面向燃料电池双极板的不锈钢表相掺杂耐蚀性高通量计算与分析

通过基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理高通量计算,筛选了可以提高不锈钢双极板钝化层在PEMFCs工作环境中的耐蚀性的掺杂元素.基于Cr_(2)O_(3)的(101-2)切面构建计算模型,对其进行了48种元素的掺杂替换,考虑228种掺杂构型.根据掺杂结构和位移能量、掺杂元素被分为4类,并采用不同的吸附、空位计算方案.根据不同掺杂类型采用不同的吸附、空位计算方案,计算了每种掺杂元素对功函数、F的吸附能和Cr/O的空位形成能的影响.计算结果显示,C、N、In、Ru对于不锈钢钝化层的各项耐蚀性参数提升效果较好;Au、Rh、Pt、Ir、Co、Ni也能较好地提升耐蚀性,但是存在成本高或者危害质子膜的问题;Ag、Cu、Sn、Ge可以抑制空位形成和F吸附,但会造成功函数下降;Zn可以提高功函数并抑制F吸附.此外,对于电子态密度的计算表明,掺杂原子与Cr原子形成的稳定键合是耐蚀性参数提升的重要因素.

辉钼矿磨矿提质降耗的试验及应用

针对洛钼一公司辉钼矿的力学性质和粒度特性,进行了不同磨矿介质配比的探索试验及工业试验以改善辉钼矿的磨矿效果。实验室研究结果表明,该辉钼矿硬度分布不均,平均硬度系数为8.36,平均泊松比为0.346,为中等偏硬且韧性较大的矿石;磨矿分级循环产品粒度特性差,粗级别的磨碎效率偏低;经探索试验得出推荐方案γ_(+0.2 mm)比现场方案降低7.03个百分点,γ_(-0.074 mm)、γ_(0.20~0.010 mm)和γ_(0.10~0.038 mm)分别比现场方案提高7.55、7.00和7.46个百分点。工业试验结果表明,5~#旋流器溢流γ_(+0.10 mm)减少6.25个百分点,γ_(-0.074 mm)和γ_(0.10~0.038 mm)分别提高12.17和6.01个百分点;6~#旋流器溢流γ_(+0.10 mm)降低0.66个百分点,细度及γ_(0.10~0.038 mm)分别提高8.55和3.38个百分点。在磨机处理能力和单耗方面,5~#球磨机处理能力提高12.79%,单耗降低0.064 1 kg/t,6~#球磨机处理能力提高12.43%,单耗降低0.023 7 kg/t。

基于时间序列和Xgboost的钢卷仓储吞吐量预测

钢铁物流是衡量无水港钢铁贸易水平的核心指标之一。针对提升无水港运作效率,提前规划库位分配并监测钢卷吞吐量,提出一种基于时间序列和极端梯度提升(Xgboost)的钢卷仓储吞吐量预测方法。该方法对输入特征中含有连续变量和离散变量的混杂系统构建时间特征,用滑窗法构造回归数据,用one-hot编码处理离散变量,将差分整合移动平均自回归(ARIMA)模型和Xgboost模型加权融合,实现热卷和冷卷未来7天和4周的吞吐量预测。利用某无水港2014年至2018年的历史销售订单、仓储、吞吐量等数据进行训练和测试。实验结果表明,ARIMA和Xgboost的组合模型得分82.4215,具有最高的预测精度,比单一的时间序列模型和机器学习模型准确率都高。

基于增材制造的钢铁块体材料高通量实验方法

近年来先进高强度钢发展迅速,在航空航天、海洋工程和医疗器械等领域引起了广泛关注。基于材料基因工程的研究方法,介绍了增材制造用于钢铁块体材料高通量实验的高效性和潜在优势,回顾了利用基于增材制造的高通量实验筛选出结构功能一体化钢材的高效制备与评价方法。讨论了其他代表性高通量实验方法的特点并提出组合高通量实验的可能性。最后展望了增材制造拓展应用于其他多元体系合金材料高通量实验的前景。

