冶金机理与贝叶斯优化XGBoost融合的VD炉精炼终点钢液温度预测

在炼钢生产过程中,真空脱气精炼(VD)炉是生产高品质钢的重要设备之一,其精炼终点温度对钢液质量、生产效率和连铸顺行具有重要影响。为了实现对VD炉精炼终点钢液温度的精准控制,本文采用冶金机理和贝叶斯优化极端梯度提升(metallurgical mechanism–Bayesian optimization–extreme gradient boosting,MM–BO–XGBoost)相结合的方法建立钢液温度预测模型。首先,基于VD炉冶金机理解析,确定影响精炼终点钢液温度的主要因素;其次,使用3σ原则对实际生产数据进行预处理,剔除异常值,并采用皮尔逊相关性分析剔除对钢液温度影响较小的因素,从而确定模型的输入变量;再次,将冶金机理与XGBoost模型进行融合,对输入变量的初始特征重要性进行部分放大;最后,针对XGBoost模型的超参数寻优问题,采用贝叶斯优化(BO)对其进行超参数寻优,由此构建了MM–BO–XGBoost模型。在模型仿真过程中,对本文模型同时使用网格搜索和随机搜索进行超参数寻优,旨在对比和验证BO寻优的效果;此外,使用本文提供的数据对已有的冶金机理模型、多元线性回归模型和反向传播神经网络模型进行仿真,并与MM–BO–XGBoost模型进行性能对比。结果表明:本文提出的MM–BO–XGBoost模型的超参数优化效果最好;本文模型的预测VD炉终点钢液温度在±10℃和±15℃误差范围内的命中率分别为87.81%和96.42%,均高于其他对比模型,综合性能最优。本文构建的VD炉钢液精炼终点温度预测模型,对实现钢液温度精准控制、降低生产成本和提高VD炉精炼效率具有重要的现实意义。

基于共同二次Lyapunov函数的频率可控的Boost变换器切换律

针对最小型切换律开关频率过高难以应用于工程实际的问题,建立了Boost变换器CCM运行的切换系统模型,基于共同二次Lyapunov函数提出1种新的切换律。根据切换律的数学表达式,分析变换器的稳态性能及动态性能,描述该切换律对变换器开关频率的调节机制。仿真及实验表明,在该切换律的作用下,Boost变换器开关频率可控,不会出现切换系统特有的芝诺行为,且与现有控制策略相比,变换器的动态性能好,在受到外部扰动时电压波动更小,调节时间更短。

单宁酸改性互穿网络水凝胶促进断裂跟腱术后的组织重塑

背景:跟腱断裂术后的再生与重塑是临床治疗的难点,组织工程水凝胶材料为促进跟腱修复提供了可能。目的:探究单宁酸改性互穿网络水凝胶对大鼠断裂跟腱组织再生与重塑的作用。方法:①通过蓝光照射及CaSO4溶液浸泡交联制备单宁酸改性互穿网络水凝胶,表征水凝胶的微观形貌、力学性能、黏附性能、体外释药性能与生物相容性。②取30只SD大鼠,采用随机数字表法分为假手术组、手术组与水凝胶组,每组10只,后2组建立右后肢跟腱断裂模型,手术组采用改良Kessler法将断裂跟腱重新缝合,水凝胶组采用相同术式缝合断裂跟腱后将单宁酸改性互穿网络水凝胶贴片完全缠绕包裹于断端接合处。术后4周,对断裂跟腱进行影像学检查、组织学评价、生物力学测试及炎症因子水平检测。结果与结论:①扫描电镜下可见单宁酸改性互穿网络水凝胶呈多孔微观结构,孔径为3-10μm,并且水凝胶具备良好的体外释药性能、黏附强度与拉伸强度;CCK-8检测与活/死染色显示,该水凝胶对大鼠骨髓间充质干细胞增殖活性无明显影响,具备良好的生物相容性。②MRI成像显示,与手术组比较,水凝胶组大鼠跟腱呈均一低信号,跟腱前后径厚度减小,与周围组织分界更为明确,表现更接近假手术组。苏木精-伊红与Masson染色显示,手术组大鼠跟腱纤维排列松散混乱,细胞密度增加且排布杂乱,伴有明显炎性细胞浸润,部分区域出现腱内骨化;水凝胶组大鼠跟腱纤维排列有序,细胞密度降低且排布规整,炎性细胞浸润明显减少。手术组大鼠跟腱的拉伸强度低于假手术组(P<0.05),水凝胶组大鼠跟腱的拉伸强度高于手术组(P<0.05)。与假手术组比较,手术组大鼠跟腱中白细胞介素1β、白细胞介素6及肿瘤坏死因子α质量浓度及mRNA表达升高(P<0.05);与手术组比较,水凝胶组3种炎症因子水平及mRNA表达降低。③结果表明,单宁酸改性互穿网络水凝胶可显著抑制局部炎症反应、促进断裂跟腱组织重塑。

