预焙炭阳极环形槽炭碗设计的仿真研究

在工业铝电解槽阳极中,炭碗底部由于存在较大的铁-炭间隙而无法导电.针对这一弊端,提出了一种环形开槽的阳极炭碗设计.采用数值模拟的方法,考察了环形槽炭碗设计对阳极物理场的影响及机理.数值计算结果表明,在重力作用下,工业阳极炭碗底部存在1.2mm左右的初始铁-炭间隙,而环形槽炭碗设计能够将炭碗底部的初始铁-炭间隙降低到约0.2mm.因此,阳极运行时,采用环形槽炭碗的阳极中磷生铁和钢爪的热膨胀能够使炭碗底部的铁-炭间隙闭合,从而与炭碗底部产生接触应力,进而增加炭碗导电面积、改善阳极电流分布.采用环形槽炭碗设计能够降低阳极电压降约22mV,而对阳极温度场分布没有显著影响.     

电解铝用阳极钢爪浸蘸石墨模式的新探索

针对电解铝用阳极钢爪浸蘸石墨传统模式存在的不足,进行分析、探索和改进,研发了新的模式,解决了石墨粉不能均匀涂在钢爪表面的问题,对降低磷铁压降、利于钢爪与磷铁分离以及保护钢爪不受铁水侵蚀起到非常重要的作用.     

300M超高强度钢电化学性能及应力腐蚀开裂

采用动电位扫描技术和慢应变速率拉伸试验研究了超高强度钢300M在3.5%NaCl溶液中的应力腐蚀行为,并利用扫描电镜观察了不同外加电位下的断口形貌.300M钢在3.5%NaCl溶液中开路电位下的应力腐蚀开裂机制为阳极溶解型,Cl-的存在明显地增加了材料的应力腐蚀开裂敏感性.阳极电位-600 mV下300M钢溶解速率加快,表现出较高的应力腐蚀开裂敏感性,断面收缩率损失由开路电路下的52.6%升高至99.5%,裂纹起源于表面点蚀坑处,应力腐蚀开裂为阳极溶解型机制.阴极电位-800 mV下材料处于阴极保护电位范围,表现出较低的应力腐蚀开裂敏感性,强度和韧度与空气中拉伸的数值相近,开裂机制为阳极溶解和氢致开裂协同作用.在更低电位(低于-950 mV)下,300M钢的应力腐蚀开裂机制为氢致开裂,在氢和拉应力的共同作用下表现出很大的应力腐蚀开裂敏感性.     

优化磷生铁配方,提高浇铸质量

该文通过对磷生铁配比优化的研究发现：调整后的磷生铁配比更能满足提高生产效率及降低导杆组修理费用的需要,生产运行统计表明：优化后每月带铁环导杆组下线量降低200组,钢爪松动现象明显降低。     

传力杆参数对杆周混凝土力学响应的影响

建立三维有限元实体模型,将混凝土-传力杆摩擦系数、传力杆直径、传力杆布设间距、面板厚度作为影响因子,采用单因子轮换法,分析传力杆杆周混凝土力学响应的变化规律.结果表明,随着混凝土-传力杆摩擦系数的增大,最大水平拉应力显著减小,而竖向拉应力不降反增,故存在合理的界面摩擦系数;在传力杆直径从28 mm增加到36 mm过程中,界面应力水平下降幅度较大;随着传力杆布设间距的增大,界面应力不断增长,且增长速度随着间距的增加而增加;增加面板的厚度,会少量降低杆周围混凝土的各应力水平.     

外加电位对X80钢在满洲里土壤应力腐蚀的影响

针对埋地管道应力腐蚀开裂（SCC）问题,开展了X80管线钢（X80钢）在满洲里土壤模拟溶液中的SCC研究,以期对X80钢的SCC防护提供数据支撑。采用交流阻抗技术、动电位极化技术和慢应变速率拉伸实验研究了X80钢在不同外加电位下满洲里土壤模拟溶液中的SCC行为,并用扫描电镜观察了断口表面微观形貌。结果表明：自腐蚀电位下,X80钢裂纹萌生于点蚀坑处,SCC机制为阳极溶解（AD）;在外加电位为-850 mV和-930 mV时,X80钢的应力腐蚀受到抑制作用,SCC敏感性较低,-850 mV为最佳阴极保护电位。这两个电位下X80钢SCC机制为AD和氢致开裂（HIC）混合机制,其中-930 mV下SCC机制由HIC占主导地位;在外加电位为-1 000 mV和-1 200 mV时,X80钢表现出较高的SCC敏感性,SCC机制为氢和应力协同作用下的HIC。     

电解铝阳极压降改善的途径与措施

通过对铝电解用阳极的电能耗进行分析,从阳极结构组成方面详细分析了影响阳极压降的因素,对改善阳极压降的措施进行了总结和对比,综述了如何降低阳极压降是降低铝电解电耗的有效途径.     

