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碳纤维缠绕复合材料储氢气瓶的研制与应用进展

氢能是21世纪最有潜力的新型能源,具有高能、环保、可再生等优点,但氢气的储运技术滞后严重限制了其大规模应用.碳纤维缠绕复合材料氢气瓶因具有质量轻、韧性强、耐疲劳性好等优点,在储氢领域具有广阔的应用前景.本文综述国内外高压气态储氢技术研究现状,并结合国产碳纤维复合材料应用现实,论述了碳纤维缠绕储氢气瓶制备的技术要点、标准规范以及成型设备等方面的最新进展,展望了碳纤维缠绕储氢气瓶的产业前景.

关键词: 氢能 , 气瓶 , 碳纤维 , 复合材料 , 缠绕成型

水模拟研究浸入式水口位置对薄板坯连铸结晶器流场的影响

禄向阳 , 李红霞 , 杨文刚 , 马天飞 , 刘国齐

耐火材料 doi:10.3969/j.issn.1001-1935.2009.05.006

为了研究薄板坯连铸过程中浸入式水口位置(对中、向右倾斜4°、向左偏移2 cm、向右偏移2 cm、向前偏移2 cm、向后偏移2 cm)对结晶器内流场的影响,采用1:1的结晶器模型和现场实际使用的浸入式水口进行了水模拟试验;采用PIV系统测量结晶器右半部的流速及Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ处涡心位置等流场特征;采用DJ800水工测量系统测量结晶器左半部液面的波动.结果表明:1)水口向右侧倾斜4°后,造成结晶器内左右流场不对称,流股对右侧的冲击点上移.2)水口左右移动后,Ⅰ处平均涡心位置变化不大,Ⅱ处平均涡心位置均下移;水口向左移后,Ⅲ处平均涡心位置下移;水口向右移后,Ⅲ处平均涡心位置变化不大;水口左右偏移后,其涡心变化范围与水口对中时相比变化不大;结晶器液面波动降低.3)水口前后偏移后,Ⅰ处平均涡心位置变化不大;Ⅱ处平均涡心位置下移;Ⅲ处平均涡心位置上移,涡心变化范围变小;结晶器左侧液面的最大波动及各点波动的差别均减小,且向后偏移时的减小幅度更大.

关键词: 薄板坯连铸 , 浸入式水口 , 安装位置 , 结晶器 , 流场 , 水模拟

高效连铸用薄板坯浸入式水口结构设计

杨文刚 , 李红霞 , 刘国齐 , 马天飞 , 钱凡 , 于建宾

耐火材料 doi:10.3969/j.issn.1001-1935.2015.05.003

为了得到适宜高速连铸用的浸入式水口，利用粒子图像测速系统（PIV）和 DJ800水工测量系统，采用水模拟方法对不同结构的四孔浸入式水口（SEN）进行了模拟试验，研究不同出口面积比（分别为212、323、111和121），上导流岛夹角θ（分别为20°、40°、60°和80°），以及下导流岛夹角α（分别为60°、80°、100°和120°）对结晶器内流场涡心位置、波动等的影响。结果表明，浸入式水口出口面积比和上下导流岛夹角对流场有明显的影响，当出口面积比为121，上导流岛夹角为80°，下导流岛夹角为100°时，结晶器内流场结构较合理。

