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基于深度學(xué)習(xí)的釩鈦磁鐵礦高爐鐵水溫度預(yù)測(cè)模型研究

2025, 46(5): 1-12. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2025.05.001

摘要(102) HTML(33) PDF(23)

摘要:
準(zhǔn)確及時(shí)地掌握鐵水溫度對(duì)保證釩鈦磁鐵礦高爐冶煉平穩(wěn)順行和提高鐵水質(zhì)量十分重要。基于長(zhǎng)期生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，融合領(lǐng)域知識(shí)和數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)方法，構(gòu)建了基于注意力機(jī)制和LSTM的鐵水溫度預(yù)測(cè)模型。首先，結(jié)合冶煉經(jīng)驗(yàn)、規(guī)則與數(shù)據(jù)分析技術(shù)構(gòu)建釩鈦磁鐵礦高爐冶煉過程特征矩陣，并通過降維技術(shù)將特征維度減少至28維，降低了預(yù)測(cè)復(fù)雜度。其次，將不同時(shí)間窗口的歷史操作數(shù)據(jù)作為輸入，構(gòu)建基于LSTM架構(gòu)的多時(shí)間步預(yù)測(cè)模型，并引入深度學(xué)習(xí)中的注意力機(jī)制提升關(guān)鍵特征的權(quán)重，以提高預(yù)測(cè)精度。結(jié)果表明，該模型在命中率（±5 ℃）達(dá)到92.5%，初步實(shí)現(xiàn)了釩鈦磁鐵礦高爐鐵水溫度高精度預(yù)測(cè)，為高爐爐況判斷和操作優(yōu)化提供了重要參考。

基于圖像識(shí)別的高爐風(fēng)口剩余使用壽命預(yù)測(cè)模型研究

廖哲晗, 武建龍, 黃俊杰, 郭宏烈, 徐健

2025, 46(5): 13-22. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2025.05.002

摘要(52) HTML(21) PDF(11)

摘要:
高爐風(fēng)口作為爐內(nèi)熱量的主要來源，其狀態(tài)檢測(cè)目前主要依賴人工經(jīng)驗(yàn)判斷，常導(dǎo)致?lián)p壞風(fēng)口更換不及時(shí)，造成不必要的停產(chǎn)檢修。為解決上述問題，提出了一種專為風(fēng)口剩余使用壽命（Remaining Useful Life, RUL）預(yù)測(cè)的機(jī)器學(xué)習(xí)模型BVT-RULNet，該模型采用集成學(xué)習(xí)（Ensemble Learning, EL）策略，集成三個(gè)結(jié)構(gòu)相同的基分類器，每個(gè)基分類器均包含一個(gè)VGG16卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（Convolutional Neural Network, CNN）前端和一個(gè)視覺Transformer（Vision Transformer, ViT）模塊。在模型訓(xùn)練過程中，采用基于風(fēng)口完整生命周期圖像構(gòu)建的離散RUL數(shù)據(jù)集，在測(cè)試過程中，則采用獨(dú)立的測(cè)試數(shù)據(jù)集。結(jié)果表明，模型在測(cè)試數(shù)據(jù)集上的評(píng)估指標(biāo)表現(xiàn)優(yōu)異，準(zhǔn)確率、精確率、召回率和F₁分?jǐn)?shù)分別達(dá)到85.14%、84.70%、84.59%和84.64%，均優(yōu)于對(duì)比模型。因此，BVT-RULNet模型在風(fēng)口RUL分類識(shí)別與預(yù)測(cè)方面具有較高的準(zhǔn)確性和泛化能力，為高爐風(fēng)口狀態(tài)智能監(jiān)測(cè)提供了有效的解決方案。

高爐渣熔滴連續(xù)凝固過程的數(shù)值模擬

馮鵬博, 樓國鋒, 武新晨, 肖永力

2025, 46(5): 23-32. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2025.05.003

摘要(47) HTML(19) PDF(10)

摘要:
高爐渣熔滴在冷卻過程中的結(jié)晶行為會(huì)降低其商業(yè)價(jià)值，為了研究不同冷卻條件下熔滴的凝固行為特征，將熔滴的飛行模型以及高爐渣結(jié)晶模型相結(jié)合對(duì)熔滴的連續(xù)凝固過程進(jìn)行了數(shù)值模擬研究。結(jié)果表明：熔滴粒徑的增加會(huì)導(dǎo)致其表面結(jié)殼所需距離大幅度增加，冷卻后的平均晶相含量也會(huì)增加，熔滴粒徑通過影響內(nèi)部導(dǎo)熱速率與冷卻均勻性，成為主導(dǎo)凝固行為與晶相生長(zhǎng)的關(guān)鍵因素。5 mm 熔滴在 15 m/s 初速度下，冷卻全程不反熔需水平飛行 16 m，當(dāng)對(duì)流換熱系數(shù)從70 W/（m²·K）提至150 W/（m²·K）時(shí)，所需距離縮短至 12 m。冷卻條件需相互匹配，即表面結(jié)殼時(shí)延長(zhǎng)飛行距離可降低初級(jí)流化床內(nèi)冷卻強(qiáng)度要求，增大初級(jí)流化床內(nèi)冷卻強(qiáng)度能縮小造粒裝置尺寸。

