过程工程学报

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过程工程学报. 2026, 26(7): 0.

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基于工业视觉-数据-机理融合的钢包吹氩与合金化协同优化控制技术

徐俊彭琦郑子镭周进东刘海军郭靖房永伟

过程工程学报. 2026, 26(7): 693-702. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.225243

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在现代钢铁冶金领域，钢水质量精准控制是高端钢材性能提升的核心瓶颈。国内某钢厂产品提升，对钢水的纯净度、成分均匀性的要求不断严苛，传统依赖经验的合金化与吹氩控制模式已难以满足需求。精炼过程中合金成分波动、精炼阶段氩气流量匹配失衡等问题常导致钢水质量不稳定、产品返工、降级等，本工作构建了工业视觉-数据-机理融合吹氩智能控制系统，通过动态协同机制实现工艺参数的一体化调控。工业实验表明：采用冶金机理-反向传播神经网络-改进单纯形机器学习，Q195钢种成分达标率提升至98.1%，合金成本降低5.3元/吨；采用工业视觉引导的自适应吹氩智能控制系统，吨钢氩气消耗降低9.9%，夹杂物等级在CT3.5以上的占比由35%降低至16%，年综合效益约228.32万元。

基于可解释性的机器学习模型预测一元胺溶液的黏度

朱颖张子腾唐望刘天雄高红霞梁志武

过程工程学报. 2026, 26(7): 703-714. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.225261

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在胺法二氧化碳(CO2)捕集工艺中，胺基吸收剂的黏度直接影响气液传质效率，而传统实验测定方式存在耗时费力、成本高昂的局限。鉴于此，迅猛发展的机器学习技术为胺基吸收剂物性预测提供了高效工具，本研究聚焦一元胺溶液体系，构建了两种机器学习模型用于预测其黏度。首先利用RDKit工具从胺分子的SMILES标识符中提取分子描述符，继而构建随机森林(RF)与梯度提升决策树(GBDT)两种机器学习模型。通过特征工程进行系统的分子描述符筛选与超参数优化，模型性能评估结果显示，RF与GBDT模型在测试集上的决定系数(R2)分别为0.9939和0.9986，其中GBDT模型表现出更高的预测精度与稳健性。进一步采用SHAP (SHapley Additive exPlanations)方法对GBDT模型进行可解释性分析，结果显示胺质量分数越高，黏度越大；温度越高，黏度越低。从分子结构层面看，分子量(MolWt)对黏度整体呈正向贡献，电子状态描述符MinAbsEStateIndex对黏度呈负贡献，表明电子分布差异会调控分子间相互作用并影响黏度。本研究为胺法CO2捕集工艺中吸收剂的高效筛选提供了重要的理论依据。

新型内构件汽提器中两相流动-传质特性

郑紫雨南睿吕文浩李乐妍刘超伟刘涛侯凯军王智峰范怡平

过程工程学报. 2026, 26(7): 715-725. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.225235

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催化裂化等高温短接触工艺汽提段的汽提效率对产物收率至关重要。通过大型冷模实验考察了一种新型内构件汽提器中气固两相流动特性及性能。该内构件能够有效破碎上行气泡，减小气泡尺寸，增加气泡频率。在内构件下游区，相较于上游，气泡尺寸径向分布差异明显减小，气泡频率整体增加且分布改善，固含率径向梯度减弱，从而有效抑制了床层内流动参数的非均匀性。根据流动特性沿轴向将整个汽提器分为自然演化段、强制破碎段、恢复聚并段三个区段。汽提效率随气速呈非单调变化，在气速约0.22 m/s时，汽提效率最高可达98%。

撞击流复合孔板射流反应器传热机理分析

李晴王宗勇李诗博贾成龙张伟业

过程工程学报. 2026, 26(7): 726-736. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.225270

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针对强放热、低流速、高停留时间的化工过程强化传热，本工作提出一种撞击流复合孔板射流新型管式反应器，通过数值模拟探究其传热性能及强化机理。结果表明，入流管间距与入流管内径之比c/d1对管壁平均努塞尔数Nu调控显著，随c/d1增大传热性能先减弱后增强，c/d1=0.5时Nu最大，c/d1=2时最小(较c/d1=0.5降低22.99%)，c/d1=5时Nu较c/d1=2提升4.8%。孔板射流孔切向角为βo=100°~130°的孔板均能提升反应器传热效果，综合传热性能优于传统反应器，且流速越低传热性能越高，其中βo=100°的孔板效果最佳，Nu较传统反应器提升231.56%，局部平均传热系数相对偏差约300%，且多段孔板叠加可延长传热强化范围。机理分析显示，孔板可促使流体形成周期性涡结构、诱导旋流并增强近壁区速度梯度与温度梯度，实现热边界层减薄。本工作旨在为反应过程换热强化提供理论基础，为工程应用提供指导作用。

基于双级变径式通风设计的长距离掘进巷湿-热-尘多物理场数值模拟优化

陈宜华谭豪男杨青王晓楠熊晓晨

过程工程学报. 2026, 26(7): 737-749. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.225218

