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Hybrid model for BOF oxygen blowing time prediction based on oxygen balance mechanism and deep neural network

International Journal of Minerals,Metallurgy and Materials 2024年第1期31卷 106-117页

作者： Xin Shao Qing Liu Zicheng Xin jiangshan zhang Tao Zhou Shaoshuai Li State Key Laboratory of Advanced Metallurgy University of Science and Technology BeijingBeijing 100083China Engineering Research Center of MES Technology for Iron&Steel Production Ministry of EducationBeijing 100083China Laiwu Iron and Steel Group Yinshan Section Steel Co. Ltd.Jinan 271104China

The amount of oxygen blown into the converter is one of the key parameters for the control of the converter blowing process,which directly affects the tap-to-tap time of converter. In this study, a hybrid model based on oxygen balance mechanism (OBM) and deep neural network (DNN) was established for predicting oxygen blowing time in converter. A three-step method was utilized in the hybrid model. First, the oxygen consumption volume was predicted by the OBM model and DNN model, respectively. Second, a more accurate oxygen consumption volume was obtained by integrating the OBM model and DNN model. Finally, the converter oxygen blowing time was calculated according to the oxygen consumption volume and the oxygen supply intensity of each heat. The proposed hybrid model was verified using the actual data collected from an integrated steel plant in China, and compared with multiple linear regression model, OBM model, and neural network model including extreme learning machine, back propagation neural network, and DNN. The test results indicate that the hybrid model with a network structure of 3 hidden layer layers, 32-16-8 neurons per hidden layer, and 0.1 learning rate has the best prediction accuracy and stronger generalization ability compared with other models. The predicted hit ratio of oxygen consumption volume within the error±300 m^(3)is 96.67%;determination coefficient (R^(2)) and root mean square error (RMSE) are0.6984 and 150.03 m^(3), respectively. The oxygen blow time prediction hit ratio within the error±0.6 min is 89.50%;R2and RMSE are0.9486 and 0.3592 min, respectively. As a result, the proposed model can effectively predict the oxygen consumption volume and oxygen blowing time in the converter.

关键词： basic oxygen furnace oxygen consumption oxygen blowing time oxygen balance mechanism deep neural network hybrid model

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Miniaturized and highly sensitive fiber-optic Fabry–Perot sensor for mHz infrasound detection

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Photonics Research 2024年第5期12卷 969-978页

作者： PEIJIE WANG YUFENG PAN jiangshan zhang JIE ZHAI DEMING LIU PING LU Wuhan National Laboratory for Optoelectronics(WNLO)and National Engineering Research Center of Next Generation Internet Access System School of Optical and Electronic InformationHuazhong University of Science and TechnologyWuhan 430074China Optics Valley Laboratory Wuhan 430074China Department of Electronics and Information Engineering Huazhong University of Science and TechnologyWuhan 430074China

Infrasound detection is important in natural disasters monitoring,military defense,underwater acoustic detection,and other ***-optic Fabry–Perot(FP)acoustic sensors have the advantages of small structure size,long-distance detection,immunity to electromagnetic interference,and so *** size of an FP sensor depends on the transducer diaphragm size and the back cavity ***,a small transducer diaphragm size means a low ***,a small back cavity volume will increase the low cut-off frequency of the ***,it is difficult for fiber-optic FP infrasound sensors to simultaneously achieve miniaturization,high sensitivity,and extremely low detectable *** this work,we proposed and demonstrated a miniaturized and highly sensitive fiber-optic FP sensor for m Hz infrasound detection by exploiting a Cr-Ag-Au composite acoustic-optic transducer diaphragm and a MEMS technique-based spiral micro-flow *** use of the spiral micro-flow hole as the connecting hole greatly reduced the volume of the sensor and decreased the low-frequency limit,while the back cavity volume was not *** with the Cr-Ag-Au composite diaphragm,a detection sensitivity of-123.19 dB re 1 rad∕μPa at 5 Hz and a minimum detectable pressure(MDP)of1.2 mPa∕Hz^(1∕2)at 5 Hz were *** low detectable frequency can reach 0.01 Hz and the flat response range was 0.01–2500 Hz with a sensitivity fluctuation of±1.5 d ***,the size of the designed sensor was only 12 mm×Φ12.7 *** excellent characteristics make the sensor have great practical application prospects.