特殊钢的高通量计算与设计

高端制造等行业对特殊钢的性能需求日益提升,这对特殊钢的研发和更新换代速度提出了极高的挑战。基于传统试错法的研发方式虽然可在部分问题上避开未知物理机理的限制,但同时也会导致设计所需时间和成本的大量消耗。因此,特殊钢的研发方式需要逐渐从传统试错法向计算设计到实验验证模式转变。“材料基因组计划”自问世以来,在诸多材料体系的设计上都发挥了显著的作用,但在传统结构材料尤其是钢铁材料上,由于其合金体系的复杂性、工艺流程的长链条、组织的多样性以及性能的多目标需求,使其成为材料基因工程的难点。但正基于上述特点,传统结构材料也为材料基因工程提供了发挥的空间,世界各国纷纷开展特殊钢方面的高通量计算与设计。通过对基于材料基因思想的特殊钢研发进展的综述,评价了针对特殊钢的材料基因工程发展现状及未来方向。介绍了美国西北大学Olson团队以及Questek公司通过多尺度集成计算平台研发的飞机起落架用超高强不锈钢、荷兰代尔夫特大学通过“基因”设计理念结合高通量遗传算法设计的高性能耐热钢、印度CSIR国家冶金实验室通过多种本构模型结合人工神经网络进行的高性能管线钢设计等。特殊钢的高通量计算与设计研究不但可以促进特殊钢的更新换代,更会为我国乃至世界金属材料的高速发展提供支撑与保障。

基于粒度计算与模糊规则的钢卷仓储吞吐量长期预测

为了实现对钢卷仓储吞吐量的长期预测,以便帮助钢铁物流园区提前规划库位分配和装备准备,降低物流成本和物流园区的空置率,提出基于粒度计算和模糊规则的钢卷仓储吞吐量长期预测模型。通过时间序列分解模型将原始时间序列分解,分别将分解后的数据划分为多个数据粒并对其进行聚类,根据信息粒的类别建立模糊逻辑关系。根据模糊规则实现对未来7天的预测并不断迭代实现对四周的吞吐量预测。选用某无水港2014年至2018年的吞吐量数据进行验证,实验结果表明:所提出的预测方法结果能够满足钢铁物流规划需求,长期预测精度高于ARIMA模型。

ST系列高效煤泥水浓缩机的研究与应用

论述了ST系列高效煤泥水浓缩机的结构、工作原理和技术特征,该浓缩机应用了絮团层网捕、渗滤加速沉降原理,可根据入料性质及入料量调节入料深度,采用钢结构主体,简化了浓缩机结构,降低了设备投资,占地面积小,可靠性高,单位处理能力8 m3/(m2·h)以上。

半自磨机大型化过程中的相关问题研究

根据半自磨机大型化过程中出现的钢球直接砸衬板、半自磨机单位容积处理量降低以及介质能量传递效率降低的3个问题,通过利用半自磨机钢球运动理论分析和离散元仿真分析相结合的方法,对半自磨机钢球砸衬板现象进行了研究,为避免半自磨机钢球砸衬板选出了合适的转速率和填充率范围,通过仿真分析验证了半自磨机单位容积处理量和介质能量传递效率均随半自磨机筒体直径的增大而降低。

材料基因工程及其在海洋工程用钢中的应用

近年来,随着我国海洋资源开发不断走向深水,海洋工程装备对材料的性能要求不断提高,设计和开发高性能钢铁材料已经成为海洋工程材料的主要发展趋势之一。应用传统的“试错法”开发新材料虽然能避开物理机制不明的制约,但研发周期长、成本高、效率低。“材料基因组”思想应运而生,材料的设计逐渐由“炒菜式”向理性设计改变。而材料基因工程以“研发周期缩短一半、研发成本降低一半”为目标,为新材料的研发提供了新的方向。文中在对材料基因工程的基础理论与方法、关键技术、发展现状等方面总结分析的基础上,提出了海洋工程用钢材料基因化的设计思路。短期来看可以缩短研发周期同时降低成本,长期来看还可以实现海洋工程用钢的按需设计,充实钢铁材料数据库,为后续的材料计算与开发提供依据。

轮带铸造铝合金成型用模具失效分析及控制

分析了铜结晶轮及铸造机钢带的失效原因和形式,采取了延长使用寿命的措施,使单根铸机钢带铝合金通过量由150 t/根提升至600 t/根,单个铜结晶轮铝合金通过量由1万t/只提升至2万t/只。

