研究的基础上,建立了煤气消耗设备时序优化的0-1整数规划模型,该模型以自备电厂热量波动最小与消耗设备运行状态改变最少为目标,并综合考虑了三种副产煤气体积守恒、自备电厂日际输入热量约束,煤气设备与自备电厂的热值约束以及流量约束。
  针对该模型提出了一种降低遗传算法基因维数的方法。时序优化模型的每一组优化解对应一个时序矩阵(矩阵的行表示时间,矩阵的列表示各设备,矩阵中元素为“0”或“1”,每一行中“0”或“1”的个数已知,但其在每一行中位置有待优化),传统求解方式会令矩阵中每一个元素为一个基因,基因数量众多,增加了模型的求解困难。为此,本文提出了一种新的基因设置方式,首先确定每一行的基因个数,当“1”少于“0”时,“1”的个数即为该行的基因个数,反之亦然。每个基因对应一个元素(“1”或“0”)在该行中的位置,通过各基因的优化求解,间接可以得到优化的时序矩阵,大大降低基因维数,降低了模型的求解难度。
[硕士论文] 吴丹宁
电气工程 东南大学 2017(学位年度)
摘要:钢铁是衡量一个国家经济基础状况的重要产业,我国的钢材需求量巨大,钢材冶炼工作需要得到全社会的重视。电弧炉相比于传统金属冶炼设备具有高度的自动化程度与高效的炼制能力,在当今钢铁炼制领域应用广泛。直流电弧炉相对于传统交流电弧炉设备而言具有发出的电弧更加稳定、电压电流波动更小等优点,在当今社会已经得到了越来越高的重视。
  随着我国工业化发展进程的不断推进,诸如电弧炉之类的高功率、非线性负荷使用的类型、数量以及使用频率都在急剧上升,由此带来的对于电网系统运行的压力也越来越大。此类设备大多具有很高的额定功率,使用周期较长且大多工作在高温高压的恶劣环境中。它们在运行过程中产生的谐波污染不仅会对自身设备安全稳定运行造成影响,对于电网系统运行状况也有很大害处。谐波会影响母线侧电压使之发生波动畸变等不良变化,这对于其他终端负载的正常运行会带来严重的影响。研究制定合理技术手段,抑制谐波以及其他扰动的产生已经是当今社会亟待解决的议题。
  本文以直流电弧炉为研究对象,首先阐述直流电弧炉设备的生产历史以及基本组成原理和工艺流程,阐述了非线性负荷运行过程中产生的谐波危害以及当今冶金工业中常用的谐波抑制技术手法。以直流电弧炉运行参数为依据,结合样条拟合方法构建直流电弧炉数学模型并在Simulink环境下完成功能模型搭建。之后研究了无源滤波器对于直流电弧炉数学模型运行的影响,使用不同类型的无源滤波器分别探讨此种滤波方式对直流电弧炉运行电压电流环境以及电力系统网络运行的改善程度的大小。然后从多维度探讨有源电力滤波器(APF)对于直流电弧炉模型谐波抑制的效果,根据其施行优点与不足,在最后提出了对于APF谐波抑制方案的改进。
  本文所有的模型搭建以及建模仿真均在Simulink平台下实现,经过仿真实验可以看出,不同类型的无源滤波器电路对于直流电弧炉数学模型运行特征有着不同的影响,APF法对于直流电弧炉模型谐波抑制也有利有弊,最后提出的改进方案能够克服传统方法的弊端,取得了较佳的效果。
[博士论文] 胡玲艳
控制理论与控制工程 大连海事大学 2017(学位年度)
摘要:步进梁加热炉是冶金领域的一种大型多区段热处理设备,主要用于各类板坯、铸锭等的退火处理,具有热工制度灵活、加热坯料不受尺寸规格限制等优点。近年来,随着现代工业对热轧产品越来越高的质量要求,以及国家环保节能政策的不断推出,作为冶金工业的重要耗能设备,对步进炉加热过程在燃烧效率、控温精度以及炉温均匀性等方面也提出更高的要求。优化系统控制过程,提高坯料加热质量、降低炉子能耗、并节约系统设计成本是加热炉工程设计中的重要内容。本文以宁夏中色某集团公司所建的一座天然气步进梁加热炉为研究对象,结合实际工艺控制要求,开展以下研究工作:
  1.进行炉温动态过程建模。采集实际加热过程数据,利用瞬态响应插值法进行模型辨识,借助MATLAB软件进行模型测试,比较模型输出与实际过程数据偏差,验证模型的有效性。