板件厚度对钢桥面板顶板纵肋焊接残余应力的影响分析

为考察板件厚度变化对正交异性钢桥面板顶板-纵肋焊接残余应力的影响规律,采用ANSYS有限元软件的生死单元技术和热-结构耦合分析方法,对顶板-纵肋焊接细节进行了数值模拟,得到其焊接残余应力分布,并重点分析了板件厚度变化对焊接残余应力的影响规律.研究结果表明,横向残余应力在焊趾和焊根附近达到最大值,其数值约为材料屈服强度的2/3;纵向残余应力在焊缝中心处达到最大值,其数值已超过材料屈服点.板件厚度变化对纵向残余应力影响不明显,对横向残余应力影响较大,当顶板件厚度由12 mm增大到20 mm时,横向残余应力最大值增加45%.基于分析结果,建立了不同板件厚度的焊接残余应力统一分布模型,为顶板-纵肋焊接残余应力的研究与设计提供参考.     

基于Solidworks Simulation的阳极夹具有限元分析

阳极夹具是碳素厂阳极焙烧车间用于搬运阳极炭块的专用设备.介绍了阳极夹具的结构和工作原理.应用Solidworks Simula-ti on有限元分析软件,对夹具整体进行有限元分析.结果表明:夹具应力最大值出现在夹臂臂杆与夹头的连接拐角处；夹具的整体应力值小于120 MPa,整体变形量约为27.83 mm,满足设计要求.     

渣池助熔技术制备阳极钢爪材料的性能研究

引入电渣冶金技术,利用助熔剂渣池保护技术制造方法,制备阳极再生材料。利用金相、SEM、热膨胀仪等手段对再生阳极的性能进行测试。结果表明,得到再生材料的抗拉强度和导电性优于现有的焊接技术修复的阳极钢爪材料,所制备的钢爪实现了再生材料与导电杆的全截面连接,大大降低电解铝生产的电能和阳极钢爪消耗。     

介电弹性体复合材料的热力学和热机电稳定性

本文研究了硅橡胶介电弹性体复合材料的热力学和热机电稳定性.考虑温度、掺杂和电致伸缩变形的耦合影响,建立介电弹性体复合材料的介电常数模型,从而构建系统的电场能,基于此耦合发展的Ogden模型研究复合材料的热力学性能和热机电稳定性性能.结果表明,当电致伸缩系数减小,或材料常数比减小,或温度增加,或唯象学参数增加,或电致伸缩系数比增加时,介电弹性体临界名义电场增加,从而热力学系统的稳定性增强.这些结论对于硅橡胶纳米复合材料的设计和制备及其应用器件研究有巨大帮助.     

沉积型含油污泥微生物燃料电池的性能

以含油污泥为阳极底物构筑了沉积型微生物燃料电池(SMFC),通过检测输出电压、功率密度、表观内阻和原油去除效果等性能指标,分别考察了阳极填料、电极面积、pH对SMFC的性能影响.结果表明:相比活性炭填料,碳毡填料使SMFC发电性能更优且原油去除率提高了8.03%;增加电极面积,SMFC内阻减小、发电性能和原油去除率得到提升;酸性或碱性阳极底物不利于SMFC发电和降解油污,而阳极底物的pH=7.5时,SMFC的发电及油污降解性能最佳,输出电压和原油去除率分别达373.7 mV、45.36%.     

富氢气体直接还原铁矿石及其碳沉积行为

焦炉煤气改质后可用于生产直接还原铁, 为炼钢提供优质的原料. 利用热重分析法, 研究了H₂ 与CO 物质的量比(H₂/CO)、温度对铁矿石球团矿还原速率及其碳沉积速率的影响. 实验结果表明: H₂ 的还原能力大于CO, 且随着混合气体中H₂ 含量的增加, 铁矿石球团矿的 还原速率增大; 当H₂/CO 比大于8/2 时, 增加H₂ 含量对还原速率影响减小; 在铁矿石还原 后期出现碳沉积, 且碳沉积速率随着H₂ 含量的增加而减小; 低温易于碳沉积, 但当温度高于 850 °C 时, 碳沉积得到抑制.     

厌氧流化床微生物燃料电池堆栈产电性能

研究了三级液固厌氧流化床微生物燃料电池（MFC）串并联的产电性能.同时考察了活性炭装填高度、阳极面积等因素对燃料电池产电性能的影响.结果表明：将燃料电池串联时,总电压为1 500 mV,等于3个单级电池的电压之和,能够有效地提高燃料电池的输出电压,最大功率密度为0.28 W·m-2.而并联时,输出电压仅为450 mV左右,和单级电池输出电压大体相当,最大功率密度为0.074 W·m-2.活性炭的装填高度增加1倍,电压升高了20％左右.阳极面积增加1倍,产电量增大了30％.     