关键词: 高效连铸 , 浸入式水口 , 结构 , 水模拟

Si3N4-BN 复合材料的制备及抗震性研究

钱凡 , 李红霞 , 于建宾 , 杨文刚 , 刘国齐 , 李泉

耐火材料 doi:10.3969 /j.issn.1001 -1935.2015.01.008

以 Si 粉、h-BN、Si3 N4为原料，配制成 h-BN 添加量分别为20％、25％、30％（w）的混合料，经振动磨混合、等静压成型、氮化烧结（1400℃保温5 h），制成 Si3 N4－BN 复合材料试样。分析试样的物相组成，并检测其显气孔率、体积密度、常温强度、高温强度、弹性模量、热膨胀系数等性能指标；利用有限元分析软件 ANSYS 分析 w（h-BN）＝30％的试样在模拟薄带连铸条件下的抗热震性，然后采用熔融金属热冲击方法对不同温度（分别为650、750和850℃）保温30 min 烘烤后 w（h-BN）＝30％的试样进行抗热震试验。结果表明：1）随着 h-BN 添加量的增加，Si3 N4－BN 复合材料的烧结性能下降，强度、弹性模量、热膨胀系数减小。2）w（h-BN）＝30％的Si3 N4－BN 复合材料的抗热震性能可以满足现有薄带连铸生产的工况条件，有望成为热压 h-BN 的代替品。

关键词: 氮化硅 , 六方氮化硼 , 薄带连铸 , 侧封板 , 氮化烧结 , 反应烧结 , 抗热震性

添加 Al-TiO2复合粉对 Al2O3-C 材料的影响

马渭奎 , 刘国齐 , 杨文刚 , 钱凡 , 于建宾 , 马天飞

耐火材料 doi:10.3969 /j.issn.1001 -1935.2015.01.006

首先，以 Al 粉和钛白粉（TiO2）为原料，分别采用凝胶注模法、普通混合法和振动球磨法制备成m（Al 粉）∶m（TiO2粉）＝1∶3．5的 Al－TiO2复合粉，然后分别将这三种 Al－TiO2复合粉按5％（w）的比例引入Al2 O3－C 材料中，以120 MPa 压力等静压成型为25 mm ×25 mm ×170 mm 的试样，然后在埋炭（焦炭）条件下于1300℃保温3 h 热处理，研究了 Al－TiO2复合粉对 Al2 O3－C 材料物理性能、抗热震性能和显微结构的影响。结果表明：在 Al2 O3－C 材料中添加 Al－TiO2复合粉体能降低其显气孔率，提高其常温抗折强度和抗热震性，并以凝胶注模法制备的复合粉体的改善效果最明显；Al－TiO2复合粉体在 Al2 O3－C 材料中反应后生成内壁为致密陶瓷相的封闭孔洞；凝胶注模法制备的 Al－TiO2复合粉体中，TiO2粉能更充分地包裹金属 Al 粉，防止 Al 粉与Al2 O3－C 材料中的 C 反应，减少 Al4 C3的生成。

关键词: Al-TiO2 复合粉体 , Al2 O3-C 材料 , 抗热震性

堰坝组合对中间包内钢液流动模式的影响

马天飞 , 刘国齐 , 李红霞 , 杨文刚

连铸

根据某钢厂实际连铸中间包的操作工艺参数,采用数值模拟的手段研究了中间包内钢液的流动模式,通过模拟中间包内钢液瞬态流动,来获取RTD-C曲线,进而计算关键参数值(活塞区体积分数、死区体积分数等).运用正交试验设计分析了影响中间包内钢液流动的几种因素.合理的堰坝组合能够改善中间包内钢液流动状况,促进夹杂物上浮,降低死区体积分数.试验研究结果表明,控流装置的应用能很好地改善中间包内钢液流动;其中9号堰坝组合方案的中间包内钢液流动模式较合理.死区体积分数明显下降,钢液混合更为均匀.

关键词: 中间包 , 控流装置 , 数值模拟 , 正交试验

高可靠性梯度功能耐火材料

田锋 , 于建宾 , 刘国齐 , 杨文刚 , 魏昌晟

耐火材料 doi:10.3969/j.issn.1001-1935.2014.06.016

随着精炼和连铸技术的快速发展，要求连铸功能耐火材料透气元件、长水口、整体塞棒、浸入式水口具有高的可靠性和长寿命。与普通功能耐火材料相比，梯度功能耐火材料在材料组成及结构设计方面进行了优化，重点解决了产品的抗热震性和关键部位抗侵蚀性，从而使产品具有高安全可靠性和长使用寿命。