关键词： sound fiber cavity

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结构化网格快速生成工具的开发及其在冶金模拟仿真中的应用

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工程科学学报 2024年第2期46卷 218-229页

作者：张江山刘昱宏杨树峰李东岳赵梦静李京社刘青北京科技大学绿色低碳钢铁冶金全国重点实验室北京100083 东岳流体有限公司北京100195 中国国际工程咨询有限公司冶金建材业务部北京100048

结构化网格在模拟计算高精度、复杂问题时具有更高的计算准确度和更好的收敛性,但其划分难度大且耗时较长,如何快速生成高质量结构化网格是进行CFD(Computational fluid dynamics)等模拟计算领域的前沿问题.根据冶金容器的几何结构特征... 详细信息

结构化网格在模拟计算高精度、复杂问题时具有更高的计算准确度和更好的收敛性,但其划分难度大且耗时较长,如何快速生成高质量结构化网格是进行CFD(Computational fluid dynamics)等模拟计算领域的前沿问题.根据冶金容器的几何结构特征,引入了参数一体化建模+网格划分的理念,利用Python脚本快速批处理数据和开源CFD软件OpenFOAM的优势,成功开发了适用于冶金反应器的网格快速生成工具.以钢包–中间包–结晶器及其附属连接装置为例,进行了案例分析测试.结果表明,该工具软件生成的结构化网格在扭曲度和正交性等方面质量较高,可以满足各类模拟仿真的需求.该工具在解决冶金容器几何结构更新和网格分布调整方面相比于传统前处理方法可以在几十秒内快速生成高质量结构化网格.此外,开发了便于用户使用的图形用户界面,界面中仅需输入关键的几何结构和网格参数,即可对冶金容器快速便捷地生成相应的结构化网格,有效提升了前处理的简易度和效率.这一工具软件有望应用于冶金数字化和智能化转型发展的多种场景,并为其提供有效的软件支撑.

关键词：结构化网格参数化模拟仿真工具软件数智化

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Predicting the alloying element yield in a ladle furnace using principal component analysis and deep neural network

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International Journal of Minerals,Metallurgy and Materials 2023年第2期30卷 335-344页

作者： Zicheng Xin jiangshan zhang Yu Jin Jin Zheng Qing Liu State Key Laboratory of Advanced Metallurgy University of Science and Technology BeijingBeijing 100083China Tangshan Branch Hebei Iron and Steel Co.Ltd.Tangshan 063000China

The composition control of molten steel is one of the main functions in the ladle furnace(LF)refining *** this study,a feasible model was established to predict the alloying element yield using principal component analysis(PCA)and deep neural network(DNN).The PCA was used to eliminate collinearity and reduce the dimension of the input variables,and then the data processed by PCA were used to establish the DNN *** prediction hit ratios for the Si element yield in the error ranges of±1%,±3%,and±5%are 54.0%,93.8%,and98.8%,respectively,whereas those of the Mn element yield in the error ranges of±1%,±2%,and±3%are 77.0%,96.3%,and 99.5%,respectively,in the PCA-DNN *** results demonstrate that the PCA-DNN model performs better than the known models,such as the reference heat method,multiple linear regression,modified backpropagation,and DNN ***,the accurate prediction of the alloying element yield can greatly contribute to realizing a“narrow window”control of composition in molten *** construction of the prediction model for the element yield can also provide a reference for the development of an alloying control model in LF intelligent refining in the modern iron and steel industry.