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针对金属矿深部长距离掘进巷采用串联式贴附射流通风，存在风质衰减显著、污染易循环累积等问题，本研究采用CFD数值模拟方法，构建串联通风模式下流场及湿-热-尘多维污染物扩散模型，深入剖析流场结构及污染物扩散规律，提出首段大直径风筒调质+次段风筒局部增压的双级变径式通风优化设计，并对该设计的关键参数(筒径比λ、串联间距H)进行进一步寻优，最终通过某金属矿深井长距离巷道试验验证。结果表明，串联式贴附射流流场可分为喷射发展区、偏转气流区、再循环区和稳定回流区四个部分。再循环区内形成的强剪切涡旋结构使巷道内温-尘综合污染物在此聚集盘旋，是造成二次污染的关键原因。双级变径通风模式的污染物排除能力在λ=0.75, 0.80, 0.85, 1.00四个实验组内，随串联间距H (0.5 m≤H≤1.0 m)减小均呈现先增强后减弱的特征，同时在同一H条件下，随λ减小呈现相似的先增后减趋势。在当前研究区间内存在最优工况条件(λ=0.80, H=1.0 m)，相较于优化前，工作区呼吸性粉尘最大浓度降至1 mg/m3所需的排尘时间缩短45.8%，连接区缩短35.4%，有效提升了串联通风模式下污染物排放能力。

不等间距对三根电线火蔓延及合并特性的影响

赵曰心黄新杰尹志鹏盛栋

过程工程学报. 2026, 26(7): 750-760. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.225169

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多导线平行布置作为电力系统的典型结构，其火焰间相互作用对火焰蔓延行为产生重要影响。本研究选取两种型号的聚乙烯绝缘电线(铜芯直径分别为6和8 mm，绝缘层厚度为2 mm)，通过控制两个间距参数(S1=0, 3, 6, 10, 12, 15, 18 mm, S2=3, 6, 10, 12, 15, 18, 20 mm，且S1<S2)，系统研究了三根电线在不等间距下的火焰蔓延与合并特性。实验结果表明，三个火焰呈现明显非对称特征，位于小间距侧的火焰1和火焰2在合并概率和火焰高度方面均大于火焰3，且平均火焰宽度显著增加。在不等间距条件下，三个火焰的热反馈同样存在显著差异，S1间距下的火焰1和火焰2之间热力学耦合作用更强，气相传热更为显著，从而导致其火蔓延速度高于火焰3。当间距逐渐增大，非对称特征逐渐减弱，直到火焰之间无相互作用。最后，建立了相应的火蔓延热量传递模型，该模型能够较好地预测火蔓延速度，预测误差在±20%以内。本研究可为多电线能源系统的布线间距设计提供参考，并丰富火蔓延理论体系，具有重要的现实意义。

高频交流电场下液滴运动特性及影响因素分析

王余豪陈家庆石熠吴红军王秀军张健陈翔宇

过程工程学报. 2026, 26(7): 761-770. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.225276

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为阐明高频/高压脉冲交流电场中化学破乳剂、温度及聚合物对油包水型乳化液中分散相液滴变形与聚并行为的影响规律，本工作采用显微高速摄像技术系统分析了不同因素对液滴运动的作用机制。结果表明，仅电场作用时，液滴变形度随场强增加而增大，破碎临界场强为5.0 kV/cm；双液滴聚并的最优电场参数为电场强度3.0 kV/cm、电场频率2.5 kHz。升温可促进液滴变形，降低其破碎临界场强，并缩短两液滴接触时间，但温度过高不利于液滴聚并。电场与破乳剂协同作用时，最优破乳剂浓度为100 mg/L，在3.0 kV/cm下两液滴接触时间最短为6 ms。聚合物的存在会抑制液滴变形并提高聚并所需场强，通过加入破乳剂和升温则可有效促进聚并，提升破乳效率。本研究结果可为聚合物驱采出液处理用高效破乳脱水设备操作参数的选取提供参考和指导。

活性炭吸附烟气多污染物的热稳定性研究

王斌李玉然白芳华超王保登崔倩朱廷钰

过程工程学报. 2026, 26(7): 771-780. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.225265

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活性炭法烟气净化技术可协同脱除烟气中多种污染物，净化效率高，已广泛应用于钢铁、有色、燃煤电厂等行业烟气治理，但活性炭吸附烟气污染物后易积热形成热点，存在自燃安全隐患，因此系统评估不同吸附工况下活性炭热稳定性具有工程指导意义。本研究采用热重-差热分析仪(TG-DTA)开展活性炭氧化燃烧试验，系统探究单一CO2, SO2, NOx气氛及多组分混合烟气、不同吸附饱和度耦合作用下活性炭的热稳定特性，同步定量分析着火温度、燃尽温度、放热特征与燃烧表观活化能等关键动力学参数，阐明多污染物与吸附饱和度的耦合调控机制。结果表明，CO2, SO2及混合气氛可将活性炭着火温度提升18~77℃，CO2及SO2气氛下平均最大放热量较原始炭分别降低8%和9%，显著抑制自燃风险；NOx气氛作用则相反，100%吸附饱和度时自燃风险最高，着火温度降至340℃，最大放热速率对应温度较原始炭下降26℃，平均最大放热量提升0.5 mW/mg，炭氧化动力学壁垒大幅降低，自燃倾向性显著增强。复杂动力学特征源于CO2位点竞争吸附、NOx化学吸附催化促燃、SO2表面钝化抑燃多重效应相互制衡。本研究明确了高吸附饱和NOx气氛下活性炭特殊自燃风险，揭示多污染物共存时对活性炭热氧化特性的协同调控规律，为工业烟气活性炭净化装置安全稳定运行提供理论支撑。

