基于TRIZ创新理论的高校教学建模探讨

TRIZ创新理论被引进以来,教学一线教师积极尝试将该理论应用于相关课程教学之中。TRIZ创新理论为深入研究探索新的教学模式,尤其是对大学生创新能力培养,提供了多元化探索渠道。通过不断的教学实践,将TRIZ创新理论与教学、实践和建模相结合,可大大拓展学生的创新思维,能有效突破相关课程固定思维模式陈规,形成可行性教学方法,这将为进一步培养新型创新人才提供有效借鉴。

采用(NH_4)_2SO_4焙烧镍铁渣提取MgO

针对镍铁渣传统处理工艺污染严重、资源浪费等不足,提出(NH_4)_2SO_4焙烧镍铁渣循环工艺。通过单因素实验考察焙烧温度、(NH_4)_2SO_4与镍铁渣质量比(即铵矿比)、焙烧时间对镍铁渣中MgO浸出率的影响,并在此基础上使用正交设计优化工艺条件。研究结果表明:优化实验条件为焙烧温度450℃,铵矿比3.5:1.0,焙烧时间120 min;在上述优化实验条件下进行多次重复实验,MgO浸出率稳定在90%以上;本工艺是绿色环保工艺,具有生产成本低、低污染等优点。

Reaction pathway led by silicate structure transformation on decomposition of CaSiO_3 in alkali fusion process using NaOH

The mechanism of decomposition of calcium inosilicate(CaSiO_3) synthesized through chemical deposition method using analytical reagent NaSiO_3·9H_2O and CaCl_2 during the alkali fusion process using NaOH was investigated by Raman spectroscopy in situ,X-ray diffraction and Fourier transform infrared spectrometer(FTIR).The results show that the tetrahedral silica chains within CaSiO_3 are gradually disrupted and transformed into nesosilicate with the isolated SiO_4 tetrahedra at the beginning of the alkali fusion process.The three intermediates including Ca_2SiO_4,Na_2CaSiO_4 and Na_2SiO_3 appear simultaneously in the decomposition of CaSiO_3,while the final products are Ca(OH)_2 and Na_4SiO_4.It can be concluded that there exist two reaction pathways in the alkali fusion process of CaSiO_3:one is ion exchange,the other is in the main form of the framework structure change of silicate.The reaction pathway is led by silicate structure transformation in the alkali fusion process.

多元体系下镁处理钢中夹杂物研究进展

钢中刚性夹杂物对钢的品质有很大影响,采用镁处理可以对钢中有害夹杂物进行改性。本文总结了镁脱氧反应热力学与镁处理夹杂物动力学,镁处理钢中夹杂物研究进展以及镁加入方法。镁处理可明显改善钢中刚性夹杂物MOx(M=Al,Ti)的形状,将其由不规则形状改质为近似球形,尺寸明显减小,从而减轻了夹杂物在钢中的危害;钢液中加镁的方法主要为镁蒸气加入和镁合金方式加入,在实验室以及工业生产中取得了一定的进展。

GCr15轴承钢中TiN复合夹杂物形成机理

在GCr15轴承钢扫描电镜观察中发现有两类复合TiN夹杂物,分别为:TiN-MnS和TiN-MgO-MgAl_2O_4-MnS。热力学计算表明,GCr15轴承钢中TiN夹杂物在固液两相区析出,MnS在固相区析出,Mg元素部分来源于炉衬中MgO被钢液中溶解的碳侵蚀还原,[Mg]与[O]将已经形核的Al2O3改质为MgAl_2O_4。TiN-MgOMgAl_2O_4-MnS的析出顺序依次为:MgAl_2O_4、MgO、TiN、MnS。MgO可作为TiN的形核质点;MgAl_2O_4若作为MgO、TiN、MnS的形核质点,取决于其周围元素的类型以及析出温度。

钢液铝脱氧早期形成的Al_2O_3夹杂

钢液铝脱氧过程产生的高熔点非金属夹杂物Al_2O_3对钢材性能危害较大,因此对其数量和尺寸控制变得十分重要。本文通过设计高温激光共聚焦显微镜实验对早期形成的Al_2O_3夹杂物进行研究,通过场发射扫描电镜FESEM和能谱EDS对高温激光共聚焦显微镜制备的试样中的夹杂物进行观察与分析,发现大量纳米尺寸Al_2O_3夹杂物,尺寸在100 nm以下。同时,研究了冷却速率对早期形成Al_2O_3夹杂物的影响,结果表明:冷却速率越大,夹杂物的数量越少,尺寸越细小。