釩鈦礦鋼鐵生產(chǎn)流程數(shù)字孿生技術(shù)發(fā)展與展望

劉偉韜, 劉功國, 劉書含, 孫文強(qiáng)

2025, 46(5): 33-45. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2025.05.004

摘要(48) HTML(23) PDF(10)

摘要:
釩鈦磁鐵礦作為戰(zhàn)略性資源，其高效冶煉對(duì)我國鋼鐵工業(yè)至關(guān)重要。釩鈦磁鐵礦冶煉過程中面臨礦中鈦元素回收率低、工藝流程智能化程度欠缺、高爐冶煉技術(shù)優(yōu)化難度高、綜合能源智慧管理欠缺等問題，影響其產(chǎn)品升級(jí)和產(chǎn)能提高。數(shù)字孿生技術(shù)通過構(gòu)建虛實(shí)融合的智能系統(tǒng)，可助力實(shí)現(xiàn)釩鈦礦鋼鐵生產(chǎn)全流程的工藝優(yōu)化、設(shè)備研發(fā)和智能控制。目前，相關(guān)研究尚處于探索階段，研究成果較少且缺乏系統(tǒng)性。為此，介紹了數(shù)字孿生的內(nèi)涵與發(fā)展歷史，系統(tǒng)梳理了數(shù)字孿生在釩鈦礦鋼鐵生產(chǎn)流程中的研究熱點(diǎn)，總結(jié)了相關(guān)研究結(jié)果與工程實(shí)踐，展望了數(shù)字孿生技術(shù)未來的發(fā)展趨勢(shì)，為后續(xù)研究人員提供研究思路，以促進(jìn)數(shù)字孿生技術(shù)應(yīng)用，提升我國特色釩鈦資源利用與鋼鐵智能制造水平。

基于重要性度量的脫硫劑加入量預(yù)測(cè)特征選擇方法

趙海杰, 但斌斌, 劉洋, 任澤宇, 都李平, 周純

2025, 46(5): 46-53, 64. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2025.05.005

摘要(36) HTML(14) PDF(7)

摘要:
針對(duì)鐵水KR脫硫生產(chǎn)工序中參數(shù)維度高、特征冗余性強(qiáng)以及目標(biāo)變量與特征間相關(guān)性較弱的問題，提出了一種基于重要性度量的集成式特征選擇方法IMFS（Feature selection based on importance measure）。在過濾式預(yù)篩選階段，通過最大互信息系數(shù)（MIC）度量各參數(shù)與目標(biāo)變量的關(guān)聯(lián)性以及各參數(shù)之間冗余性，并根據(jù)最大相關(guān)、最小冗余準(zhǔn)則縮小候選參數(shù)規(guī)模；在嵌入式精選階段，引入LightGBM算法作為量化信息貢獻(xiàn)度與數(shù)據(jù)敏感度的依托模型，采用熵權(quán)法對(duì)雙重度量結(jié)果進(jìn)行賦權(quán)融合；最后，根據(jù)特征重要性系數(shù)，結(jié)合GBT序列向前搜索策略優(yōu)化特征子集。試驗(yàn)結(jié)果表明，IMFS相較于其他方法，在消除冗余特征和提升預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性方面具有顯著優(yōu)勢(shì)，并且能夠有效平衡特征數(shù)量與預(yù)測(cè)精度。

立式行波磁場(chǎng)作用下板坯連鑄過程金屬液流動(dòng)與渣金界面動(dòng)力學(xué)行為模擬分析

許琳, 裴群武, 高兢

2025, 46(5): 54-64. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2025.05.006

摘要(31) HTML(11) PDF(6)

摘要:
在綠色低碳發(fā)展趨勢(shì)下，當(dāng)代冶金工業(yè)追求高速高效連鑄以促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展。鑒于此，提出一種立式行波磁場(chǎng)控流技術(shù)，旨在優(yōu)化和控制金屬液流動(dòng)行為，克服現(xiàn)存技術(shù)局限，為連鑄過程的綠色低碳轉(zhuǎn)型提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。研究過程以1450 mm×230 mm斷面連鑄板坯結(jié)晶器為對(duì)象，首先建立結(jié)晶器電磁連鑄過程三維多物理場(chǎng)耦合數(shù)學(xué)模型，其次模擬研究無磁場(chǎng)、立式行波磁場(chǎng)及全幅一段水平直流磁場(chǎng)作用下板坯連鑄結(jié)晶器內(nèi)金屬液流動(dòng)與渣金界面行為，最后對(duì)比評(píng)價(jià)兩種磁場(chǎng)形式對(duì)結(jié)晶器內(nèi)鋼液流動(dòng)控制效果的影響。結(jié)果表明，無磁場(chǎng)作用時(shí)，渣金界面最大高度為22.3 mm；當(dāng)全幅一段電磁制動(dòng)器施加的電流為1350 A時(shí)，渣金界面最大高度降至18.6 mm；而當(dāng)立式行波磁場(chǎng)減速器施加的電流僅為600 A時(shí)，渣金界面最大高度顯著降至13.9 mm?？梢?，相較于全幅一段電磁制動(dòng)器，立式行波磁場(chǎng)控流器能以更低能耗實(shí)現(xiàn)對(duì)結(jié)晶器內(nèi)上回流區(qū)鋼液流動(dòng)的有效控制，從而穩(wěn)定渣金界面波動(dòng)，防止表面卷渣。