关键词： ladle furnace element yield principal component analysis deep neural network statistical evaluation

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长水口和稳流器对中间包冲击区流动影响的对比研究

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钢铁研究学报 2024年第5期36卷 598-606页

作者：杨成虎张江山李权辉杨树峰刘青北京科技大学绿色低碳钢铁冶金全国重点实验室北京100083 南京钢铁股份有限公司研究院江苏南京210035

冲击区通常是连铸中间包内部湍流强度最大的区域,最易发生卷渣和二次氧化,是设计和优化中间包流场的重点。采用物理和数值模拟相结合的方法对比研究了不同长水口、稳流器及其组合对冲击区流动特征的影响规律。结果表明,所构建的中间包... 详细信息

冲击区通常是连铸中间包内部湍流强度最大的区域,最易发生卷渣和二次氧化,是设计和优化中间包流场的重点。采用物理和数值模拟相结合的方法对比研究了不同长水口、稳流器及其组合对冲击区流动特征的影响规律。结果表明,所构建的中间包流动模型对比验证结果较好;与直筒型长水口相比,喇叭型长水口较大的内径具有较好的降低流股速度的效应,出口速度降低近一半,冲击区最大湍动能从0.0198m^(2)/s^(2)降低到0.0054 m^(2)/s^(2)。稳流器则会增强冲击区主流股区域的湍动能,改变流体运动方向,并通过能量耗散降低流体到达液面的流速。稳流器与喇叭型水口的组合方案可以有效结合长水口的降速效应和稳流器的耗散效应,冲击区液面最大流速降至0.036m/s,死区比例也降低明显。

关键词：中间包冲击区长水口稳流器湍动能

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制何首乌产地加工炮制一体化新方法的优势分析

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中国实验方剂学杂志 2024年第8期30卷 167-175页

作者：辛雪颖景佳麟高双荣张江山龚千锋骆璐李娆娆刘婷中国中医科学院中药研究所北京100700 江西中医药大学药学院南昌330004 江西景德中药股份有限公司江西景德镇333302

目的:分析产地加工炮制一体化新方法与传统方法对制何首乌成分和药理作用的影响,阐释新方法所制备饮片的“减毒增效”优势。方法:取道地产区鲜何首乌,分别采用产地加工炮制一体化新方法(压力0.1 MPa,120℃隔水加黑豆汁蒸制10.5 h)和传... 详细信息

目的:分析产地加工炮制一体化新方法与传统方法对制何首乌成分和药理作用的影响,阐释新方法所制备饮片的“减毒增效”优势。方法:取道地产区鲜何首乌,分别采用产地加工炮制一体化新方法(压力0.1 MPa,120℃隔水加黑豆汁蒸制10.5 h)和传统方法(隔水加黑豆汁蒸制36 h)进行炮制。2种方法均在炮制过程取样,其中新方法取样时间点依次为0.5、3、5.5、8、10.5 h,传统方法每隔4 h取样1次(共炮制36 h)。采用高效液相色谱法(HPLC)建立指纹图谱并确定共有峰,蒽酮-硫酸比色法测定多糖类成分含量,按2020年版《中华人民共和国药典》何首乌与制何首乌“含量测定”项下方法检测不同炮制品中蒽醌类及二苯乙烯苷含量。在药效实验中,90只SD大鼠随机分为空白组,生品、常压24 h炮制品、常压30 h炮制品、加压8 h炮制品的低、高剂量组(4.1、16.5 g·kg^(-1)),每组10只,雌雄各半。均连续灌胃给药29 d,1次/d。末次给药后腹主动脉取血,分离血清,称取大鼠体质量、肝脏质量,计算脏器指数;采用苏木素-伊红(HE)染色观察大鼠肝脏组织病理变化,生化法检测血清中肝功能指标天门冬氨酸氨基转移酶(AST)、丙氨酸氨基转移酶(ALT)、碱性磷酸酶(ALP)、γ-谷氨酰基转移酶(GGT)、乳酸脱氢酶(LDH)的水平及脑组织中氧化指标丙二醛(MDA)、超氧化物歧化酶(SOD)、谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)的水平。结果:在生何首乌、新方法和传统方法制何首乌指纹图谱中共确定了14个共有峰,并指认其中3个色谱峰分别为二苯乙烯苷、大黄素、大黄素甲醚。各炮制品在0~25 min特征峰面积变化较为明显,表明不同炮制方法对制何首乌中极性较高的成分含量存在影响,2种方法的变化趋势相似,以新方法变化程度较高。含量测定结果显示,与传统方法比较,新方法所得炮制品中补益类成分多糖含量升高、肝损伤类成分二苯乙烯苷、结合蒽醌含量降低。药理学指标显示,与空白组比较,常压24 h炮制品低、高剂量组雄鼠AST、LDH明显降低(P<0.05,P<0.01),加压8 h炮制品低、高剂量组雄鼠AST均显著降低(P<0.01);与同剂量生品组比较,常压30 h炮制品低剂量组雄鼠AST、LDH水平明显降低(P<0.05,P<0.01),加压8 h炮制品低、高剂量组雄鼠AST均显著降低(P<0.01),各给药组雌鼠各项生化指标与空白组比较差异无统计学意义。结论:制何首乌产地加工炮制一体化新方法8 h即可达到相关规定品质,该法所得炮制品在“减毒增效”方面较传统方法更具优势,且节能、避免成分损失,可为制何首乌优质饮片生产、其他根及根茎类中药的产地加工炮制一体化方法提供思路。

