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钢铁工业减碳与CO_(2)资源化利用技术的研究进展

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钢铁 2024年第2期59卷 13-24页

作者：刘清梅张福明首钢集团有限公司技术研究院北京100043 首钢集团有限公司北京100041

在全球“碳达峰、碳中和”新发展背景下,钢铁工业低碳发展尤为重要。分析了钢铁工业构建低碳循环及减碳领域的典型技术研究现状,以及新型CO_(2)资源化利用产业的发展情况。从全球相对成熟的钢铁工业生产流程现状出发,重点介绍了高炉-转... 详细信息

在全球“碳达峰、碳中和”新发展背景下,钢铁工业低碳发展尤为重要。分析了钢铁工业构建低碳循环及减碳领域的典型技术研究现状,以及新型CO_(2)资源化利用产业的发展情况。从全球相对成熟的钢铁工业生产流程现状出发,重点介绍了高炉-转炉、全废钢-EAF、直接还原和熔融还原4类钢铁生产流程的碳排放强度。目前,全球钢铁制造流程主要以高炉-转炉长流程和废钢-电炉短流程为主,长流程吨钢碳排放强度约为电炉短流程的3倍。结合全球钢铁产量的演变值推算了2001—2022年间全球钢铁工业的CO_(2)排放量,阐述了减碳以及CO_(2)资源化利用的紧迫性和必要性。根据已有的钢铁工业减碳经验,选取日本、欧洲和中国的低碳冶炼项目进行分析,包括其在钢铁工业减碳发展中所进行的试验性技术探索和阶段发展实践。在钢铁工业减碳的基础上,推进CO_(2)的资源化利用是实现钢铁工业碳中和的重要任务。阐述了钢铁企业碳捕集固碳技术的研究现状与特点,系统归纳了当前助力钢铁工业CO_(2)资源化利用的有效方法,包括在炼钢转炉和精炼工序上采用不同模式的CO_(2)喷吹工艺,以及在钢化联合领域的CO_(2)制备基础化学品的研究,以及展现的工业成效。以整个钢铁产业链视角考虑,总结了日本、欧洲和中国在钢铁工业领域碳减排与再循环产业的重点规划和发展方向。

关键词：钢铁工业 CO_(2)减排循环减碳资源化利用技术发展规划

基于PSO算法的轨道交通WPT系统规划研究

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铁道工程学报 2024年第3期41卷 100-105页

作者：林云志赖一雄中铁电气化局集团有限公司北京100036

研究目的:面向轨道交通的无线电能传输技术正处于快速发展中,在大规模工程应用之前,对线路的“电源”如何配置、充电的策略等问题缺乏系统性研究,特别是系统的配电规划是一个系统性的非线性问题,具有多维度、多目标、多约束、多变量等特... 详细信息

研究目的:面向轨道交通的无线电能传输技术正处于快速发展中,在大规模工程应用之前,对线路的“电源”如何配置、充电的策略等问题缺乏系统性研究,特别是系统的配电规划是一个系统性的非线性问题,具有多维度、多目标、多约束、多变量等特点,为提高整个工程的经济性,实现建设成本与运营成本的最优,需要一种最优的规划算法。研究结论:(1)从静动态电源配合、动态导轨长度、装置容量选择等多要素进行规划和考虑,基于粒子群优化算法(PSO)对优化求解算法进行运算;(2)首先搭建非线性数学模型,并给出了约束条件、配电系统的规划以及方案的选择标准;最后通过实例仿真验证了其可行性;(3)本文算法在轨道交通WPT系统规划中具有优越的全局寻优性能。

关键词：粒子群优化算法无线电能传输配电方案

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既有线开行市域列车信号工程接口设计研究

铁道工程学报 2024年第8期41卷 86-90,96页

作者：张昱何永发邓伟龙南迪袁敏中国铁路设计集团有限公司天津300308

研究目的:针对北京铁路枢纽利用既有东北环铁路增建第二线开行市域(郊)列车项目中存在的燕尾隧道、车站股道有效长短、多线并行的站前布置,对燕尾隧道的信号电缆槽预留、综合接地设置方案、轨旁信号设备电缆入槽、远程LEU设置,以及车站... 详细信息