基于SIR模型的城市路网拥堵传播分析

研究城市道路交通拥堵传播规律对缓解交通拥堵问题有着积极作用,为此建立了基于SIR的城市道路交通拥堵传播模型,用以分析城市道路交通拥堵传播过程。首先,基于城市实际路网构建路网对偶拓扑网络,并依据SIR建立交通拥堵传播模型。其次,结合道路网络的复杂网络特征和道路自身的相关属性,引入随机森林算法计算相关权重,确定拥堵模型中的传播速率等关键参数。最后,以南京市秦淮区某区域路网为例,构建有69个节点,163条连线的城市路网对偶拓扑网络进行仿真实验。结果表明:道路节点度和道路饱和度是影响道路拥堵传播的关键因素,道路节点度的影响相对较小,传播范围增长在5%以内,恢复时间影响在10%左右;道路饱和度的影响相对较大,随着道路饱和度的增长,传播范围增长最大可至40%,恢复时间影响在20%左右。

Boost变换器全分数阶化系统分析与控制性能研究

实际存在的系统大多具有分数阶特性,利用分数阶微积分理论对原系统进行建模能够更加准确地描述系统行为,并且用分数阶PID控制器代替整数阶PID控制器可以获得更好的系统性能。首先利用Oustaloup算法对s0.8进行5阶拟合,进而构建出5阶拟合的分数阶电感电容模型,相比10阶模型得到简化。在建立了Boost变换器的分数阶数学模型基础上,采用分数阶PID控制器形成了电压电流双闭环的Boost变换器全分数阶化系统。利用MATLAB软件对分数阶电路模型、分数阶数学模型以及全分数阶化系统进行仿真。研究结果表明,分数阶模型可以更准确地描述Boost变换器特性,分数阶PID控制的全分数阶化系统具有良好的稳态和动态性能。

Turbohawk减容治疗下肢动脉硬化闭塞的短期疗效观察

目的探讨Turbohawk减容治疗下肢动脉硬化闭塞的临床价值。方法回顾性分析2016年7月至2017年10月西安交通大学第一附属医院施行的15例行下肢动脉血管腔内斑块旋切术患者(旋切组)的临床资料,并从同期完成的284例下肢动脉硬化闭塞患者中,按1∶1匹配选择15例为对照组,保证两组间年龄、性别、临床表现、动脉硬化危险因素及下肢动脉闭塞部位、长度等参数匹配(P>0.05)。观察比较两组患者术中支架置入率、术后临床症状缓解率与术后3月及6月的踝臂指数(ABI)变化及血管通畅率。结果旋切组患者支架置入率6.7%(1/15)低于对照组的86.7%(13/15,P<0.05)。两组患者术后临床症状均得到缓解,症状缓解率100%。术后3月旋切组与对照组通畅率分别为93.3%(14/15)和86.7%(13/15),差异无统计学意义(P>0.05)。术后6月,旋切组通畅率93.3%(14/15),高于对照组的73.3%(11/15),差异有统计学意义(P<0.05)。结论应用Turbohawk旋切系统治疗下肢动脉硬化闭塞安全有效。