MgO和矿焦混装对烧结矿熔滴性能的影响

以不同质量分数的MgO烧结矿为原料,考察了MgO质量分数以及矿焦混装对熔化温度、熔化区间以及最大压差的影响,并对熔化温度的变化进行了理论分析.研究表明:当烧结矿中MgO质量分数由1.3%增加至2.0%时,熔化开始温度基本不变,熔化终了温度升高,熔化区间(t_○D-t_○S)由156℃增加到207℃,最大压差Δp_○max由10kPa增加到11kPa;当w(MgO)=2.0%,且烧结矿与矿焦混装时,熔化开始温度由1312℃增加到1324℃,熔化终了温度由1519℃降低到1480℃,熔化区间t_○D-t_○S由207℃降低到156℃,最大压差Δp_○max由11kPa降低到7kPa,故使用矿焦混装可改善高炉熔滴性能.     

光触发晶闸管光开启特性的研究

本文对大功率直接光触发晶闸管的开通特性进行了测试分析。实验表明,随着光脉冲宽度的增加,临界光脉冲幅值有所降低;在脉宽不变时,延迟时间t_d随光脉冲幅值的增加近似成双曲函数下降,在光脉冲宽度和幅值都不变时,上升时间t_r随阳极电流I_A增加而增加,t_d基本不变。t_r和t_d都随阳极电压V_A的增加而减小。     

宽厚板坯连铸结晶器流场、温度场及应力场的耦合数值模拟

利用ProCAST软件对2400 mm×400 mm宽厚板坯结晶器建立三维动态模型,采用移动边界法实现结晶器内流场、温度场及应力场的耦合模拟.结果表明：考虑凝固坯壳的影响,下回流区位置向铸坯中心靠拢,真实反映了钢液在连铸结晶器内的流动情况.自由液面的钢液从窄面流向水口,速度先增大后减小,距水口约0.7 m处,出现最大表面流速,约为0.21 m· s-1.结晶器出口坯壳窄面中心厚度最小且由中心向两侧逐渐增大,最小厚度约为10.4 mm;受流股冲击影响较弱的宽面坯壳与窄面相比生长更均匀,宽面偏角部和中心的坯壳厚度分别为18.9 mm和27.6 mm.铸坯坯壳应力变化趋势与温度基本保持一致,表明初凝坯壳应力主要是热应力.结晶器内铸坯宽窄面上的等效应力均沿着结晶器高度下降方向呈增大趋势,铸坯角部、宽面中心及窄面中心位置的最大应力各约为200、100和25 MPa.     

碳基燃料气体组成和运行温度对固体氧化物燃料电池开路电压的影响

以最小Gibbs自由能法计算固体氧化物燃料电池在不同组成碳基燃料气体组成下的理论积碳量,在此基础上讨论电池的理论开路电压( OCV),并测试在CO2重整甲烷下Ni-YSZ∥YSZ∥LSM阳极支撑固体氧化物燃料电池的OCV.计算表明,理论积碳量从C-H-O相图的C角往积碳界线处以均匀速率减小.当积碳全部发生电化学氧化时,建议提高燃料气的碳氢比以获得较高OCV；反之则建议减小碳氢比.当燃气组分接近位于C-H-O相图中OCV界线( OCV=0 V)时,OCV会发生急剧下降.同样地,实验表明,当燃气中CO2体积分数高于80%,会使得OCV大幅下降.综上可知,燃料气组分控制在积碳界线附近将有利于减少积碳并保证一定的电池发电性能.600℃时,在积碳界线的非积碳区侧,提高燃气中氢含量可提高OCV.而采用相同含量的CO2稀释时,CH4、H2和CO燃气下电池的OCV则依次降低.另外,实验表明升高外重整比例和降低温度,并不能显著提高OCV.     

破片侵彻含内衬碳纤维复合材料圆筒损伤机理

为研究含内衬碳纤维复合材料圆筒在破片侵彻下的损伤机理,基于LS-DYNA有限元仿真软件,采用Chang-Chang损伤准则和Cohesive界面单元,建立了考虑分层损伤的含内衬碳纤维复合材料圆筒在破片侵彻下的数值仿真模型。通过仿真计算破片对碳纤维复合材料圆筒的动态侵彻过程,得到了碳纤维层和金属内衬层的应力云图和损伤结果,研究了含内衬复合材料圆筒在破片侵彻作用下的损伤机理、吸能特性和破片初始速度对复合材料圆筒损伤模式的影响。研究结果表明：含内衬复合材料圆筒的损伤状态包括纤维断裂、层间分层、内衬凹陷、内衬破孔和复合材料层与内衬层分离。当破片速度为300 mm/s时,复合材料层的层间分层损伤程度处于较低状态,内衬层凹陷程度最大并形成破孔,复合材料层和内衬层的分离程度最大,内衬层的吸能比达到最大;当破片速度小于300 mm/s时,破片未完全穿透圆筒,复合材料层和内衬层的损伤程度较低,复合材料吸能比大于内衬层吸能比;当破片速度大于300 mm/s时,复合材料层的损伤模式为剪切冲塞,层间分层面积逐渐增大,内衬层凹陷程度逐渐降低,分离程度逐渐降低,内衬层吸能比降低并稳定在0.53左右。