研究目的:针对北京铁路枢纽利用既有东北环铁路增建第二线开行市域(郊)列车项目中存在的燕尾隧道、车站股道有效长短、多线并行的站前布置,对燕尾隧道的信号电缆槽预留、综合接地设置方案、轨旁信号设备电缆入槽、远程LEU设置,以及车站股道信号设备设置和既有多线并行电缆槽设置等接口设计进行多方案研究比选,提出契合工程实施的设计方案。研究结论:(1)提出的燕尾隧道信号工程接口设计方案能减少强弱电交叉、提升接地效果、减小轨旁信号设备电缆入槽对其他专业的影响、实现远程LEU的不同物理径路连接;(2)提出的车站股道信号设备设置方案能在避免邻线干扰的前提下减小股道长度;(3)提出的多线并行电缆槽设置方案能满足不同线路权属、维修维护分开的运营要求;(4)本研究成果具备工程可实施性,可供类似工程选择和参考。

关键词：既有线市域(郊)列车信号工程接口设计研究

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高铁路基小角度跨越既有浅埋隧道工程对策

铁道工程学报 2024年第8期41卷 39-44页

作者：赵斗中国铁路设计集团有限公司天津300308

研究目的:高速铁路以路基形式小角度跨越既有铁路隧道浅埋段,为避免新建铁路路基荷载、施工时机械振动及后期运营等对既有铁路隧道产生不利影响,开展相关研究,评价其影响程度,优化路基结构,提出运营监测方案,对设计施工提出指导性意见,... 详细信息

研究目的:高速铁路以路基形式小角度跨越既有铁路隧道浅埋段,为避免新建铁路路基荷载、施工时机械振动及后期运营等对既有铁路隧道产生不利影响,开展相关研究,评价其影响程度,优化路基结构,提出运营监测方案,对设计施工提出指导性意见,对于保障高铁和既有铁路运营安全具有重要意义。研究结论:(1)研究提出高速铁路跨越既有铁路隧道影响评价方法、控制指标、评价参数;(2)研究开展常规路基设计方案对既有铁路影响分析,结果表明既有铁路隧道结构受力接近限值水平,安全储备不足;(3)研究提出U形槽内浇筑轻质混凝土轻型结构设计方案和静力碾压措施,较常规路基设计方案,对既有铁路隧道衬砌受力影响优化幅度达30%~50%;(4)研究提出包括监测范围、内容、布设要求、频率、预警阈值等的全站仪自动化监测方案;(5)本研究成果可为其他新建铁路跨越既有铁路工程提供借鉴。

关键词：高速铁路路基小角度跨越既有铁路浅埋隧道工程对策

环境因素影响下无砟轨道底座板早期温度场模拟

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中南大学学报（自然科学版） 2024年第6期55卷 2236-2246页

作者：董博蔡小培陈泽林钟阳龙路林海北京交通大学土木建筑工程学院北京100044 济南轨道交通集团有限公司山东济南250101

为准确反映无砟轨道早期温度场,本文提出基于等效龄期法的底座板水化放热模型。首先,分析底座板早期热量传递过程,明确早期温度场的关键影响因素;其次,根据混凝土等效龄期成熟度理论,建立基于等效龄期法的底座板早期温度场分析模型;第三... 详细信息

为准确反映无砟轨道早期温度场,本文提出基于等效龄期法的底座板水化放热模型。首先,分析底座板早期热量传递过程,明确早期温度场的关键影响因素;其次,根据混凝土等效龄期成熟度理论,建立基于等效龄期法的底座板早期温度场分析模型;第三,基于有限元软件的子程序开发功能,通过自编程序实现模型内等效龄期水化放热、对流换热、太阳辐射、基础温度等因素的全面真实模拟;最后,对比分析多种环境因素下采用等效龄期法与传统非等效龄期法的底座板早期热学性能差异。研究结果表明:底座板早期温度场的众多影响因素中,太阳辐射的影响最显著;采用等效龄期法得出的底座板早期温度比非等效龄期法普遍更高,温升幅度为2~6℃;使用等效龄期法有效提升了底座板水化放热速率、累计放热量、温度等热学性能的模拟精度,提升幅度可达2%~10%,这表明等效龄期法在无砟轨道早期温度场模拟方面具有较大优势。