  2.基于步进炉供热机制,进行铜锭内部热传导方程的工程简化,通过有限元分析法对模型进行离散化,借助MATLAB进行铜锭内部传热行为的仿真计算,并采用埋敷偶工程试验方法验证铜锭温度分布仿真计算的有效性。同时基于传热过程能量守恒法则,在已知铜锭上表面温度工艺曲线下,反向求解炉温设定值,以降低各控温区温度设定余量及燃料消耗,减小铜锭内部温度偏差。
  3.针对步进炉炉温过程模型存在的不确定性参数摄动情况,借助Lyapunov稳定性理论和LMI方法,进行H∞鲁棒稳定性分析,推导并获得系统鲁棒渐近稳定充分条件及控制器求解方法。对算法进行仿真验证,所得结论可有效预估炉温系统一定参数摄动及扰动因素下,系统输出表现。
  4.归纳热电偶工程应用中存在的故障情况,建立热电偶故障数学模型,针对不确定炉温模型存在的状态及控制时滞,进行非脆弱有记忆和无记忆容错状态反馈控制器设计。通过构造合适的Lyapunov-Krasovskii泛函,借助LMI方法获得系统鲁棒渐近稳定条件及控制器求解方法,仿真及实际工程测试验证了算法的有效性。
  5.考虑控温过程热电偶传感器故障及外部扰动,针对炉温系统的多状态定常时滞情况,进行鲁棒保性能容错设计。通过构建复合型Lyapunov-Krasovskii泛函,利用LMI方法,给出满足一定性能界及具有H∞干扰抑制能力的鲁棒二次镇定充分条件,同时给出性能上界为最小的鲁棒最优保性能容错控制器求解方法,仿真及工程测试验证了算法的有效性。
  6.针对步进炉燃烧控制环节,借助可编程软件与常规燃烧设备配合开发程控多段位脉冲燃烧控制器,代替硬件分频设备,实现对加热烧嘴工作时序及燃烧状态的智能控制。实际应用表明,所提出方法能够节约系统成本,有效提高炉温控制精度及炉内温度分布均匀性。
[博士论文] 谭欣荣
材料物理与化学 郑州大学 2017(学位年度)
摘要:高熵合金由于其高硬度、高强度、良好的耐腐蚀性能等诸多优点,成为目前材料研究的热点。目前研究的高熵合金大多都采用较大密度的过渡族金属元素制备,虽然具备良好的力学性能和耐腐蚀性能,但所制备的高熵合金密度较大,不适合用于一些需要低密度材料的行业和领域。针对这一问题,本文选用了轻质的Al、Ti、V、Zr元素和腐蚀抗力较好的Nb元素,并采用真空热压烧结法制备了Al2NbTixV2Zry系列轻质高熵合金。系统地研究了球磨工艺、烧结工艺以及合金成分对合金的微观组织、力学性能、耐腐蚀性能和抗高温氧化性能的影响,取得如下创新性研究成果:
  1)理论分析与试验相结合,制备出了密度(5.05-5.23 g/cm3)较Ti64合金稍高的Al2NbTi3V2Zr非等摩尔比轻质高熵合金。发现低能球磨(LE)合金随着烧结温度的升高,发主相生了简单立方向体心立方的转变,Zr-Al基金属间化合物(α相)逐渐减少,富Ti的HCP相逐渐消失,但出现了新的Ti-Zr-Al基的金属间化合物(β相)。高能球磨(HE)不但细化和活化了高熵合金粉末,而且稳定和细化了烧结后的Al2NbTi3V2Zr轻质高熵合金微观组织。所有烧结后的高能球磨合金均由细晶体心立方主相和球状的、弥散分布的α和β金属间化合物组成。
  2)高能球磨明显改善了烧结后的Al2NbTi3V2Zr轻质高熵合金的力学性能。1250℃烧结的合金同时具有最高的硬度、最高的抗压强度和延伸率以及比强度,分别达到了781HV、2623MPa、20.9%和503N·m/kg。与低能球磨后烧结的合金和Ti64合金相比,高能球磨后的合金不仅具有较高的比强度(比Ti64合金高出90%),同时具有最好的综合力学性能。合金的硬度、压缩强度和烧结温度的关系与合金中基体相的Zr含量、主相相变(简单立方转变为BCC结构)、晶粒尺寸以及第二相的生成密切相关。
  3)通过优化合金中的Ti和Zr元素的含量,进一步改善了合金的微观组织和力学性能。成分优化的Al2NbTi3V2Zr04合金组织简单,比强度和综合力学性能超过Ti64合金及目前已知的大多数高熵合金。
