高炉焦炭微观气孔结构演变及分形特征研究

摘要：为了研究孔结构对高炉焦炭降解过程的影响,通过溶损 转鼓实验分析了不同溶损焦炭的孔结构分形特征和微观组织结构变化。在此基础上,通过引入考虑分形特征的物料破碎方程,分析了焦炭降解能耗与表面分形维数之间的联系。结果表明：考虑分形特征的功耗方程可以较好地应用于冶金焦炭的降解过程中,焦炭降解能耗与分形维数之间存在明显的相关性,反应气氛会影响焦炭的表面分形维数进而改变焦炭降解的难易程度。     

高炉焦炭微观气孔结构演变及分形特征研究

为了研究孔结构对高炉焦炭降解过程的影响,通过溶损-转鼓实验分析了不同溶损焦炭的孔结构分形特征和微观组织结构变化。在此基础上,通过引入考虑分形特征的物料破碎方程,分析了焦炭降解能耗与表面分形维数之间的联系。结果表明:考虑分形特征的功耗方程可以较好地应用于冶金焦炭的降解过程中,焦炭降解能耗与分形维数之间存在明显的相关性,反应气氛会影响焦炭的表面分形维数进而改变焦炭降解的难易程度。     

添加无烟煤对焦炭微晶和气孔结构的影响

根据焦炭的XRD谱图及SCHERRER'S 公式研究了添加无烟煤炼焦后焦炭的微晶结构参数的变化.试验结果表明:添加无烟煤可以促进焦炭中微晶的发展,使焦炭微晶结构参数La、Lc和石墨化度增大.利用氮气吸附方法分析了焦炭气孔结构的变化,结果发现:添加无烟煤炼焦后焦炭的微孔体积、比表面积和平均孔径都有显著的降低.根据FHH模型计算了焦炭的分形维数.结果表明:在焦炭中存在分形结构,添加无烟煤炼焦后焦炭的分形维数降低,焦炭表面变光滑.     

各向同性多孔介质中Kozeny-Carman常数的分形分析

Kozeny-Carman(KC)方程是多孔介质渗流领域最著名的半经验公式,长期以来,KC方程及其推广形式被广泛用于估算多孔介质的渗透率.但是,方程中的KC常数是一个没有确切物理意义的经验常数,且被证明并非一个常数值.天然多孔介质中的孔隙分布往往表现出自相似的分形标度律.因此,根据多孔介质的分形特征利用微观几何模型计算了各向同性多孔介质的有效渗透率,并进一步推导了KC常数的解析表达式.结果表明,KC常数是由多孔介质的微结构决定的,是孔隙率和分形维数的函数,且随着孔隙率的增加而增大.     

数字岩心孔隙结构的分形表征及渗透率预测

基于多孔介质孔隙结构的分形理论,对9种数字岩心样品的孔隙相和固体相结构进行了分形表征.计算结果表明固体相的分形维数通常要大于孔隙相的分形维数,其分形标度区间的宽度要小于孔隙相的标度区间宽度.这表明数字岩心是一种近似两相分形多孔介质.在此基础上,对9种数字岩心样品的孔隙度、体积分数和渗透率进行了预测.预测结果表明数字岩心孔隙结构的分形理论在描述介质的孔隙度和渗透率方面是有效的.而且在近似两相分形介质中,对固相的分形描述似乎更加有效.当用分形理论对数字岩心样品的渗透率进行预测时,其准确地确定最大孔隙尺寸至关重要.最后,通过对比发现,在预测渗透率方面,采用的FT方法要比目前国际上通用的PNEM方法更加准确,也更加具有普适性和计算成本更低.     

电磁搅拌方式对A356铝合金凝固组织形貌分形维数的影响

利用分形几何中的分形维数定量表征了铝熔体经低过热度浇注和电磁搅拌作用下半固态合金浆料中初生相的尺寸细化和球化程度.通过OM、Matlab软件平台编制计盒维数法计算程序,研究半固态初生相α-Al形貌的分形特征和电磁搅拌方式对其形貌分形维数变化规律的影响.结果表明,合金的凝固组织具有分形特征,可通过分形维数对初生相尺寸细化和球化程度进行定量表征.初生相的形貌分形维数随搅拌方式由无搅拌、单向连续搅拌过渡到双向连续搅拌时,呈逐渐减小的变化规律,是一个降维的过程.在双向连续搅拌作用下初生相的分形维数最小,晶粒细化球化程度达到最佳     

O‘—Sialon—ZrO2—SiC复合材料的侵蚀及界面分形研究

研究了Ｏ＇－Ｓｉａｌｏｎ－ＺｒＯ２－ＳｉＣ复合材料在不锈钢液中的侵蚀行为。造成侵蚀的原因主要是不锈钢液通过侵蚀通道向材料内部扩发形研究表明,材料侵蚀界面的分形维数在１．２５～１．３０之间且与侵蚀过程存在相应关系。     

岩石应力波分形分析方法的研究

针对岩石应力波分形分析方法理论探索的实际, 基于岩石应力波传播试验数据, 研究无轴向静应力下的岩石应力波波形分形分析方法。根据岩石应力波数据的特点, 采用盒维数和关联维数对不同测点下的岩石应力波进行研究, 探讨应力波分形维数的计算方法和意义。研究表明, 可以根据盒计数理念和G-P算法计算出岩石应力波波形的分形维数, 其中不同测点下的岩石应力波的盒维数为1.14~1.18; 关联维数为1.42~1.48, 相空间维数为7~9。应力波的盒维数可以反映岩石应力波波形的复杂程度, 关联维数仅能体现应力波在最小尺度的相似。      

德兴铜矿2#尾矿坝透镜体的分形特性研究

透镜体的分布反映了尾矿堆积坝的沉积状况,对尾矿坝的稳定有重要影响,对江西铜业公司德兴铜矿2＃尾矿坝主剖面的透镜体进行盒维数分析,表明透镜体分布存在分形特性,分形维数为1．5024。     

钢中夹杂物的分形维数

应用分形理论的盒维数法对钢中非金属夹杂物颗粒外缘的分形维数进行了分析计算,得出了各类夹杂物颗粒外缘分形维数的具体范围,并对维数与夹杂物特性的关系进行了分析.     