关键词：底座板早龄期水化反应等效龄期温度场

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不同岩石下镶齿与光面滚刀切削性能对比研究

中国测试 2024年第7期50卷 178-185页

作者：纪方刘浩宋增亮向香彩济南轨道交通集团有限公司山东济南250014 中铁十四局集团有限公司山东济南250101 中南大学湖南长沙410083

为研究镶齿滚刀与光面滚刀破碎不同类型岩石的切削性能,基于非线性动力学有限元软件,建立镶齿滚刀与光面滚刀直线切割岩石的动力学仿真模型,对3种常见TBM工程硬岩进行破岩仿真,探究不同岩石特性下滚刀类型与贯入度的最优组合。利用盘形... 详细信息

为研究镶齿滚刀与光面滚刀破碎不同类型岩石的切削性能,基于非线性动力学有限元软件,建立镶齿滚刀与光面滚刀直线切割岩石的动力学仿真模型,对3种常见TBM工程硬岩进行破岩仿真,探究不同岩石特性下滚刀类型与贯入度的最优组合。利用盘形滚刀线性切割试验台,开展光面滚刀破碎花岗岩试验,对仿真结果进行验证。研究结果表明:在凝灰岩、花岗岩和片麻岩地层下,镶齿滚刀与光面滚刀的比能耗都在贯入度为6 mm左右出现转折,有最低比能耗,在这3种地层下小于6 mm贯入度掘进时采用光面滚刀的效果更好;滚刀在不同地层下的破岩垂直力都可以用同一种函数进行拟合,对于同种滚刀,岩石强度越大,滚刀破岩垂直力随贯入度增长的速率越大,在同一种岩石强度下,镶齿滚刀破岩垂直力增长速率大于光面滚刀。

关键词：镶齿滚刀比能耗数值模拟切削性能

基于MatDEM的松散地基喷浆加固浆液扩散规律

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山东大学学报（工学版） 2024年第4期54卷 106-114,121页

作者：郭静赵振华马梦媛史长远姚占勇赵秋红姚凯济南城市建设集团有限公司山东济南250014 济南黄河路桥建设集团有限公司山东济南250013 山东大学齐鲁交通学院山东济南250002

为分析松散地基喷浆加固过程中浆液扩散规律,借助MatDEM软件生成模拟土层,基于孔隙密度流原理实现喷浆过程可视化,生成土体颗粒位移场。从现有成桩直径预测公式出发,分析基于极限侵蚀距离的成桩直径预测公式的可靠性,基于模拟结果,通过... 详细信息

为分析松散地基喷浆加固过程中浆液扩散规律,借助MatDEM软件生成模拟土层,基于孔隙密度流原理实现喷浆过程可视化,生成土体颗粒位移场。从现有成桩直径预测公式出发,分析基于极限侵蚀距离的成桩直径预测公式的可靠性,基于模拟结果,通过分析喷浆压力、颗粒粒径等对修正参数的影响,对成桩直径预测公式进行修正,将现场试验中双管法旋喷喷浆施工参数及原位土体力学参数带入修正后成桩直径预测公式计算,与现场试验桩体开挖后实测直径进行对比,验证了修正公式的可靠性。

关键词： MatDEM 高压喷浆孔隙密度流基础加固公式修正

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橡胶颗粒改良流态粉煤灰路基隔振性能研究

铁道科学与工程学报 2024年第6期21卷 2261-2271页

作者：厉超李文杰顾玉仑张思峰李书俭张宇轩山东建筑大学交通工程学院山东济南250101 山东省路桥集团有限公司山东济南250014

为解决铁路列车运行引发的路基与地基振害问题,基于阻尼耗能原理设计一种新型橡胶颗粒改良流态粉煤灰(FAR)路基。通过室内配合比试验,制备满足工程路用性能要求的FAR路基材料;采用瞬态激振方法测试FAR路基材料的阻尼比,分析橡胶颗粒掺量... 详细信息