关键词：何首乌产地加工炮制一体化主成分含量指纹图谱减毒增效蒽醌二苯乙烯苷抗氧化肝损伤

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艾力特AT鞣剂在浸酸与不浸酸工艺体系下的鞣制性能

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皮革科学与工程 2024年第3期34卷 25-30页

作者：王思懿强西怀李闻欣段郑军张江山郑超斌陕西科技大学轻工科学与工程学院轻化工程国家级实验教学示范中心陕西西安710021 北京泛博清洁技术研究院有限公司北京102600

以绵羊酸皮为实验对象,使用新型有机鞣剂艾力特AT分别在常规浸酸和不浸酸两种工艺体系下进行鞣制,通过坯革的收缩温度、纤维形貌及其热力学性能等分析测试,主要考察艾力特AT鞣剂在浸酸与不浸酸工艺体系下鞣制性能的差异性。实验结果表明... 详细信息

以绵羊酸皮为实验对象,使用新型有机鞣剂艾力特AT分别在常规浸酸和不浸酸两种工艺体系下进行鞣制,通过坯革的收缩温度、纤维形貌及其热力学性能等分析测试,主要考察艾力特AT鞣剂在浸酸与不浸酸工艺体系下鞣制性能的差异性。实验结果表明:在两种工艺体系中,鞣制工艺条件的变化对鞣制效果产生了相似的影响;在艾力特AT鞣剂用量6%时,两种不同工艺体系下鞣制的坯革收缩温度都可以达到89℃。此外,鞣制坯革粒面饱满,毛孔清晰,热稳定性和力学性能基本接近。因此,艾力特AT鞣剂在浸酸与不浸酸工艺条件下,基本鞣制效应差异性不明显,这对于推广和应用基于艾力特AT鞣剂的无铬鞣制技术具有一定的理论指导意义。

关键词：艾力特AT 无铬鞣剂无铬鞣制制革

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沸石鞣剂和铬鞣剂复鞣对艾力特AT鞣革纤维吸收阴离子染料性能的影响

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皮革科学与工程 2024年第5期34卷 32-39页

作者：赵彩霞强西怀李闻欣段郑军张江山郑超斌陕西科技大学轻工科学与工程学院陕西西安710021 轻化工程国家级实验教学示范中心陕西西安710021 北京泛博清洁技术研究院有限公司北京102600

选用沸石鞣剂和铬鞣剂分别对有机鞣剂艾力特AT鞣制的白湿革进行复鞣处理,运用单因素变量法研究复鞣后的革纤维对阴离子染料直接兰80和酸性红249的吸收特性。使用扫描电子显微镜、物理吸附仪-比表面积分析仪、纳米粒度表面电位分析仪对... 详细信息

选用沸石鞣剂和铬鞣剂分别对有机鞣剂艾力特AT鞣制的白湿革进行复鞣处理,运用单因素变量法研究复鞣后的革纤维对阴离子染料直接兰80和酸性红249的吸收特性。使用扫描电子显微镜、物理吸附仪-比表面积分析仪、纳米粒度表面电位分析仪对复鞣后的革纤维松散程度及等电点进行表征,结果表明在沸石鞣剂和铬鞣剂复鞣体系下,艾力特AT鞣革纤维的等电点均由5.5提高到7.0左右,纤维比表面积增加且松散程度提高。这说明在艾力特AT鞣革的湿染整过程中,沸石鞣剂与铬鞣剂的复鞣化学机制相似。此外,复鞣后革纤维吸收阴离子染料的能力有所提升,吸收结合机制都以化学反应为主,吸收过程均符合二级动力学模型和Langmuir等温模型。研究结果可为无铬鞣体系鞣革的湿染整加工工艺制定提供理论支撑。