基于SiC器件同步整流的高效Boost电路

Boost电路的效率高低直接决定着其应用效果和其所在系统的性能,提高Boost电路的效率至关重要。深入研究SiC器件的特点,在Boost电路中采用新颖的SiC功率半导体器件替代传统的Si器件。设计了适用于SiC MOSFET的驱动电路,引入同步整流技术,并部分地实现了功率器件的软开关,最终设计出了高效的应用在高压场合的Boost电路。实验结果表明全采用SiC器件的Boost电路效率得到了较大提高,可在更高频率下工作,应用同步整流和软开关技术后进一步提高了效率。

钛表面多酚介导铜离子涂层制备及抗菌抗氧化性能

背景:钛植入体因比强度高及良好的生物相容性被广泛应用于临床,然而在植入手术过程中,细菌感染及组织受损环境产生大量活性氧物质易导致组织延迟愈合与手术失败,因此开发具有抗菌和抗氧化性能的钛植入体极为重要。目的:鉴于铜离子良好的抗菌性能及多酚类物质优良的抗氧化性能,拟在钛表面制备多酚介导的铜离子涂层,评价其体外抗菌及抗氧化性能。方法:利用碱热法在钛表面制备纳米结构,然后将钛片置于单宁酸及铜离子溶液中,获得多酚介导的铜离子涂层,检测样品的表面形貌与水接触角,利用原子吸收光谱法检测铜离子的携载及释放。将金黄色葡萄球菌分别接种于纯钛片(空白组)、碱热处理钛片(对照组)、多酚介导的铜离子修饰钛片(实验组)表面,观察细菌存活状态。将成骨前体细胞MC3T3-E1分别接种于3组钛片表面,评价材料的抗氧化性能及生物活性。结果与结论:(1)扫描电镜下可见多酚介导的铜离子修饰钛片表面存在棒状纳米结构,并且涂层无裂纹;多酚介导的铜离子修饰钛片表面亲水性接近纯钛片;原子吸收光谱结果显示,多酚介导后钛片表面铜离子的携载量增加了51%,铜离子呈均匀释放。(2)空白组、对照组、实验组钛片的抗菌率为0%,21.65%,93.75%;活死染色与CTC染色显示,空白组钛片表面的活细菌最多,实验组钛片表面的活细菌最少。(3)活死染色与CCK-8检测结果显示,3组钛片均具有良好的细胞相容性,并且实验组钛片更有利于MC3T3-E1细胞增殖;活性氧荧光探针检测显示,相较于其他两组,实验组钛片表面活性氧荧光强度明显减弱;碱性磷酸酶与茜素红S染色结果显示,相较于其他两组,实验组钛片表面MC3T3-E1细胞的成骨分化与细胞外基质矿化能力更强。(4)结果表明,多酚介导的铜离子涂层具有较强的抗菌、抗氧化及促成骨分化性能。

Box-Behnken设计-响应面法优化感应静电喷雾参数

为了探究静电喷雾过程中多因素对荷质比的影响,采用感应荷电方式,先对4种孔径喷嘴的荷质比进行试验,选取一个荷质比变化较显著的喷嘴,然后采用单因素试验方法,分别对充电电压、喷雾压力、药液电导率3个因素进行试验,探讨各因素对荷质比的影响规律。在此基础上采用Box-Behnken设计-响应面法以TXVK-3型喷嘴的充电电压、喷雾压力、药液电导率进行3因素3水平的优化试验,确定最优参数。结果表明,在电压6.9 kV、喷雾压力0.3 MPa、药液电导率13.9 mS/cm时,平均荷质比为-0.227 mC/kg,相对误差不到2%。

韶钢BOF-LF-RH工艺冶炼轴承钢夹杂物研究

对国内某钢厂BOF-LF-RH工艺生产的轴承钢进行系统取样,发现钢中非金属夹杂尺寸主要集中在3~8μm,并且夹杂物单位面积内数量和平均粒径在RH破空样中达到最小.钢中非金属夹杂成分受渣成分影响显著,铸坯中非金属夹杂以Al_2O_3(CaO复合夹杂为主.非金属夹杂中CaO含量基本完全受渣中CaO含量影响.发现在高碱度渣的条件下,钙铝酸盐与镁铝尖晶石很容易发生反应,同时高碱度条件下MgO-Al_2O_3-CaO系夹杂物中MgO含量也会降低.