基于機(jī)器學(xué)習(xí)的板坯加熱爐性能預(yù)測(cè)模型研究

劉勇, 寧榛, 廖哲晗, 朱焱麟, 唐政, 付芹, 鄧超

2025, 46(5): 65-74. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2025.05.007

摘要(52) HTML(21) PDF(9)

摘要:
基于國內(nèi)某鋼鐵廠1 450 mm熱連軋加熱爐生產(chǎn)線采集的8297組數(shù)據(jù)，建立了四組不同輸入變量的XGBoost和LSTM模型，對(duì)出爐鋼溫、單耗和燒損進(jìn)行了預(yù)測(cè)和比較分析。結(jié)果表明，LSTM模型在出爐鋼溫和燒損的預(yù)測(cè)中表現(xiàn)出色，決定系數(shù)R²均超過0.95，預(yù)測(cè)精度和穩(wěn)定性均較高；而XGBoost模型在單耗預(yù)測(cè)方面表現(xiàn)優(yōu)異，決定系數(shù)達(dá)0.94以上變化趨勢(shì)穩(wěn)定。通過對(duì)比分析得出，LSTM在出爐鋼溫和燒損的預(yù)測(cè)中具有更高的可靠性，而XGBoost在單耗預(yù)測(cè)上精度更高。研究還顯示，LSTM因門控機(jī)制擅長(zhǎng)捕捉時(shí)序依賴（如鋼溫、燒損），而XGBoost通過特征組合優(yōu)化對(duì)靜態(tài)參數(shù)（如單耗）更敏感。將兩種模型聯(lián)合建模構(gòu)建LSTM-XGBoost聯(lián)合模型，分別處理時(shí)序特征與靜態(tài)特征，應(yīng)用于加熱爐工藝控制，可進(jìn)一步提升出爐鋼溫、單耗和燒損的預(yù)測(cè)精度，為鋼鐵行業(yè)加熱工藝的優(yōu)化控制和資源的高效利用提供了理論支持與數(shù)據(jù)依據(jù)。

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)的P650無磁鉆鋌用鋼高溫流變行為研究

王英虎, 程禮梅, 王建強(qiáng), 王婀娜, 宋令璽, 盛振東

2025, 46(5): 75-84. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2025.05.008

摘要(35) HTML(10) PDF(6)

摘要:
通過Gleeble-3500熱模擬試驗(yàn)機(jī)對(duì)P650高氮鋼進(jìn)行1000～1150 ℃、應(yīng)變速率0.01～10 s^?1條件下的高溫拉伸試驗(yàn)，獲取流變應(yīng)力-應(yīng)變曲線?；谠囼?yàn)數(shù)據(jù)，分別構(gòu)建應(yīng)變補(bǔ)償Arrhenius本構(gòu)模型與人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ANN）模型，并采用平均絕對(duì)相對(duì)誤差、均方根誤差和相關(guān)系數(shù)系統(tǒng)評(píng)價(jià)模型預(yù)測(cè)性能。結(jié)果表明，ANN模型通過單隱藏層拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（含17個(gè)神經(jīng)元）實(shí)現(xiàn)了溫度、應(yīng)變速率及應(yīng)變與流變應(yīng)力的高精度非線性映射。其預(yù)測(cè)結(jié)果與試驗(yàn)值高度吻合（r=0.996，E_AARE=4.63%，E_RMSE=6.721 MPa），顯著優(yōu)于傳統(tǒng)Arrhenius模型（r=0.975，E_AARE=7.94%，E_RMSE=16.032 MPa）。研究表明人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能夠有效捕捉復(fù)雜熱變形行為的本構(gòu)關(guān)系特征，為建立高精度流變應(yīng)力預(yù)測(cè)模型及材料加工工藝優(yōu)化提供了改進(jìn)策略。

雙軸拉伸狀態(tài)下CoCrFeNiCu_x高熵合金應(yīng)力應(yīng)變行為研究

張家樂, 趙建平, 常樂

2025, 46(5): 85-92. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2025.05.009

摘要(37) HTML(10) PDF(6)