为解决铁路列车运行引发的路基与地基振害问题,基于阻尼耗能原理设计一种新型橡胶颗粒改良流态粉煤灰(FAR)路基。通过室内配合比试验,制备满足工程路用性能要求的FAR路基材料;采用瞬态激振方法测试FAR路基材料的阻尼比,分析橡胶颗粒掺量对FAR路基材料阻尼特性的影响规律,揭示FAR路基的阻尼耗能机理;采用COMSOL有限元软件建立轨道-路基-地基三维耦合数值模型,对比研究普通路基与橡胶颗粒掺量为5%、10%和15%的FAR路基动应力和振动加速度的传播规律,分析验证FAR路基的隔振性能。研究结果表明:橡胶颗粒的掺入降低了FAR路基材料的强度和干密度,掺量不超过固体混合料质量的15%时,路基基本物理力学性能可满足铁路工程应用要求。橡胶颗粒的黏弹特性使FAR路基内部动应力发生损耗或衰减,路基阻尼比随橡胶颗粒掺量增加而增大,且橡胶颗粒掺量相同时,橡胶颗粒粒径越小FAR路基的阻尼比越大,推荐采用150目橡胶颗粒。相比普通路基,FAR路基基床底层、路基土体和地基土体的动应力均有减小,衰减幅值为10%~30%,可有效避免路基动弹变形、地基振陷等灾害发生;FAR路基振动主频范围内地面振动加速度级减小2~6 dB,最高达到83 dB,验证了新型FAR路基的良好隔振性能。研究结果可为铁路FAR路基的隔振设计与铁路路基的安全运营提供参考。

关键词：流态粉煤灰橡胶颗粒铁路路基隔振性能阻尼比

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煤矿覆岩主控致灾层位危险识别及现场应用

煤炭学报 2024年第6期49卷 2589-2603页

作者：马玉镇朱斯陶潘俊锋高永涛张修峰姜福兴刘金海王冰陈洋北京科技大学土木与资源工程学院北京100083 中煤科工开采研究院有限公司北京100013 山东能源集团有限公司山东济南250014 陕西彬长矿业集团有限公司陕西咸阳711300

针对煤矿地面水力压裂技术施工中工作面覆岩主控致灾层位难以准确辨识的难题,以孟村煤矿401102工作面地面水力压裂工业试验为背景,采用理论分析、微震监测、现场调研等方法,揭示了煤矿厚硬覆岩运动诱发矿震和冲击地压的动力灾害机理,分... 详细信息

针对煤矿地面水力压裂技术施工中工作面覆岩主控致灾层位难以准确辨识的难题,以孟村煤矿401102工作面地面水力压裂工业试验为背景,采用理论分析、微震监测、现场调研等方法,揭示了煤矿厚硬覆岩运动诱发矿震和冲击地压的动力灾害机理,分析了基于载荷三带理论的厚硬覆岩分区运动特征与诱发动力灾害之间的关系,建立了基于关键层运动状态的矿震能量预测模型与采场等效附加应力估算模型,提出了基于K-means聚类算法和肘部法则的煤矿覆岩主控致灾层位识别技术方法,确定了现场压裂施工层位并进行工业试验,根据现场微震监测数据及理论分析结果进行了效果验证,得到结论如下:孟村煤矿401102工作面致冲关键层及矿震关键层均为距离煤层66 m的安定组关键层R9,其初次破断运动采场等效附加扰动应力理论值为7.23 MPa,初次破断运动释放矿震能量理论值为6.08×105 J,致灾危险性较强;震−冲关键层压裂后,矿震能量理论值降幅94%,采场等效附加扰动应力理论值降幅76%,工作面上方5×10^(3)J大能量微震事件出现明显上移趋势,上移量约为15 m;10^(3)J及以上能级微震事件频次占比显著下降,由60.39%降至17.89%,最大微震事件能量由6.65×10^(5)J降至9.75×10^(3)J;10^(2)J及以下能级微震事件频次占比显著上升,由39.61%增至82.11%。

关键词：地面水力压裂冲击地压矿震覆岩主控致灾层位识别方法