  4)找出了球磨工艺和Ti、Zr含量对Al2NbTixV2Zry系列高熵合金的腐蚀规律及机制。发现低能球磨后烧结的合金在10wt.%硝酸溶液中表现为局部腐蚀,耐腐蚀性能与其第二相含量相关;高能球磨后烧结的合金表现为全面腐蚀,主要因为晶粒细小导致腐蚀时合金表面生成了钝化膜,耐腐蚀性能与其晶粒尺寸相关。高能球磨后烧结的耐腐蚀性能明显优于低能球磨后烧结的合金和Ti64合金和大部分高熵合金。其在10wt.%HNO3溶液中年腐蚀速率仅为3.9×10-3mm/yr,比Ti64合金低约3个数量级。
  5)找出了球磨工艺和Ti、Zr含量对Al2NbTixV2Zr系列高熵合金的高温氧化规律及机制。发现所有制备的高熵合金中富Zr的α相中Zr元素与O元素的混合焓较大,高温下氧化严重,容易生成不致密的氧化物,因此高熵合金的氧化抗力与α相含量有关。Al2NbTixV2Zry系列合金的高温氧化抗力与现有高熵合金接近,但稍低于Ti64合金。
[硕士论文] 章翔
材料工程 东南大学 2017(学位年度)
摘要:含铅铜合金由于具有良好的机械性能和切削性能,被广泛应用于汽车业、机械、电子通讯、家电、饮用水工程、玩具、仪表制造等各个领域。但是,铅的使用会对环境和人体造成极大的危害,因此保持相当的力学性能和切削性能、去除铅元素形成新型环保铜合金材料,必然具有显著的社会效益和潜在的经济价值;而且研究过程中形成的对环保铜合金成分、组织和性能间关系和影响规律的理解具有重要的理论意义。
  本文在QSn4-4-4(GB/T5231-2001)的基础上去除Pb,通过加入少量的Mg、Si(或Mn),研制Cu-Sn-Zn-Mg-Si(或Mn)无铅易切削铜合金。试验中采用感应加热炉进行熔炼,石墨型浇注成样品。然后通过扫描电子显微镜观察其显微组织、X射线衍射仪分析其物相,并分析测量其力学性能和切削性能。通过试验,得出如下结论:
  (1)凝固初期Zn,Sn,Si,Mn元素大量固溶于α相中,在凝固过程中α相最先生成并呈枝晶状生长,而过量的其它元素在凝固过程中富集于枝晶间隙中,形成富Sn固溶体,而Mg则主要与Cu生成化合物Cu2Mg以及少量的Cu4MgSn,少量的Mn与Cu、Sn生成化合物Cu4MnSn。
  (2)在Cu-Zn-Sn-Mg-Si合金中,Mg含量的增加对强度的影响很小;添加少量的Si可以适当提高合金的强度,提高基体的硬度,反应生成的Cu4MgSn金属间化合物能够有助于提高合金的硬度。
  (3)在Cu-Zn-Sn-Mg-Mn合金中,对比不同成分试样,当Mg含量超过1.5%时,合金的抗拉强度下降,伸长率降低,对屈服强度和硬度则无明显影响。Mn的添加则不仅大大提高了合金的强度,合金的硬度也有所提高。
  (4)Mg的添加提高了合金的切削性能,而Si和Mn含量的变化对切削性能的影响并不明显。提高Mg含量会使得合金中的Cu2Mg化合物增多,生成的金属间化合物形成的颗粒一定程度上代替了铅在铜合金中的作用,使合金具有优良的切削性能。
  (5)添加Mn的合金比添加Si的合金表现出了更好的力学性能,包括更高的强度与硬度,而合金的切削性能变化仅取决于合金中Mg元素的添加量。
[硕士论文] 何讯超
机械制造工业工程 山东大学 2017(学位年度)
摘要:国家经济建设的快速发展对高品质钢种的需求与日俱增,而钢材中含硫量高会降低其韧性、塑性和疲劳寿命等机械性能。由于KR(Kanbara Reactor)法机械搅拌脱硫具有脱硫效率高效和脱硫成本低廉等优势,被普遍用于铁水脱硫预处理工艺中。在实际生产中,KR法脱硫处理涉及自由液面卷吸脱硫剂及其与高温铁水混合等复杂过程,对铁水罐内流速场的探究是分析众多复杂过程的重要基础。随着CFD(Computational Fluid Dynamics)技术飞跃性的发展,数值模拟方法不仅可以克服实验研究成本高、条件苛刻等问题,也能直观成像和直接测量流场参数,故被普遍用于分析搅拌罐内多相流的混合效果。