M2钢在森吉米尔轧机1中间辊上的应用

300系和400系不锈钢在轧制条件上有较大差异,目前在20辊轧机上,中间辊一般采用H12材质,该材质在400系不锈钢作业时存在过钢量少的问题,影响作业效率,影响板形控制。通过借鉴M2钢在热轧辊上应用的成功经验,在冷轧机上试用M2材质的1中间辊。与H12材质的轧辊相比,M2材质的轧辊可显著提高过钢量,改善板型,提高作业效率。

超高强钢的基因组数据库管理平台建设及应用

“材料基因组计划”主要是为了改变材料研究的“试错”模式,通过对以往试验数据的收集与整理,结合模拟计算技术、大数据与区块链等信息技术,建立材料的基础数据库、大数据管理平台、高通量模拟计算、试验与分析平台,并利用机器学习等先进人工智能技术,为能够快速开发高性能新材料提供有效的数据支撑。主要针对超高强钢研发中的数据处理需求,依托超高强钢的基础数据收集、超高强钢高通量模拟计算等,探索建立了超高强钢的基因组数据库及其管理平台,提出了数据库系统的结构框架以及基因组数据管理平台的总体架构,并展示了在该数据平台基础上进一步开发的试验数据汇总生成试验报告、计算数据解析及可视化展示等应用功能。该平台可以支持数值、文本、富文本、表格、函数、图片等丰富的数据类型,支持TB级海量数据的存储管理以及百万级数据记录的索引与检索,实现所有数据从在线采集、规范化处理、存储和管理到检索和分析的全流程高效智能化管理,从而为超高强钢基因组材料研发工作的顺利进行提供了必要的数据保障,有效提升了研究团队的数据资源化能力和数据分析能力,通过一个能够快速索引、检索并给出分析报告的数据管理分析平台,为研究部门开发新型超高强度钢提供优质服务。

近年稀土钢研究进展与加速研发新思路

通过对近几年来稀土钢发展相关文献的调研,统计了稀土相关论文、专利增长数量和应用领域分布,分析了稀土钢的研发进展。结果表明,无论是基础研究还是应用领域拓展,稀土钢近年来都得到迅速发展,稀土电工钢和稀土TWIP钢成为最热门的研发钢种,但稀土添加工艺等关键技术的不足,以及有待发展的稀土钢研发方法,延缓了稀土钢的发展与应用。稀土钢生产实践表明各种稀土添加工艺中连铸结晶器喂线法是钢铁连铸生产最有效的稀土添加方法,稀土电渣重熔工艺对生产重大装备制造用大型铸件具有重要应用价值。介绍了有关引入材料基因组工程先进研究理念,发展高通量计算与模拟、高通量制备与表征研究方法,建立稀土钢数据库,加快稀土钢研发的新思路。

超大输量天然气管道工艺方案筛选

借鉴国外超大输量天然气管道输送方案的研究成果，从提高输送效率的几个主要方面入手，结合以后可能出现的单管输送300×10^8m^3／a和450×10^8m^3／a的输量情况，以3000km长度为基准，对设计压力10-20SPa、管径1016～1422mm、钢级X80~X100的天然气管道，进行工艺方案的经济费用匡算，筛选出经济性较优的方案。对板材和钢管的生产加工、钢管的止裂韧性、阀门设备等影响工程建设的关键控制性因素进行调研，筛选1422mm、X80、12MPa为较可行的方案，并建议对此方案开展深入研究。（表11，图5，参4）

基于高通量试验原理82B连铸坯组织形貌特征

凝固组织形貌对铸坯宏观偏析的形成有非常重要的影响,并在一定程度上决定了铸坯后续的加工使用性能。基于高通量试验原理,引入分形维数和无量纲周长对82B帘线钢连铸坯凝固组织形貌特征展开分析。结果表明,对于连铸坯两侧中间区,窄宽度长区域取样方法得到的凝固组织面积率可近似等效为固相率;同时凝固组织整体形貌的分形维数随着固相率的增加而增加,但其无量纲周长呈现相反的趋势,故两者对凝固组织渗透率大小存在相反的影响作用;计算表明,实际铸坯组织的渗透率最小值对应的固相率为0.667。提出了一种基于实际铸坯分析凝固组织形貌特征变化规律的新方法,同时能为连铸末端电磁搅拌与轻压下等偏析控制技术的最佳作用固相率提供参考。