关键词: 功能耐火材料 , 透气元件 , 长水口 , 整体塞棒 , 浸入式水口

KCl 对酚醛树脂炭化生长碳纤维的影响

吴小贤 , 李红霞 , 刘国齐 , 杨文刚 , 马天飞

耐火材料 doi:10.3969 /j.issn.1001 -1935.2015.01.001

为了促进酚醛树脂在炭化过程中的石墨化，以工业液态酚醛树脂为碳源，微米尺度的 KCl 为催化剂，经混合、六亚甲基四胺固化处理后，在埋炭1000℃保温3 h 热处理条件下，研究了 KCl 添加量（掺入酚醛树脂质量的1％、3％、5％和7％）对树脂碳的物相、微观结构的影响及碳纤维的生长机制。结果表明：KCl 催化后提高了树脂碳的石墨化程度，树脂碳中原位生长较多碳纤维和片状碳，碳纤维直径为30～200 nm，长度可达10～20μm；KCl 最优添加量为5％（w），此时树脂碳中发现相对较多碳纤维，XRD 图谱中出现较明显的石墨 d002衍射峰；探索认为碳纤维的生长机制为：高温下 KCl 熔化后吸收酚醛树脂分解产生的含碳气体，促进固相 C 原子在液相 KCl 中扩散，达到 C 溶解饱和后，在局部不断析出碳原子，再进一步生长成碳纤维或片状碳，同时，熔体中局部 C 原子形成的浓度梯度，也给碳纤维或片状碳在 KCl 表面析出提供生长动力。

关键词: KCl , 酚醛树脂 , 碳纤维 , 催化剂

加载速率对楔入劈拉法测定铝镁浇注料断裂能及最大荷载的影响

秦红彬 , 李红霞 , 刘国齐 , 杨文刚 , 冯海霞

耐火材料 doi:10.3969/j.issn.1001-1935.2014.03.004

为了探讨楔入劈拉法测试耐火材料断裂能的可行性以及对测试结果产生影响的相关因素，以镁铝尖晶石浇注料为研究对象，在室温和1100℃高温下对铝镁浇注料试样分别进行了4组不同加载速率（常温下为0．3、0．5、1、2 mm·min-1，高温下为0．5、1、2、5 mm·min-1）下的劈拉断裂试验，并根据所测的荷载-裂缝张口位移曲线计算出试样的断裂能，探讨了加载速率、断裂能以及最大载荷三者的相互影响。试验结果表明：1）当加载速率增加时，常温条件下测试的最大竖向载荷呈现出逐渐增加的趋势，但是增加幅度逐渐缓慢；而高温下最大竖向荷载呈现先升高后降低的变化。2）材料的断裂能与最大荷载呈现相同的变化趋势。3）采用楔入劈拉法测定耐火材料断裂能时的加载速率应不大于0．5 mm·min-1。

关键词: 楔入劈拉法 , 断裂能 , 最大荷载 , 加载速率 , 铝镁浇注料

钢包透气砖服役过程中应力分布研究

杨文刚 , 刘国齐 , 王建国 , 于建宾 , 马天飞 , 钱凡

耐火材料 doi:10.3969/j.issn.1001-1935.2013.02.007

利用Ansys有限元分析软件对钢包透气砖服役过程中的应力分布进行了研究.结果表明:透气砖在服役过程中,吹氩阶段所受热应力最大,在吹氩结束的瞬间达到最大值,此时透气砖工作面主要受径向和周向的压应力,透气砖内部主要受径向、周向和轴向的拉应力；透气砖损毁主要出现在两个部位,一是工作面狭缝周围由于压应力大易产生裂纹或者剥落,二是在距透气砖工作面74 mm的位置由于拉应力大易发生横断损毁.

关键词: 钢包透气砖 , 应力场 , 有限元 , 损毁

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