关键词：复鞣沸石鞣剂铬鞣剂染料吸收皮革

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聚多巴胺包覆硅化胶原的光热及抗菌性能研究

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实用口腔医学杂志 2024年第4期40卷 461-466页

作者：张江山雷晨伏雨桐马雨轩慕昭陈吉华口颌系统重建与再生全国重点实验室国家口腔疾病临床医学研究中心陕西省口腔医学重点实验室空军军医大学第三附属医院口腔修复科西安710032

目的:通过多巴胺聚合作用构建聚多巴胺包覆硅化胶原(SC@PDA),探究该材料光热杀菌作用与生物安全性。方法:通过聚合反应将多巴胺包覆在硅化胶原表面构建SC@PDA。用扫描电镜、透射电镜观察SC@PDA表面形貌,硅酸释放实验检测材料硅酸缓释情... 详细信息

目的:通过多巴胺聚合作用构建聚多巴胺包覆硅化胶原(SC@PDA),探究该材料光热杀菌作用与生物安全性。方法:通过聚合反应将多巴胺包覆在硅化胶原表面构建SC@PDA。用扫描电镜、透射电镜观察SC@PDA表面形貌,硅酸释放实验检测材料硅酸缓释情况,808 nm激光照射与红外热像仪检测材料光热性能。CCK-8实验测试材料对大鼠骨髓间充质干细胞的毒性,急性全身毒性实验评价材料对大鼠的生物安全性。以SD大鼠为研究模型进行抗菌性能测试。将材料分别与金黄色葡萄球菌及大肠杆菌共培养6 h后,用808 nm激光(1.5 W/cm^(2))照射10 min,之后继续培养6 h,用吸光度检测计算材料光热抑菌率。在大鼠股骨缺损感染模型中观察材料植入缺损部位7 d后材料的抗感染效果。结果:SC@PDA具有良好的光热性能,保持了硅化胶原的硅酸缓释性能,无细胞毒性,无急性全身毒性。体内外抗菌实验表明,SC@PDA具有良好的光热抗菌能力。结论:SC@PDA具有优良的生物相容性,同时多巴胺包覆赋予了硅化胶原支架优异的光热抗菌性能。

关键词：聚多巴胺胶原支架植入物相关感染抗菌材料

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LF精炼炉双孔差流量底吹模式优化物理模拟

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工业加热 2024年第3期53卷 20-26页

作者：和炳昶信自成张江山吴军李立民刘青北京科技大学钢铁冶金新技术国家重点实验室北京100083 宝钢集团新疆八一钢铁有限公司新疆乌鲁木齐830022

以国内某钢厂LF精炼炉为研究对象构建了1∶4的水模型,对比研究了双孔等流量底吹和双孔差流量底吹两种模式,并采用响应面法构建了弱底吹流量、强底吹流量和液面高度三因素的钢水混匀时间预测模型,运用该模型得出了差流量底吹模式的最优... 详细信息

以国内某钢厂LF精炼炉为研究对象构建了1∶4的水模型,对比研究了双孔等流量底吹和双孔差流量底吹两种模式,并采用响应面法构建了弱底吹流量、强底吹流量和液面高度三因素的钢水混匀时间预测模型,运用该模型得出了差流量底吹模式的最优底吹流量方案。结果表明,双孔差流量底吹模式的混匀效果优于双孔等流量底吹模式;构建的差流量底吹模式混匀时间预测模型拟合效果较好;双孔差流量底吹模式下的混匀时间受到强底吹流量和弱底吹流量的交互作用影响;采用所建模型预测混匀时间与实测值误差均在4%以内。验证了双孔差流量底吹模式相较于等流量底吹模式具有更高的混匀效率,表明了基于响应面法对双孔差流量底吹模式的优化是可行的。

关键词：钢包炉水模拟混匀时间响应面法双孔差流量底吹

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