  目前,关于KR法脱硫的数值研究多不计及自由液面对脱硫剂颗粒的卷吸作用,且将脱硫剂颗粒视为拟流体,这与实际工况下的脱硫过程有一定偏差。开展各工艺参数对搅拌罐内液面变化、流场特性及脱硫剂扩散规律影响的数值研究,对增强固-液混合效果与改善脱硫效率具有显著的实际价值。本文借助商用CFD软件FLUENT,一方面在水模实验的基础上,利用数值模拟方法研究计及自由液面波动的搅拌罐内流场变化过程,并探究了主要结构及工艺参数对自由液面及流速场变化的影响;另一方面采用欧拉-欧拉模型和联合仿真条件下的欧拉-拉格朗日模型,分析脱硫剂颗粒受自由液面卷吸进入罐内流场的运动过程和分散效果。主要研究内容如下:
  (1)建立基于相似性准则的水模实验模型,得到不同搅拌器转速和浸没深度下的自由液面漩涡深度及高度测量结果。随后基于标准κ-ε湍流模型描述流场的湍流特性,采用多重坐标系法(Multi Reference Frame,MRF)和VOF(Volume of Fluid)法建立气液两相流模型,通过仿真方法分析铁水罐内流速场和自由液面的变化。为了验证仿真方法的准确性,将仿真得到的液面漩涡深度及漩涡高度同水模实验结果进行对比。基于该数值模型进一步探究了搅拌器转速、浸没深度、叶轮直径和叶片数目等主要参数与搅拌罐内自由液面和流速场变化的关系。
  (2)针对脱硫剂均匀和平铺两种初始布料方式,开展搅拌罐内多相流混合特性的数值研究,采用欧拉-欧拉法将脱硫剂颗粒视为拟流体,研究搅拌过程中计及液面效应的脱硫剂、水和空气浓度分布的变化,进一步探究了搅拌器转速和浸没深度与拟流体脱硫剂分布的关系。
  (3)通过EDEM和FLUENT两软件的联合使用,采用离散元法和有限体积法相耦合的建模方法,建立KR法脱硫固-液-气三相流数值模型,其中脱硫剂固体颗粒采用离散元法建模,水和空气采用连续流体相建模,进行计及自由液面变化的脱硫剂运动轨迹跟踪和流场特征参数动态仿真分析,对工艺效果进行直观显示并做相应评价。
[硕士论文] 钟咏雪
软件工程 电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:热等静压机的组成较为复杂,包括气体、加热、液压、冷却等系统,设备布局占地面积大,各控制和执行元器件因安装要求较为分散,电器控制系统的可靠性和安全互锁要求是设备关注的重点。基于PLC电器控制系统的设计不仅是打破传统的电器集中控制热等静压机的模式,同时通过优化硬件组态、模块化程序设计、软件模拟仿真、动态视窗控制实现了设备多任务窗口对接、在线监测和故障处理的自动化要求,是解决复杂设备控制可靠性和安全互锁要求的工程化应用的一种手段。
  本文通过应用PLC控制设备,选择基于目前国际上通用的Profibus DP现场总线的分布式I/O模块,在Step7软件开发平台上进行硬件组态、程序设计,利用其开放式、高灵活性、高可靠性等优势,开发过程控制自动化领域的高端应用,目的是降低复杂设备系统的调试和现场布线难度,缩短设计开发周期,提高故障处理效率,并为多任务系统提供灵活机动的扩展方案。
  热等静压设备的加热系统和温度控制系统是电器控制系统的重要组成部分,本文分析介绍了热等静压设备的加热系统和温度控制系统的组成。PID控制作为最常用的控制手段,本文分析了其优点与不足,并对PID控制参数的整定方法进行了研究。
  WinCC(Windows Control Center,窗口控制中心)是西门子公司(Siemens)实现PLC与上位机之间的通讯及上位机监控画面的制作的组态软件。主要介绍如何利用WinCC建立监控画面,使监控画面根据现场实际情况动态显示。以热等静压设备的控制系统为例,介绍了使用WinCC系统的硬件配置,组态监控系统,创建动态人机界面,实现过程监控的具体步骤。
  本文结合公司多年的热等静压机电器控制系统的设计经验,对设计对象进行现场技术调研,摸底设备存在的可靠性和安全性问题,通过需求分析、系统设计,对进口热等静压设备的电器控制系统进行全面升级改造。经过现场性能、功能检测,设备电器控制系统自动化升级改造满足用户协议要求,为公司热等静压机设计规范提供了坚实的理论基础和工程应用支撑。