富血小板血浆联合脂肪干细胞移植加速伤口愈合的临床前研究:系统评价和Meta分析

目的:研究表明,富血小板血浆和脂肪来源干细胞的组合可加速皮肤损伤的愈合,但仍缺乏二者联合治疗的系统证据。该文评价两种干预措施在临床啮齿动物皮肤创伤模型中的联合疗效。方法:检索PubMed、Embase和Cochrane及CNKI数据库,选择各数据库建库至2023年7月发表的富血小板血浆与脂肪干细胞移植联合使用以及单独使用于实验动物皮肤伤口的研究,以伤口愈合及伤口中转化生长因子β、CD31、Ⅰ型胶原蛋白和血管内皮生长因子为观察指标,使用RevMan 5.3和Stata 15.0软件对数据进行Meta分析。结果:共纳入12项研究,其中8项研究使用大鼠作为实验对象,4项研究使用小鼠作为实验对象,实验组采用富血小板血浆联合脂肪干细胞移植治疗,对照组采用单独的富血小板血浆治疗。Meta分析结果显示,实验组治疗后第3,7,10天的伤口愈合率均大于对照组[SMD=2.65,95%CI(1.29,4.01),Z=3.81,P=0.0001;SMD=3.38,95%CI(2.47,4.30),Z=7.24,P<0.00001;SMD=2.62,95%CI(1.50,3.73),Z=4.61,P<0.00001],实验组伤口愈合时间短于对照组[SMD=-2.12,95%CI(-3.5,-0.74),P=0.003],实验组伤口中的转化生长因子β表达、CD31阳性率、Ⅰ型胶原蛋白及血管内皮生长因子表达均高于对照组[SMD=5.65,95%CI(1.22,10.08),Z=2.50,P=0.01;SMD=2.49,95%CI(1.96,3.02),Z=9.28,P<0.00001;SMD=3.44,95%CI(0.72,6.17),Z=2.48,P=0.01;SMD=2.38,95%CI(0.97,3.79),Z=3.30,P=0.0010]。结论:研究结果表明,富血小板血浆与脂肪干细胞联合治疗可提高伤口愈合率、缩短伤口愈合时间,同时增加转化生长因子β、CD31、Ⅰ型胶原蛋白和血管内皮生长因子的表达,加速伤口愈合。由于模型的局限性,需要进行更多的动物实验和临床试验进行进一步证实。

糖尿病足伴慢性骨髓炎大鼠模型建立的分析与展望

糖尿病足伴慢性骨髓炎是一种常见的糖尿病并发症,具有较高的截肢率及致死率,目前缺乏可靠的治疗手段。建立成熟的糖尿病足伴慢性骨髓炎模型可促进治疗手段的进一步研发。根据糖尿病和骨髓炎各自的类型及成因,已有多种造模方法供研究选择,但目前尚未出现关于糖尿病足骨髓炎动物模型的研究报道。论文就骨髓炎模型以及糖尿病模型制备方法方面的研究进展进行综述,提出了建立糖尿病足伴慢性骨髓炎大鼠模型方法,并分析各类模型的优缺点,旨在为建立一种用于研究糖尿病足骨髓炎的动物模型奠定基础。

基于SiC器件的高效光伏Boost电路

提高DC/DC变换器运行效率对实现MPPT和提高光伏系统的效率尤为重要。采用扰动观察法,通过Boost电路实现光伏电池的MPPT。用新型的SiC功率半导体器件替代Boost电路中的Si器件,结合所设计的适用于SiC MOSFET的驱动电路以提高Boost电路效率。实验结果表明,同样为2 kW的Boost电路,相同频率下,全SiC器件比全Si器件效率提高了2%左右;全SiC器件电路的频率高于全Si器件电路时,前者的效率高于后者,光伏系统的效率也相应提高。