摘要:
采用分子動(dòng)力學(xué)(MD)方法，模擬了CoCrFeNiCu_x（x=0.5、1.0、2.0和3.0）高熵合金在不同應(yīng)變速率下的雙軸拉伸行為。分析了銅含量和應(yīng)變率對(duì)雙軸拉伸應(yīng)力應(yīng)變行為及微觀變形機(jī)理的影響。結(jié)果表明，CoCrFeNiCu_x高熵合金在雙軸拉伸過程中，面心立方（FCC）結(jié)構(gòu)和不規(guī)則原子結(jié)構(gòu)可以相互轉(zhuǎn)化。隨著Cu含量的增加，CoCrFeNiCu_x高熵合金的楊氏模量、屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度呈下降趨勢(shì)，而應(yīng)變率的增加則會(huì)提高其抗拉強(qiáng)度和斷裂應(yīng)變。與單軸拉伸相比，兩種應(yīng)力狀態(tài)下的應(yīng)力應(yīng)變行為均表現(xiàn)出應(yīng)變硬化及應(yīng)變率強(qiáng)化效應(yīng)。然而，在雙軸載荷作用下，其屈服強(qiáng)度有所提升，但抗拉強(qiáng)度和失效應(yīng)變均顯著降低。此項(xiàng)研究將為該合金的設(shè)計(jì)和制備提供重要的參考價(jià)值。

軋制工藝對(duì)低碳微Nb鋼變形抗力及其模型的影響研究

鄭萬杰, 龐厚君, 曾武, 王運(yùn)峰, 徐光, 田俊羽

2025, 46(5): 93-101. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2025.05.010

摘要(32) HTML(15) PDF(7)

摘要:
金屬變形時(shí)的變形抗力受到多種因素的影響，其中變形溫度、變形工藝以及應(yīng)變誘導(dǎo)相變均會(huì)對(duì)變形抗力造成影響。以低碳微Nb鋼為對(duì)象，在Gleeble-3500熱模擬試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行熱壓縮試驗(yàn)，同時(shí)在高溫激光共聚焦顯微鏡上輔助觀察常規(guī)熱裝和高溫直軋兩種工藝下的高溫原位形貌。結(jié)果表明，隨著變形溫度從800 ℃上升到1050 ℃，高溫直軋工藝下的最大變形抗力從220.9 MPa降低到138.9 MPa，而常規(guī)熱裝工藝下的最大變形抗力從227.9 MPa降低到143.8 MPa。這主要是因?yàn)殡S著溫度的升高，熱激活能逐漸加強(qiáng)，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)更加容易，使得變形抗力降低。此外，在相同溫度變形時(shí)，常規(guī)熱裝工藝的變形抗力大于高溫直軋工藝，這是由于常規(guī)熱裝工藝下的原始奧氏體晶粒尺寸（98.7 μm）小于高溫直軋工藝（107.0 μm）。常規(guī)熱裝工藝在再次加熱前的降溫過程中會(huì)發(fā)生鐵素體相變，再加熱后重新奧氏體化，使得新生成的奧氏體晶粒要小于原始奧氏體晶粒，故常規(guī)熱裝工藝下晶粒尺寸小，細(xì)晶強(qiáng)化作用更強(qiáng)，導(dǎo)致變形抗力的增加。與此同時(shí)，對(duì)不同軋制工藝下變形抗力試驗(yàn)數(shù)據(jù)利用管克智、周紀(jì)華變形抗力模型進(jìn)行擬合修正，建立了試驗(yàn)鋼在高溫變形時(shí)的變形抗力預(yù)測(cè)模型，常規(guī)熱裝工藝模型和高溫直軋工藝模型的決定系數(shù)R²分別達(dá)到了0.9865和0.9826，表明模型的預(yù)測(cè)結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果擬合程度較高。

機(jī)器學(xué)習(xí)在板帶冷軋工業(yè)的深度應(yīng)用：機(jī)遇與挑戰(zhàn)

宗男夫, 齊振, 荊濤, 沈厚發(fā), JEAN-CHRISTOPHEGebelin, MARYAMKhaksar Ghalati

2025, 46(5): 102-110. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2025.05.011

摘要(41) HTML(27) PDF(8)

摘要:
板帶冷軋是鋼鐵制造流程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，但長(zhǎng)期以來面臨著板形缺陷、厚度波動(dòng)和軋機(jī)振動(dòng)等問題，這些因素顯著影響冷軋生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)通過分析海量工藝數(shù)據(jù)，為實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)和消除潛在缺陷提供解決方案?；跉v史與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，機(jī)器學(xué)習(xí)算法能夠識(shí)別軋制力、輥縫、軋速等工藝參數(shù)與板形、厚度均勻性等質(zhì)量指標(biāo)間的復(fù)雜關(guān)聯(lián)規(guī)律，實(shí)現(xiàn)工藝參數(shù)的動(dòng)態(tài)優(yōu)化，在保證產(chǎn)品一致性的同時(shí)有效降低廢品率和停機(jī)時(shí)間。機(jī)器學(xué)習(xí)驅(qū)動(dòng)的預(yù)測(cè)模型支持對(duì)軋制過程進(jìn)行前瞻性調(diào)控，從源頭上減少缺陷產(chǎn)生，提升整體效能。機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)的應(yīng)用不僅提高了冷軋過程的精度與可靠性，更帶來顯著的成本節(jié)約和產(chǎn)能提升。