[硕士论文] 邢文涛
软件工程 电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:热等静压(Hot Isostatic Pressing,简称HIP)是一种先进的烧结工艺,在密闭的压力容器中,以高压氩气(或氮气)为介质,对其中的粉末或待烧结的坯料(或零件)施加各向均匀等静压力,形成高致密度坯料(或零件)的方法。热等静压的常用工作温度1000~1800℃、工作压力100~200MPa。热等静压技术广泛应用于航空、航天、船舶、兵器、核工业等军工领域。如,飞机、航天器、大型运载火箭、导弹、雷达等关键零件的制造。
  热等静压技术经历了半个多世纪的发展,持续不断创造着奇迹,从试验室技术研究到现在渗透到各行各业。在西方发达国家,热等静压处理技术是航空发动机的钛合金、高温合金零部件强制性的工艺措施,以提高产品致密度,消除材料缺陷等。随着热等静压技术的不断发展,热等静压机朝着大规格方向发展,缩短处理周期,降低处理成本。热等静压机的均匀快速冷却(URC)技术,可以大幅度缩短HIP处理时间。热等静压机降温时间通常可以缩短80%至95%。目前,HIP处理费用大约是20年前的60%左右,推动了热等静压技术的应用和发展。
  根据我国热等静压技术的发展需求,结合典型热等静压机技术指标,主要以航空航天领域的高温合金铸件致密化处理和高温粉末—近净成型为应用目标。确定RDJ1250/2000-200.1400型热等静压机为研究目标,URC速率大于30℃/min。这也是国际上高温合金致密化处理的典型设备,装备URC系统的数量较多,便于试验数据比较。
  本文基于 Flowmaster软件的热流体系统仿真分析功能,根据技术指标、热等静压机均匀冷却原理结构和三维模型,建立数学模型(包括静态和动态模型),推导出计算公式。通过数学模型描述冷却过程,为冷却系统设计提供理论依据,并满足工程应用要求。通过仿真分析和实物验证修正数学模型,提高数学模型的计算精度。
  本文通过Solid Edge V19三维CAD软件建立热等静压机URC三维模型,以STAR-CCM+软件作为主要研究工具,建立了热等静压炉的非稳态数值仿真模型,从理论上分析了温度场和流场,研究了不同加热功率下炉内流动换热规律。
[硕士论文] 谢广超
控制科学与工程 西安石油大学 2017(学位年度)
摘要:矿热炉是铁合金行业生产的必备设备,工作时相电流达几万甚至十几万安培,目前普遍采用工频供电的方式进行生产,经炉用变压器直接降为低压后供给矿热炉内的三相电极。由此导致运行功率因数低,三相电极之间电流很难控制平衡,引起电网波形畸变,产生很大谐波,电极消耗严重,严重影响使用和效益。
  电力电子技术发展到今天,为矿热炉的低频电源供电奠定了基础,低频供电方式可以从根本上解决传统矿热炉工频供电方式存在的上述缺陷,对我国冶金行业的技术进步、实现电网的绿色化、节能减排、降低碳排放等都具有重要意义和深远影响,但受多种因素的影响,到今国内从事这方面工作的研究实在太少。
  本文受西安市科技计划—创新工程项目“矿热炉低频节能电源”(项目编号:CX13101)支持,是整体项目中的一部分,在国内首次进行矿热炉低频供电的系统性研究,详细介绍了低频矿热炉供电技术实现节能的原理,分析了国内外这一方面的研究现状,探讨了矿热炉低频电源替代传统的矿热炉工频供电方案的可行性,进而借助于电力电子技术,以晶闸管为主功率器件设计了矿热炉低频电源的主电路,以高性能高集成度的微处理器及CPLD为核心,设计了矿热炉低频电源主电路的触发电路及其保护电路,并且应用PLC S7-200系列监控整个系统的正常运行。最后对整个低频矿热炉系统的电路进行了实验调试和验证,进而对实验结果进行了分析。
[硕士论文] 魏清伟
生物化学与分子生物学 兰州理工大学 2017(学位年度)