基于参数扰动的混沌控制方案在Buck-Boost变换器中的应用研究

分布式直流微电网中,直流母线与大电网的接口变换器通常选择具有升、降压功能的DC-DC变换器,如Buck-Boost变换器,来提升或降低光伏阵列或其他储能单元的输出电压,使之与直流母线电压匹配。Buck-Boost变换器作为一个强非线性系统,在输入电压、参考电流等电路参数变化时容易产生分叉、混沌等非预期情况,使变换器性能变差甚至不能正常运行。基于峰值电流控制型Buck-Boost变换器的频闪映射模型,分析了变换器的非线性动力学现象。基于参数扰动的混沌控制原理,设计了一种适用于峰值电流控制型BuckBoost变换器的混沌控制方法 ,该方法可使进入混沌状态的变换器重新回到周期态,并使变换器的稳态性能、输出纹波等得到显著改善。

内蒙古中部碱长花岗岩型铌钽矿床典型岩矿光谱识别特征

内蒙古中部地区,位于大兴安岭南段—华北陆块北缘成矿带,因其碱长花岗岩型铌钽矿的广泛分布而备受关注。尽管该地区铌钽矿资源丰富,但对其光谱学特征的系统认识尚不足,在一定程度上制约了矿产资源勘查的精确性和效率。本文以赵井沟大型铌钽矿床为例,利用便携式短波红外及热红外光谱仪对赵井沟典型岩矿样本开展光谱测量与分析,揭示富铌钽钠长花岗岩、天河石化钠长花岗岩、天河石伟晶岩、黑云母二长花岗岩、含黑钨矿石英脉波谱特征,并对其展开对比研究。研究表明:在近红外光谱范围内,与USGS光谱库中的标准钠长花岗岩光谱进行对比分析,发现2360nm处的弱吸收特征可作为天河石化钠长花岗岩与其他岩石及矿物区分的关键波段,此差异推测可能由岩石的蚀变矿化过程引起。在热红外光谱分析中,含黑钨矿石英脉因其显著的高反射率和“三峰”特征而易于区分与识别。尽管富铌钽钠长花岗岩、天河石伟晶岩和黑云母二长花岗岩在光谱形态上具有一定的相似性,但它们在2200nm附近的吸收深度的大小和峰强比的差异,为有效地区分这些矿物提供了重要依据。

高升压比Boost电路的研究与设计

Boost电路广泛应用于用供电电压低于需求直流电的场合下,但传统的Boost电路实际应用中很难实现较高的升压比。采用高频自耦变压器替代传统Boost电路中的电感,利用变压器助力实现Boost电路的高升压比。为尽一步提高效率,减少电路的体积重量,在电压较高的场合用SiC器件替代传统的Si器件。实验结果表明,设计的Boost电路升压比可达30倍以上,采用SiC器件后效率可提升1.5%以上。

基于LabVIEW和TBox的起重机工作参数远程监测系统

起重机工作参数是开展起重机性能评估和故障诊断的数据基础。针对起重机工作参数监测内容灵活、采样频率高、实时性强的需求特点,开发了基于LabVIEW和TBox的起重机工作参数远程监测系统。系统利用TBox全量采集起重机CAN总线报文,并通过4G网络远程高速传输,基于LabVIEW将各参数解析、显示、记录。试验研究表明该系统监测参数可自定义配置,数据采集完成率100%,平均传输延时350 ms,满足起重机工作参数监测的实际需求。