基于集成學(xué)習(xí)-堆疊模型的高鈦渣中TiO₂品位預(yù)測(cè)與優(yōu)化

周開敏, 蔡金秋, 王凱旋, 侯彥青, 侯郊, 王建國

2025, 46(5): 111-122. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2025.05.012

摘要(31) HTML(11) PDF(7)

摘要:
TiO₂是高鈦渣的主要成分，廣泛應(yīng)用于涂料、塑料、造紙、化妝品等多個(gè)工業(yè)領(lǐng)域。提出一種基于堆疊模型的TiO₂ 品位預(yù)測(cè)方法，結(jié)合隨機(jī)森林（RF）、梯度提升機(jī)（GBM）和支持向量回歸（SVR），采用集成學(xué)習(xí)優(yōu)化高鈦渣中TiO₂ 品位的預(yù)測(cè)精度。數(shù)據(jù)來自冶金廠的原始生產(chǎn)數(shù)據(jù)，結(jié)合數(shù)據(jù)處理、特征衍生等手段，通過降維技術(shù)將特征變量從33個(gè)減少到15個(gè)，篩選出了更有價(jià)值的特征變量。試驗(yàn)結(jié)果表明，堆疊回歸模型在驗(yàn)證集和測(cè)試集上表現(xiàn)優(yōu)異，R²值為0.9249，MAPE值為0.29%和0.30%，MSE值為0.177和0.182，統(tǒng)計(jì)表現(xiàn)均優(yōu)于單一模型。SHAP值分析顯示，TiO₂ 與FeO質(zhì)量比和C百分比含量等特征變量在一定范圍內(nèi)能夠提高TiO₂ 品位。此外，結(jié)合堆疊模型，基于蒙特卡洛試驗(yàn)確定了關(guān)鍵特征變量的最佳范圍，如TiO₂/FeO比率（1.70至2.12）和TiO₂/C比率（0.50至0.58）。該方法避免了傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)型方法中的配料嘗試與能源浪費(fèi)，有助于節(jié)能減排，提升鈦渣的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

TAExplorer：影響鈦合金性能的關(guān)鍵因素可視化探索

何逸蕾, 寧榛, 吳蝶, 張煜, 段慶潮, 蒲劍蘇, 朱焱麟

2025, 46(5): 123-132. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2025.05.013

摘要(51) HTML(19) PDF(9)

摘要:
鈦合金具有高強(qiáng)度，優(yōu)秀的耐腐蝕性和耐熱性等特點(diǎn)，因此被航空航天、化工和醫(yī)療等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。由于鈦合金的性能取決于它的結(jié)構(gòu)特征，不同應(yīng)用領(lǐng)域?qū)τ阝伜辖鹦阅艿囊蟛槐M相同，專家們一直致力于通過試驗(yàn)試錯(cuò)方法來設(shè)計(jì)和獲得具有目標(biāo)性能的新材料，以及尋找影響鈦合金性能的工藝因素。然而鈦合金的制作工藝復(fù)雜，時(shí)間成本過長(zhǎng)，利用傳統(tǒng)方法來找到合適的材料非常困難。目前基于機(jī)器學(xué)習(xí)的方法被引入并用于材料預(yù)測(cè)，但是為領(lǐng)域?qū)＜以O(shè)計(jì)的、能夠?qū)C(jī)器學(xué)習(xí)模型進(jìn)行直觀性能比較和分析的學(xué)習(xí)工具卻很少。為此提出基于鈦合金的交互式可視化分析系統(tǒng)TAExplorer，可以為專家提供多方面的參考。該系統(tǒng)采用多方面的可視化方案，旨在從各個(gè)角度進(jìn)行分析，例如特征分布、數(shù)據(jù)相似性、模型性能以及結(jié)果呈現(xiàn)。專家們通過實(shí)際實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)進(jìn)行了案例研究，最終結(jié)果證實(shí)了該系統(tǒng)的有效性和實(shí)用性。

機(jī)器學(xué)習(xí)輔助的三周期極小曲面結(jié)構(gòu)逆設(shè)計(jì)研究進(jìn)展

尹興鵬, 李俊豪, 唐新楨, 李洲

2025, 46(5): 133-144. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2025.05.014

摘要(39) HTML(16) PDF(12)