摘要:嗜酸氧化亚铁硫杆菌(Acidithiobacillus ferrooxidans,A.ferrooxidans)是生物浸矿应用中最为重要的微生物之一,A.ferrooxidans对多种重金属都具有很高的耐受能力。通过研究其重金属抗性机制,对深入了解微生物细胞维持体内重金属平衡的机理非常重要。
  目前,A.ferrooxidans铜、镉代谢机理的遗传学研究报道还比较少。A.ferrooxidans中许多与金属抗性相关基因的研究大多集中于生物信息学预测,缺乏相应的实验数据支持,因而我们在A.ferrooxidans全基因组注释信息中挑选了三个与金属抗性相关的基因,分析了其氨基酸序列信息,同时分别构建了这些基因的过表达菌株,为探究这些基因的具体生物学功能提供实验数据支持。研究工作主要有以下几个方面:
  1、本实验室从甘肃省兰州市七里河区阿干镇煤矿收集酸性矿坑废水分离纯化得到一株A.ferrooxidans L1,革兰氏阴性菌,短杆状;该菌株以Fe2+为能源物质,且具有较高的硫氧化活性,其生长曲线特征显示延滞期较长,约43h,稳定期约14h;生长70h后进入衰亡期;通过驯化试验,该菌株对不同重金属离子显示出不同的耐受能力:在相同培养条件下,Cu2+、Cd2+对A.ferrooxidans L1生长的抑制作用大小为Cu2+>Cd2+,最高耐受浓度分别是0.04mol/L和0.08mol/L。
  2、运用生物信息学在线分析软件对基因编码的氨基酸序列的理化性质、结构特征、功能结构域、系统发育以及可能参与的代谢通路等进行了预测。推测AFE-1948、AFE-1862、AFE-RS11495这三种蛋白均分布在胞外或细胞膜上,参与金属离子的吸附转运等机制。
  3、为探究A.ferrooxidans中AFE-1948、AFE-1862、AFE-RS11495的功能特性,以本实验室分离鉴定的A.ferrooxidans L1为材料,采用PCR扩增技术克隆了afe-1948、afe-1862、afe-RS11495基因。将其转化E.coli BL21(DE3),通过SDS-PAGE分析,确定其在大肠杆菌中的最佳表达条件。
  4、为了进一步地了解这三个基因的功能,采用过表达分析的方法考察了其转入受体菌之后的抗性的变化。结果表明:在不同浓度Cu2+、Cd2+胁迫下,E.coli BL21导入目的基因后,相对于对照组,菌体的生物量明显下降,说明其抗性下降,但是其胞内目的蛋白的含量却有所增加,推测是由于导入目的基因后胞内重金属的含量明显上升导致的。
[硕士论文] 王杰
动力工程及工程热物理;热能工程 东南大学 2017(学位年度)
摘要:氮氧化物(NOx)和二氧化硫(SO2)是钢铁烧结过程中产生的主要大气污染物。不同于燃煤烟气,烧结烟气具有气量变化大、温度波动范围广、NOx含量低等特点,因此现有的燃煤电厂脱硫脱硝技术将无法直接应用于烧结烟气的脱硫脱硝。目前,烧结烟气的脱硫工艺较为成熟,而相应脱硝技术的研发开展较少。随着环保要求的不断提高,烧结烟气脱硝也逐渐被提上日程,但由于新建脱硝设备的成本较高,减排工作一直进展缓慢。为此,本文开展了钢铁烧结烟气的低温鼓泡脱硫脱硝研究,旨在现有石灰石-石膏湿法脱硫工艺的基础上,通过添加新型复合氧化剂,配合运行工况的优化调整,实现原有脱硫效率不降低、氮氧化物能够部分脱除的目的,从而满足烧结烟气排放的国家标准。
  根据氮的氧化物及其酸根离子的还原电势,分析得出NO被氧化的条件,结合已有的研究成果,确定有效氧化剂的范围。并在以南钢2×220m2烧结烟气鼓泡吸收塔为原型而构建的小型实验平台上,开展了相关脱硝氧化剂的筛选实验,从有效性、可靠性、经济性等角度,最终选取NaClO2、NaClO作为本次模拟实验的主要脱硝氧化剂。同时,利用化学反应热力学原理,对NaClO2/NaClO复合氧化剂协同石灰石浆液脱硫脱硝反应的吉布斯自由能变函数△rGm(T)、平衡常数K、气体平衡分压P等热力学参数进行了计算,从理论上证明了NaClO2/NaClO/CaCO3体系可以有效脱除烟气中的SO2、NO,反应能够自发正向进行且进行限度较深。