煤矿充填固碳理论基础与技术构想

在国家“双碳”目标背景下,如何减少煤炭行业的碳排放、实现碳封存已成为亟待解决的难题。煤炭行业作为高碳化石能源生产者和主体碳排放源提供者,在生产和消费过程中引发的大宗固废堆存、大型采空区形成和大量CO_(2)排放是制约煤炭可持续开发利用与绿色健康发展的瓶颈所在。为协同解决二氧化碳封存与矿山固废消纳问题,将大宗固废处置、固废高值化利用、CO_(2)封存、采空区利用有机结合,提出了二氧化碳充填的理念,从碳汇能力评估角度界定了二氧化碳充填的3种类型。具体开展工作包括:①分析了CO_(2)充填料浆输运过程和矿化反应过程涉及到的基础理论,给出了各个过程的数学方程以及碳封存量计算公式,指出了温度、湿度等因素对矿化反应机理、碳封存量和充填体强度的影响规律。②总结了现阶段CO_(2)矿化的工艺方法、主要碱性工业固废的CO_(2)封存能力和CO_(2)矿化强化措施。在此基础上提出了基于直接湿法矿化和间接矿化的2种CO_(2)充填材料制备工艺,满足矿井充填的流动性、凝固特性和强度要求。③针对CO_(2)充填过程中的CO_(2)物理封存问题,提出了窄条带式胶结充填和综采架后胶结充填2种技术路径,前者通过在弱充填条带中构筑多贯通孔隙的充填体CO_(2)物理封存,后者借助充填支架和链式自行充填挡板在长壁工作面采空区中间断构筑充填带,控制顶板垮落,形成CO_(2)物理化学封存空间。④为了评估CO_(2)充填的碳平衡效果,依据全生命周期法界定了CO_(2)充填中碳足迹及碳消纳的计算边界。然后,梳理了CO_(2)充填过程中的碳足迹及碳消纳,分别考虑了CO_(2)的来源、用量、损耗、转化等因素。给出了包括原料运输、充填料浆制备、井下注入与充填等过程中的碳足迹及碳消纳计算方法。研究成果有望降低CO_(2)封存的能耗及成本,对煤炭绿色开采及其可持续开发利用具有深远的意义。

计及IGBT结温约束的光伏高渗透配电网无功电压优化控制策略

光伏电源参与配电网无功电压调节是提升光伏高渗透配电网运行经济性和可靠性的有效手段,但光伏电源提供无功支撑会使得光伏电源IGBT最大结温升高、结温波动加剧,进而影响光伏电源和配电网的安全稳定运行。为此,该文提出一种计及IGBT结温约束的光伏高渗透配电网无功电压优化控制策略。首先,利用CatBoost算法计算IGBT结温,提高了IGBT结温计算效率,避免了传统结温算法对IGBT热模型参数的依赖;然后,建立考虑IGBT结温约束的有源配电网多目标无功优化模型,利用二分法求解IGBT结温约束下的光伏电源最大输出功率,实现了IGBT结温约束向二阶锥约束的转换;最后,利用IEEE33节点典型配电系统验证了所提策略在光伏高渗透配电网无功电压优化、光伏电源运行可靠性提升方面的有效性,并提出了综合考虑配电网网损、光伏电源可靠性的光伏电源IGBT结温限值整定原则。

秸秆还田及不同比例控失尿素对华北平原小麦产量及潮土性质影响

为探讨不同控失尿素比例和秸秆还田对华北平原小麦产量及潮土化学性质的影响,本研究以华北潮土区小麦-玉米轮作体系为研究对象,采用裂区试验设计,以秸秆还田为主区,控失尿素比例为副区。秸秆还田模式设秸秆全量还田(S1)、秸秆不还田(S0)2种;控失尿素比例设不施肥(CK)以及控失尿素占总施氮量比例为0、40%、70%和100%(LCU0、LCU40、LCU70、LCU100)5个处理。在作物收割后进行产量测定,并采集0~20 cm耕层土壤进行常规土壤养分含量测定。结果表明:与S0处理相比,S1处理显著提高土壤有机质和速效钾含量。控失尿素显著提高土壤硝态氮含量,其他土壤养分含量无显著变化。秸秆不还田条件下,施用化肥显著降低了土壤pH值。控失尿素比例为70%时土壤养分含量最高。秸秆还田对小麦产量及吸氮量无显著影响,控失尿素对小麦产量及吸氮量增加具有极显著影响。在所有处理中,S1-LCU40处理的籽粒和秸秆产量最高,籽粒产量达7009.26 kg·hm^(-2),秸秆产量达11361.38 kg·hm^(-2)。秸秆还田对土壤氮素依存率具有显著影响,不同比例控失尿素对氮素收获指数具有显著影响,对氮肥表观利用率、土壤氮素依存率具有极显著影响。控失尿素比例为40%或70%时氮素吸收利用指标较优。综上,在华北平原潮土区,秸秆还田与40%控失尿素比例配施可以显著提升土壤供氮能力,提高小麦产量和氮素吸收与利用指标,是较为适宜的管理措施,但其机理及长期效应还需进一步研究。