碳溶反应过程焦炭气孔结构变化规律

 利用焦炭反应性装置测定不同温度下焦炭的碳溶反应,采用比表面积及孔径分析仪、SEM表征焦炭的气孔结构参数,分别利用BET方程和BJH法计算焦炭的比表面积、孔体积和平均孔径,由吸附等温线计算焦炭表面分形特征变化,考察焦炭碳溶反应过程中孔结构的变化规律。研究表明,随着温度的升高,焦炭吸附曲线类型由I类向II类吸附等温线转变,比表面积以及孔容均先增加后减小,2～10 nm的孔径变化明显。1 000 ℃之前焦炭的溶损反应过程主要受化学反应速率影响,1 000 ℃之后受扩散控制的主导性提高,不同焦炭的气孔结构变化影响了溶损反应行为。分形维数与孔结构有一定的相关性,可以反映焦炭溶损过程气孔的变化。     

Effects of Microwave Heating on Pore Fractal Properties of Blast Furnace Sludge

Effects of microwave heating on the pore fractal properties of blast furnace sludge (BFS) and relative mechanism were studied. The results show that the morphology features of iron bearing sinter and coke particles, which arc the main constituents of the BFS, were remarkably changed by microwave heating. The porosity, surface roughness and specific surface area of modified particle surface all increased obviously. Combining with fractal method called Sicrpinski model, the fractal dimensions of sinter, coke and others increased from 2.35, 2. 21 and 2. 58 to 2.65, 2.44 and 2.61 respectively, after modification by microwave heating. The results predicted that the reaction mechanism of microwave heating for BFS is related to two aspects. Different mineral phases existed in BFS particles incline to dissociate each other due to their different microwave absorbability; some recombination or reconstruction of matters or structure leads to structure defects, which have great influences on the surface morphology characteristics and chemical properties. The research indicated that fractal dimension can be used as an effective factor for quantitative analysis of the pore changes in morphology of the sludge. Furthermore, it is helpful for separation and extraction of valuable constituent from BFS.     

转炉钢渣粉磨特性的分形研究

 本文运用分形理论,依据钢渣粉磨试样的粒度分布测试结果,对其分形维数进行了理论计算,并对试样的颗粒特征进行了分析研究。结果表明,拟合曲线的线性相关系数均大于0.97,说明钢渣微粉的粒度分布具有分形结构特征。随着粉磨时间的延长,钢渣微粉粒度分布的分维值逐渐增大,在一定时间后,其粒度分布的分维值变化趋于平缓。分形维数与钢渣微粉的比表面积间满足良好的线性关系,并与钢渣基水泥材料的胶凝性能良性相关。     

缝合线分形特征及其对石灰岩强度的影响

为研究缝合线分形特征及其对石灰岩强度的影响,基于数字图像处理技术,采用功率谱密度方法和数字图像盒维数方法分析水平缝合线和垂直缝合线的分形维数,通过实验和数值模拟研究缝合线对石灰岩强度的影响和石灰岩内部裂纹演化过程.研究结果表明:采用两种分形分析方法得出缝合线分形维数介于1和2之间,表明缝合线是自然界一种自仿射分形构造,且垂直缝合线的粗糙度较大.缝合线平均弱化石灰岩强度约20%,不同倾角缝合线石灰岩强度没有明显的各向异性现象,缝合线对石灰岩弹性模量影响很小.石灰岩失稳破坏过程中,裂纹的萌生发展与缝合线息息相关,缝合线加快了石灰岩的损伤破坏.数值模拟表明缝合线厚度、位置、数量、分形维数等发育因素对石灰岩的强度有着显著的影响.      

模具钢电渣重熔铸坯凝固组织形貌的分形特征

为了更为精细化地表达及控制铸坯质量，以H13模具钢电渣重熔铸坯凝固组织为研究对象，引入分形维数对其主体形貌特征进行定量描述。结果表明，基于数盒子法计算得到的分形维数可定量表征凝固组织形貌的自相似复杂程度，其值从柱状晶向中心等轴晶先减小后增大；凝固组织分形维数可作为衡量铸坯偏析程度（偏析率大小）的指标，且分形维数越大，对应区域偏析率越小，偏析越轻；通过凝固组织分形维数、偏析率和偏析点平均面积与二次枝晶间距关系的研究发现，使用二次枝晶间距表征铸坯凝固组织形貌差异并由此反映偏析程度的方法存在局限性。     

碳化稻壳颗粒表面结构的分形描述

在实验条件下，制备了碳化稻壳颗粒。应用分形的概念，引入形状因子率，建立了求解碳化稻壳颗粒表面分维数的计算模型；利用构造步长法和计算模型测定和计算了碳化稻壳颗粒的分维数，并对其表面结构作了分形讨论与分析     

分形理论在金属断裂方面应用的进展

综述和分析了近年来分形理论在金属断裂方面应用的进展情况,包括金属断口的分形性及其分维测定方法,金属断裂的多种分形模型和断口分维与材料性能之间的关系及其物理意义。为分形理论在其他领域的应用提供了宝贵的经验。