摘要:
三周期極小曲面（Triply periodic minimal surface, TPMS）結(jié)構(gòu)是一類由數(shù)學(xué)隱式函數(shù)生成的仿生多孔結(jié)構(gòu)，具有連續(xù)光滑、自支撐性強(qiáng)、比強(qiáng)度高和能量吸收性能優(yōu)異等特點(diǎn)，適用于鈦合金等輕質(zhì)高性能金屬材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，廣泛應(yīng)用于航空航天和先進(jìn)制造領(lǐng)域。系統(tǒng)綜述了TPMS金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法與力學(xué)性能研究進(jìn)展，重點(diǎn)梳理了TPMS結(jié)構(gòu)的幾何建模算法、梯度與組合類型的構(gòu)建策略。進(jìn)一步總結(jié)了機(jī)器學(xué)習(xí)方法在TPMS金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用現(xiàn)狀，涵蓋了正向機(jī)器學(xué)習(xí)的結(jié)構(gòu)力學(xué)性能預(yù)測(cè)與逆向機(jī)器學(xué)習(xí)的目標(biāo)導(dǎo)向TPMS金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法。最后，分析了當(dāng)前復(fù)雜TPMS金屬結(jié)構(gòu)逆向設(shè)計(jì)在高效映射、數(shù)據(jù)集構(gòu)建等方面存在的不足，指出未來亟需通過生成式人工智能（Generative artificial intelligence，Generative AI）與逆向建模的深度融合，以推動(dòng)TPMS金屬結(jié)構(gòu)逆向設(shè)計(jì)的工程化應(yīng)用。

釩在順酐用釩磷氧催化劑中的應(yīng)用研究進(jìn)展及展望

于文倩, 劉倩倩, 李鵬陽, 王海旭, 高明磊, 祁健, 李蘭杰

2025, 46(5): 145-153, 162. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2025.05.015

摘要(76) HTML(22) PDF(9)

摘要:
釩磷氧（VPO）催化劑作為正丁烷法制備順酐的核心催化劑，其較低的正丁烷轉(zhuǎn)化率和順酐選擇性難以滿足工業(yè)對(duì)順酐高效生產(chǎn)的需求，因此開發(fā)高性能釩磷氧催化劑成為研究熱點(diǎn)?；诖?，綜述了近年來高效釩磷氧催化劑的制備進(jìn)展，重點(diǎn)探討了原料與溶劑選擇、制備方法、活化氣氛、助劑及載體對(duì)催化性能的影響，發(fā)現(xiàn)上述因素主要通過改變催化劑比表面積、活性晶面強(qiáng)度、表面酸性、V⁴⁺/V⁵⁺或P/V比，使其暴露更多活性位點(diǎn)，促進(jìn)正丁烷C-H鍵斷裂和誘導(dǎo)正丁烷發(fā)生氧化而提高正丁烷轉(zhuǎn)化率或順酐選擇性，最后，總結(jié)對(duì)比了不同影響因素對(duì)VPO催化性能的影響，提出添加助劑是制備高性能VPO催化劑的發(fā)展趨勢(shì)，并從原料選擇、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與改性和成本等角度對(duì)未來助劑發(fā)展進(jìn)行展望。

鈉化釩渣水浸液原位制備氟磷酸釩鈉及其性能研究

儲(chǔ)呈宇, 溫婧, 姜濤, 楊金超

2025, 46(5): 154-162. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2025.05.016

摘要(35) HTML(14) PDF(8)

摘要:
針對(duì)傳統(tǒng)氟磷酸釩鈉(NVOPF)制備過程中使用釩源的高成本困境，提出了一種新型溶劑熱合成工藝，利用鈉化釩渣水浸液替代高純釩源，成功實(shí)現(xiàn)了從冶金副產(chǎn)品到電池材料的直接轉(zhuǎn)化。此外，探討了還原劑檸檬酸 (C₆H₈O₇) 用量、溶液pH值和合成溫度對(duì)釩轉(zhuǎn)化率及材料性能的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著還原劑用量、pH值和溫度的增加，釩轉(zhuǎn)化率呈現(xiàn)先升后降的趨勢(shì)。在溶液pH值為6、檸檬酸與釩摩爾比為1.5、溶劑熱溫度為180 ℃條件下，合成的NVOPF材料呈現(xiàn)規(guī)則的立方塊狀結(jié)構(gòu)，釩為正四價(jià) (V⁴⁺)，在0.2C倍率下的首次放電容量為68 mAh/g，表現(xiàn)出良好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，第三圈庫倫效率為96%。該材料的高倍率性能和實(shí)際容量與理論值之間仍存在一定差距，主要受浸出液雜質(zhì)的影響。此項(xiàng)研究為釩渣的高附加值利用及低成本鈉離子電池正極材料的制備提供了新的解決思路。

硫酸亞鐵提純制備磷酸錳鐵鋰正極材料及性能影響研究

曾曉君, 張勤, 蘇寶才, 謝元健, 蔡平雄

2025, 46(5): 163-169. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2025.05.017

摘要(31) HTML(16) PDF(7)