LaB₆-hBN/TiB₂-hBN/LaB₆-hBN叠层复合材料的制备、抗氧化与导电性能

张印孙小明马宏孙国梁张伟刚

过程工程学报. 2026, 26(7): 781-791. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.225303

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固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell, SOFC)连接体对电堆性能的稳定性至关重要。传统连接体材料如不锈钢或导电陶瓷存在高温抗氧化性差、质量过重或难加工等问题。为此，本研究设计并制备了一种新型叠层陶瓷复合材料(LaB6-hBN/TiB2-hBN/LaB6-hBN)，研究了其高温抗氧化性及导电性能。采用放电等离子烧结(SPS)工艺，通过控制粉体成分和添加顺序，成功制备具有层状结构的复合材料：上下表层以LaB6-hBN为主体，提供良好的抗氧化与高温导电性能；中间层以TiB2-hBN为主体，赋予材料良好的力学与可加工性能。研究结果表明，叠层样品A2 (上下表层成分：7.5vol% LaB6+2.5vol% hBN；中间层成分：40.0vol% TiB2+40.0vol% hBN)抗氧化性能显著，在600℃氧化100 h后仍保持约3 S/cm的高温电导率，且氧化后材料抗压强度和应变可达450 MPa和1.67%，同时具备良好的可加工性。分析表明，上下表层的LaB6在600℃氧化100 h后未发生明显氧化，中间层的TiB2氧化生成的TiO2分布在近表面20 μm范围内，有效抑制了进一步氧化，界面层富集hBN的hBN-TiB2-LaB6结构保证了界面处的导电通路。本研究为SOFC连接体材料的开发提供了新的设计思路，证实了通过多层结构实现抗氧化、导电与力学性能协同优化的可行性。

次氧化锌弱酸渣的强化浸铟工艺

吴俊陈宇航陈海大徐亮汪九初杨成江少杰赵卓

过程工程学报. 2026, 26(7): 792-799. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.225134

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针对次氧化锌弱酸渣中铟回收利用率低的问题，本研究对常规酸浸过程进行工艺强化，系统考察了硫酸浓度、液固比、温度、反应时间等因素对铟浸出率的影响。实验结果表明，在硫酸浓度3 mol/L、液固比4∶1、温度80℃、反应时间120 min、转速500 r/min的条件下，铟浸出率达90.51%。在此基础上，进一步开展还原浸出，在相同条件下加入亚硫酸钠为还原剂后铟浸出率提升至93.50%。对不同条件下反应前后的样品进行X射线衍射(XRD)、扫描电镜-能谱(SEM-EDS)、X射线光电子能谱(XPS)表征分析，以阐明浸出过程反应机理。结果表明，少量铟以类质同象的形式存在于铁酸锌(ZnFe2O4)晶格中，通过还原浸出能有效破坏ZnFe2O4晶格，释放出可溶性铟，从而强化浸出效果，进一步提高铟的浸出效率。

SiO₂/FeO对铜渣物性及渣含铜量的影响

兰二明张海培李博魏永刚王华徐洪傲

过程工程学报. 2026, 26(7): 800-812. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.225295

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铜渣组分构成与电炉贫化阶段炉渣物性及冰铜回收率密切相关。本工作以铜熔炼渣为原料，采用质量作用浓度模型、X射线衍射、扫描电子显微镜、红外光谱等分析手段，探究了FeO和SiO2对铜熔炼渣物性及铜损失的影响规律。结果表明，随着铜熔炼渣质量作用浓度体系中FeO添加量增加，Fe2SiO4质量作用浓度升高，Fe3O4质量作用浓度出现先升高后降低的趋势。随着SiO2添加量增加，FeO和Fe3O4质量作用浓度降低，炉渣还原能力增强，氧化能力减弱。随着FeO添加量从0wt%增加至12wt%，铜渣体系中液态渣相占比增加，泡沫渣逐渐消失，炉渣复杂硅酸盐结构趋于简化，炉渣黏度、熔点降低，有利于冰铜聚合、沉降，冰铜层占比由21.9%升高至28.7%，机械夹杂铜损失从5.64wt%降低至0.71wt%。随着SiO2添加量从0wt%增加至12wt%，铜渣中高熔点尖晶石相减少，低熔点铁橄榄石相增加，铜渣中化学溶解铜质量分数逐渐降低，机械夹杂铜损失从5.64wt%降低至1.02wt%。铜熔炼渣中SiO2和FeO含量升高，能够改善炉渣流动性，提升电炉贫化阶段冰铜可回收性。

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