GCr15轴承钢中MnS-Al_2O_3复合夹杂物析出行为

对于钢液铝脱氧精炼过程产生的Al_2O_3夹杂物严重影响钢的性能,而在钢液凝固过程中MnS夹杂物容易包裹着Al_2O_3夹杂物形成复合夹杂物,这种复合夹杂物改善钢材的性能有重要意义。通过场发射扫描电镜和能谱对国内某钢厂连铸坯中夹杂物形貌以及组成进行观察与分析,发现大量MnS包裹Al_2O_3复合夹杂物。同时通过理论热力学阐述MnS包裹Al_2O_3复合夹杂物的析出机理,计算得出:Al_2O_3夹杂物在钢液中形成,Mn S夹杂物在钢液凝固过程中形成,由于Al_2O_3夹杂物先析出,Mn S夹杂物可以在先析出的Al_2O_3夹杂物进行形核与长大,为钢中MnS包裹Al_2O_3复合夹杂物生成提供了理论依据。

中间包导流挡板设计与冶金效果

为了提高6流方坯中间包冶金效果,通过中间包水力学模拟试验,研究了导流挡板中导流孔参数对中间包流场特征的影响,并对其进行极差分析,最终确定了导流挡板各参数影响中间包流场特征的主次顺序为:导流孔孔径>倾角>高度。并以此为指导思想,结合CFD数值仿真对导流挡板进行设计。设计方案为:3个导流孔直径分别为93、72、36 mm,位置分别为(220 mm,140 mm)、(350 mm,280 mm)、(700 mm,300 mm),倾斜角度分别为(21°,15°)、(8°,23°)、(10°,28°)。工业试验表明,设置该导流挡板装置可以有效改善钢液流动特性,提高中间包冶金效果。

钢液中原子与夹杂物颗粒间的介尺度物相及二步形核

大量试验和工业生产实践表明,钢液用金属(如铝、硅)脱氧反应难以达到生成固体氧化物夹杂的热力学平衡状态,即脱氧产物不能完全转变为最稳定结构的晶体或固体氧化物夹杂,部分脱氧产物以稳定性低于氧化物夹杂的亚稳相形式存在。亚稳相是熔体中处于原子与夹杂物颗粒尺度之间的介尺度物相,同时其结构也是介于液态(包括无定型)与稳定的固态(包括晶体)结构之间的演变状态。利用第一性原理方法优化显示,金属脱氧体系中的介尺度亚稳相包括形核前的不同数目的脱氧剂原子和氧原子结合的氧化物团簇、团簇聚集体、临界核以及形核后的纳米尺寸氧化物夹杂。热力学平衡计算发现亚稳相恰好与脱氧后体系中的脱氧剂和氧元素含量达到平衡。脱氧过程中夹杂物形核服从二步机理,第一步为脱氧剂原子与氧反应生成团簇,该过程的热力学趋势大、反应速率快,反应平衡决定了脱氧后的溶解氧含量;第二步为团簇聚集成核,该过程涉及团簇的扩散和类液态结构向固态或晶体结构的转变行为,是脱氧反应的限制性环节,决定了夹杂物的形核率。因此,要实现对夹杂物尺寸分布的控制,需进一步研究影响第二步的相关因素以及控制方法。

高炉煤气重力除尘器内部流场及除尘效率的数值模拟

为了提高高炉煤气重力除尘器的除尘效率,在高炉煤气重力除尘器内采用了安装漏斗型挡板和将进气管由中心管改为锥顶进气2项技术。采用FLUENT软件对除尘器内的气相流场和颗粒的运动轨迹进行数值模拟。模拟结果表明:改变进气方式以后,与旋风除尘器相似,在重力除尘器内部产生了旋流;加入挡板后,在挡板下部形成一个气流死区,避免了二次扬尘的出现,而含尘气体与挡板间的碰撞是颗粒被分离出来的主要原因。固体颗粒的运动轨迹较为复杂,且带有一定的随机性,计算得出的除尘效率和实际试验数据吻合较好。

GCr15轴承钢中TiN夹杂物聚合机理研究

在对GCr15轴承钢的扫描电镜观察中发现了尺寸不同的2类TiN夹杂物,包括小尺寸单颗粒TiN和多颗粒聚合TiN。对TiN的热力学计算表明,GCr15轴承钢中TiN夹杂物在固液两相区析出。对TiN生长动力学的计算表明,在初始Ti的质量分数为0.006 0%~0.007 8%和N的质量分数为0.004 9%~0.007 0%,TiN析出的局部冷却速度为0.5~10 K/s,析出温度为1 620~1 640 K的条件下,单颗粒TiN最终析出半径为1~6μm。对多颗粒聚合型TiN形成机制研究表明,其是由单颗粒TiN经历了3个阶段形成的:当有距离较近的单颗粒TiN时,两者之间会自发形成腔桥并通过腔桥力相互吸引靠近;当带有活性的TiN尖端接触后,发生碰撞粗化;各基相发生固相烧结。