摘要:
采用硫酸法工藝在生產(chǎn)鈦白粉的過程中產(chǎn)生大量的副產(chǎn)品硫酸亞鐵，以提純后硫酸亞鐵作為原料，采用一步水熱法合成經(jīng)濟(jì)價(jià)值更高的磷酸錳鐵鋰正極材料，研究原料中部分去除的鎂元素對(duì)磷酸錳鐵鋰正極材料的物理和電化學(xué)性能的影響。結(jié)果顯示，原料采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%的氟化銨為化學(xué)沉淀劑，得到鎂雜質(zhì)脫除率為98.86%的硫酸亞鐵產(chǎn)品，合成的材料為不規(guī)則球形形貌正交晶系的磷酸錳鐵鋰材料，少量鎂雜質(zhì)改變了材料中鋰離子的活動(dòng)空間，使鋰離子遷移速率得到提升，合成的磷酸錳鐵鋰正極材料（LMFP/C-2）放電比容量在0.1C和2C下分別為135.24 mAh/g和86.16 mAh/g，在0.1C下循化100圈后放電比容量保持率可達(dá)到97.70%，所得產(chǎn)物稍優(yōu)于高純度商業(yè)材料的性能。

初始織構(gòu)對(duì)Ti-2Al-2.5Zr合金管材多道次皮爾格冷軋過程中組織演變的影響

吳靜怡, 范宇田, 邢遠(yuǎn), 王瑩, 欒佰峰

2025, 46(5): 170-176. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2025.05.018

摘要(29) HTML(13) PDF(10)

摘要:
皮爾格冷軋是一種良好的難變形管材制造技術(shù)，然而，多道次冷軋結(jié)合熱處理的復(fù)雜熱力加載歷史使得冷軋中管材不均勻變形顯著，導(dǎo)致管材微觀織構(gòu)演變規(guī)律復(fù)雜。文中研究了熱軋和精鍛工藝制備的Ti-2Al-2.5Zr合金兩種不同初始織構(gòu)坯料在三道次皮爾格冷軋過程中的組織演變及變形機(jī)制。通過微觀組織分析、極圖與反極圖表征以及Kearns因子和施密特因子（SF）的計(jì)算，研究了不同初始織構(gòu)坯料對(duì)無縫管冷軋過程中組織演變的影響。結(jié)果表明，熱軋和精鍛坯料在三道次冷軋后微觀組織的晶粒尺寸接近，均呈現(xiàn)等軸晶粒；冷軋過程中，柱面滑移和錐面<c+a>滑移明顯被激活，錐面<c+a>滑移被證實(shí)為主要影響冷軋徑向晶粒強(qiáng)度的變形機(jī)制，Q值的變化導(dǎo)致晶粒c軸在周向（TD）和徑向（RD）之間傾轉(zhuǎn)；具有較大初始徑向織構(gòu)強(qiáng)度（f_RD）的精鍛坯料在冷軋后表現(xiàn)出更強(qiáng)的徑向織構(gòu)。此項(xiàng)研究為優(yōu)化鈦合金管材的織構(gòu)控制提供了理論依據(jù)。

模擬深水壓力對(duì)低成本鈦合金板管材應(yīng)力腐蝕敏感性的影響

朱玉輝, 楊勝利, 黨恒耀, 江恬恬, 高福洋, 劉千里, 呂逸帆

2025, 46(5): 177-183. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2025.05.019

摘要(40) HTML(15) PDF(9)

摘要:
采用高壓釜測(cè)試系統(tǒng)開展低成本Ti6411板材和Ti52管材及船用TC4 ELI和Ti80合金模擬深水環(huán)境壓力（7.5 MPa）作用下的慢應(yīng)變拉伸應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)，腐蝕介質(zhì)為3.5% NaCl溶液和干燥空氣，應(yīng)變速率分別采用10^?5、10^?6/s和10^?7/s，獲取拉伸強(qiáng)度、斷后延伸率和應(yīng)力腐蝕敏感性指數(shù)（I_SSRT）等參數(shù)，同時(shí)結(jié)合OM、SEM等方式觀察原始組織與斷口形貌，從而闡明低成本鈦合金板管材在模擬深水壓力作用下的應(yīng)力腐蝕行為及其失效機(jī)制。結(jié)果表明：四種鈦合金材料的應(yīng)力腐蝕最佳應(yīng)變速率在10^?5～10^?6/s內(nèi)，其中Ti6411板材在10^?5/s和10^?6/s兩種條件下，I_SSRT數(shù)值分別為10.0%和9.1%，具有較為明顯的應(yīng)力腐蝕敏感性，而Ti52管材、TC4 ELI和Ti80合金的最大I_SSRT值均低于5%，應(yīng)力腐蝕敏感性不明顯。片層狀Ti6411板材組織特征易產(chǎn)生應(yīng)力集中效應(yīng)，導(dǎo)致準(zhǔn)解離斷裂，斷口表面存在黑色腐蝕產(chǎn)物，氧化膜破裂、選擇性陽極溶解和氫脆機(jī)制共同主導(dǎo)模擬深水環(huán)境應(yīng)力腐蝕現(xiàn)象，施加的恒定壓力活化Cl^?，加速穿透氧化膜，從而破壞氧化膜穩(wěn)定性，增加H含量聚合形成氫氣，拉應(yīng)力加載和內(nèi)部氫壓耦合作用可降低材料耐腐蝕性。