  针对NaClO2/NaClO/CaCO3体系开展低温鼓泡脱硫脱硝的实验研究。进一步考察NaClO2/NaClO浓度ma/mb及其摩尔比M、吸收液初始pH值、反应温度TR、石灰石含量mc、烟气流量Vg、NO/SO2初始浓度CN/CS等操作参数对脱硫脱硝效率的影响规律。在此基础上,分别对复合氧化剂溶液及体系脱硫脱硝产物的成分进行定量、定性分析。研究结果表明,当Vg=1m3/h,mc=20g/L时,利用NaClO2/NaClO/CaCO3体系低温鼓泡脱硫脱硝的最佳反应工况为ma=4mmol/L,mb=3mmol/L,pH=5,TR=55℃,CS=1100mg/m3,CN=400mg/m3,在此条件下,NO、SO2的脱除效率分别为56.9%、98.1%。酸性条件有利于NaClO2、NaClO的分解,生成强氧化性气体ClO2和Cl2,从而导致溶液氧化性能的提高。烟气中的SO2、NO最终主要以CaSO4、NO3-的形式被脱除。M=1.3的NaClO2/NaClO复合氧化剂每消耗1g,向溶液和石膏中引入的Cl含量分别为420.6439mg、0.5465mg,实验过程中未造成设备腐蚀等现象的发生。
  基于上述研究成果,在南钢2×220m2烧结烟气脱硫系统中进行了低温鼓泡脱硫脱硝的工程试验。事实证明,采用NaClO2/NaClO复合氧化剂配合石灰石浆液可以有效实现烧结烟气中NOx的部分脱除且不降低原有系统的脱硫效率,出口烟气满足国家排放标准。复合氧化剂的添加对原有脱硫系统的安全运行未造成任何不利影响。工艺新增试剂成本仅为56.3万元/年,经济效益相对较高。
[硕士论文] 张锦阳
机械工程 广东工业大学 2017(学位年度)
摘要:硼化物由于其优异的力学性能和独特的导热、导电、催化性能等而被广泛应用于切削加工、矿物开采、耐磨涂层和航天材料等领域,尤其是过渡金属二硼化物的特殊应用。近几年,以过渡金属铼(Re),锇(Os)以及铱(Ir)等为代表的二硼化物因其表现出的超硬性而被广泛研究。过渡金属硼化物作为一种新型的超硬材料,虽然短时间内不可能替代金刚石,但预计在不久的将来,将会有着广泛的应用。
  本论文以锇粉和硼粉为原料,运用机械合金化法在常温常压条件下制备出了具有六方结构的二硼化锇(h-OsB2)粉末,对所合成的锇硼化物的形成过程、反应机理、热稳定以及合成效率进行了研究,探索了机械合金化过程中Os-B化学计量比、球料比、WC磨球尺寸对硼化锇系粉末合成的影响。另外,还通过机械和金化法合成了新型三元系Os1-xRuxB2复合材料,探索了不同含量的Ru对Os1-xRuxB2结构的影响。利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和X射线光电子能谱(XPS)分别对所合成的粉末的晶体结构、形貌和化学组成进行了表征。通过实验得到以下相关结论:
  1.在球料比恒定为3的情况下,当Os-B摩尔比为1:2时,最终球磨产物几乎是纯的 Os2B3相;而当 Os-B摩尔比为1:3时,最终产物为 ReB2型六方结构的 OsB2相,其中含有少量的RuB2型正交结构的OsB2相。热处理结果表明,所合成的Os2B3粉末在流动的Ar气加热到800℃是热稳定的,而对OsB2粉末进行低于600℃的热处理时,不会发生从六方结构到正交结构的部分相变。
  2.在Os-B摩尔比恒定为3:1的条件下,当球料比为3:1时,球磨80h的产物为OsB1.1、Os2B3和OsB2三种相的共存态;而当球料比增加至4:1时,球磨32h后反应不能再继续,OsB1.1几乎完全转化为ReB2型六方结构的OsB2相,最终反应产物几乎是由纯的OsB2组成(其中含有极少量正交结构的OsB2)。