模擬深海環(huán)境中TC4 ELI合金的蠕變-疲勞行為

邊舫, 劉珂, 李夢(mèng)莎, 王志煒, 王起, 孫冬柏

2025, 46(5): 184-189, 204. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2025.05.020

摘要(42) HTML(20) PDF(12)

摘要:
針對(duì)TC4 ELI鈦合金在深海多因素耦合環(huán)境下的蠕變-疲勞損傷機(jī)制不明問題，通過高壓腐蝕試驗(yàn)系統(tǒng)，模擬南海200、600 m和6000 m海水環(huán)境，系統(tǒng)研究了TC4 ELI合金的循環(huán)應(yīng)力-壽命響應(yīng)及損傷演化規(guī)律。試驗(yàn)給出了不同環(huán)境條件下TC4 ELI合金的循環(huán)應(yīng)力-疲勞壽命數(shù)據(jù)。結(jié)果表明，模擬深海環(huán)境中蠕變-疲勞的循環(huán)應(yīng)力-壽命關(guān)系可以用Basquin方程表征；有保載時(shí)間的蠕變-疲勞比純疲勞的疲勞壽命顯著降低；同等加載條件下疲勞過程的斷裂應(yīng)變量相當(dāng)，疲勞壽命取決于應(yīng)變?cè)黾拥乃俾省呙桦婄R觀察到斷口表面多源裂紋萌生，無明顯擴(kuò)展區(qū)，疲勞壽命主要為裂紋萌生壽命，表明深海環(huán)境與空氣中裂紋萌生機(jī)制不同。

無底柱分段崩落法開采崩落礦巖散體流動(dòng)特性試驗(yàn)研究

董秋平, 李翠, 張良兵, 楊承業(yè), 馬志偉, 徐繼業(yè), 李杰林

2025, 46(5): 190-197. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2025.05.021

摘要(61) HTML(30) PDF(7)

摘要:
崩落礦巖散體流動(dòng)規(guī)律是影響無底柱分段崩落法中礦石損失率和貧化率的關(guān)鍵因素之一?；谂饰鞯貐^(qū)某地下礦崩落法開采特征，采用達(dá)孔量法開展了礦巖散體放出體形態(tài)測(cè)定試驗(yàn)，并結(jié)合Particle flow code in 2 dimension（PFC2D）顆粒流軟件進(jìn)行了數(shù)值模擬，分析散體流動(dòng)特征及其對(duì)貧化損失率的影響。結(jié)果表明：數(shù)值模擬與室內(nèi)試驗(yàn)得到的放出體形態(tài)基本吻合，均呈現(xiàn)良好的橢球體發(fā)育特征；貧化損失率較高的主要原因是放出體的頂部、前方和兩側(cè)的廢石混入?；诖耍岢隽藘?yōu)化放礦口布置形式的改進(jìn)建議，為礦山提高回收率提供了理論依據(jù)。

遼寧朝陽某高鈦高釩鐵精礦工藝礦物學(xué)及提質(zhì)可行性研究

張藝曦, 陳茅, 王帥, 解焱欽, 陳鳳, 楊凌志, 郭宇峰, 姜濤

2025, 46(5): 198-204. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2025.05.022

摘要(33) HTML(11) PDF(13)

摘要:
遼寧朝陽地區(qū)發(fā)現(xiàn)了豐富的釩鈦磁鐵礦資源，其預(yù)選精礦的特征為具有高硅高鈦高釩的顯著特征。對(duì)該精礦進(jìn)行工藝礦物學(xué)研究，探索進(jìn)一步脫硅提質(zhì)的可行性，對(duì)于該地區(qū)釩鈦資源的深度開發(fā)利用具有重要意義。運(yùn)用選礦工藝礦物學(xué)研究方法，查明了該精礦的主要礦物及其嵌布關(guān)系，鐵精礦中有價(jià)礦物主要為鈦磁鐵礦、鈦鐵礦及少量的赤鐵礦，脈石礦物主要為鐵橄欖石和長(zhǎng)石等硅酸鹽礦物及少量的榍石。釩和鈦主要賦存在鈦磁鐵礦是導(dǎo)致鐵精礦高釩高鈦的主要原因，鈦磁鐵礦之中嵌布著細(xì)小粒度的脈石，導(dǎo)致了鐵精礦的高鈣、高硅特征。通過細(xì)磨后磁選的手段可以有效地將該精礦提質(zhì)。而鈦磁鐵礦中緊密嵌布的細(xì)小脈石顆粒通過細(xì)磨較難充分解離，部分鈣、硅元素以常規(guī)細(xì)磨磁選較難去除，提質(zhì)后精礦依然存在6.68%的SiO₂和3.22%的CaO。

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當(dāng)期目錄
2025年第46卷第5期

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