  3.在Os-B摩尔比为1:3,球料比为4:1的条件下,分别用直径分别为11.2mm、9.5mm、6.35mm的WC研磨球以及三种球的混合球对原料粉末进行球磨,最终球磨产物的主相均为所需的ReB2型六方结构的OsB2相,但其合成效率不同。磨球直径越小,合成ReB2型六方结构OsB2的效率越高,磨球直径为11.2mm和9.5mm的实验组球磨20h后反应不再继续,而磨球直径为6.35mm的实验组球磨16h后反应不在继续,合成 OsB2的速率明显高于大直径磨球的实验组。然而,当把三组不同球按一定比例混合进行球磨时,其合成速率最高,球磨12h后反应已不再继续。
  4.在合成Os1-xRuxB2粉末时,实验发现加入Ru的含量对最终产物Os1-xRuxB2的结构有影响。当x=0,0.2,1,1.5时,最终产物Os1-xRuxB2的主相为六方结构,其中含有极其少量正交结构的Os1-xRuxB2;而当x增加至2,3时,Os1-xRuxB2由六方结构转化为正交结构,且随着x的继续增大结构不再发生变化。
[硕士论文] 吴杰
材料科学与工程 东南大学 2017(学位年度)
摘要:SiC颗粒增强铜基复合材料具有优良的力学性能、较高的耐磨性和良好的导热性。因此,作为基础材料在工业中有着广阔的应用前景。
  本文首先采用粉末冶金法制备SiC颗粒增强铜基复合材料,具体研究为:(1)在粒度为5μm的SiC颗粒上进行表面镀镍,镀镍液的PH值在10,水浴温度在40℃时,SiC颗粒表面能够均匀的被镍层包覆。(2)经球磨、SPS烧结后,基体中的SiC颗粒无团聚的现象。SiC颗粒能抑制基体晶粒长大,使晶粒得到细化,其中镀镍SiC颗粒效果较明显,提高铜基复合材料的硬度和抗拉强度。但是加入SiC颗粒后使基体孔隙率变大、延伸率变小。(3)在复合材料中,SiC颗粒具有良好的抗磨效果,铜合金基体中加入SiC颗粒后,能够明显降低复合材料的磨损质量。由于镀镍SiC颗粒与基体界面结合良好,镀镍SiC颗粒增强铜基复合材料磨损表面的划痕比较整齐,镀镍SiC颗粒比未镀镍SiC颗粒的磨损量更小。
  在粉末冶金法制备基础上,通过半固态搅拌连续铸造法制备SiC颗粒增强铜基复合材料。具体研究为:(1)改进原有连铸设备,包括:炉体、石墨坩埚、结晶器、感应加热线圈、搅拌装置以及循环水路。(2)使用改进后连铸设备,顺利制得连铸棒材。得到最佳半固态铸造工艺参数为:搅拌速度为400r/min,拉拔温度为1045℃,拉速为20mm/min。(3)在半固态铸造试样中,当加入SiC颗粒后,半固态复合材料的抗拉强度从400MP提高到497MPa,复合材料的断裂方式主要为韧性断裂。
[硕士论文] 李国鑫
控制工程 内蒙古大学 2017(学位年度)
摘要:矿热炉作为我国生产电石和铁合金的主体设备,目前其仿真系统大部分是二维模式,针对矿热炉车间的三维仿真系统的研究较少。随着虚拟现实技术的日渐成熟,虚拟现实与传统工业相结合成为研究的一个大方向。本论文利用虚拟引擎Unity3d和主流建模软件3ds Max,以大唐国际再生能源有限公司鄂尔多斯铁合金分厂的矿热炉车间作为研究对象,设计开发了矿热炉车间虚拟仿真系统,无论在生产控制和指导教学等方面都具有重要意义。论文的主要完成的工作如下:
  1.对现场图片和设备工艺的分析,利用3ds Max建立了设备模型,完成了模型从创建、优化到材质贴图的实现过程;然后将模型导入Unity3d进行场景管理,为后续的工作奠定了开发基础。
  2.通过分析系统平台及各功能模块的需求,在Unity3d中对系统GUI界面进行了功能设计。运用3ds Max动画系统和Unity3d粒子系统,完成了矿热炉车间内的设备动画。并通过C#编程,实现了车间巡游、设备浏览以及硅铁冶炼流程演示等功能。
  3.在Unity3d环境中对仿真系统进行了测试,解决了测试过程中发现的问题。系统调试成功后,发布到了PC端,完成系统的设计。
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