维普资讯 http://www.cqvip.com 科技情报开发与经济 ＳＣＩ—ＴＥＣＨ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ ＤＥＶＥＬＯＰＭＥＮＴ＆ＥＣＯＮＯＭＹ ２００７年第１７卷第７期 文章编号：１００５—６０３３（２００７）０７一Ｏ１８５一Ｏ３ 收稿日期：２００６—１０—２７ 舍属镌 炼 原渣脱厩性能的雾鲐研宓 乔晓磊，金燕 （太原理工大学电气与动力工程学院，山西太原，０３００２４） 摘要：探讨了金属镁冶炼还原渣作为脱硫剂的可能性，对金属镁冶炼还原渣进行了 成分分析，并利用ＴＧＡ研究了金属镁冶炼还原渣在不同氧气含量、不同粒径、不同反 应温度条件下作为脱硫剂的性能。 关键词：金属镁冶炼还原渣；脱硫；热重分析 中图分类号：ＴＱ０３ 文献标识码：Ａ 量分数在５６％左右的情况，对镁渣进行脱硫性能的研究，希望找到一条 １问题的提出 既解决镁渣污染环境问题又能得到一种廉价的脱硫剂的途径。 中国镁工业走过５Ｏ年的发展历程，２Ｏ世纪９Ｏ年代得到了快速发 ２实验方法 展，成为世界产镁大国。２Ｏｏ４年全国镁产量４５万ｔ，约占全球产量的 ７０％。皮江法是金属镁生产的主要方法。每冶炼产出１ ｔ金属镁，大约产 实验系统：脱硫反应实验采用美国 ｒＡ公司生产的 ｒＡ２１ｏｏ型热重 出６．５ ｔ一７ ｔ金属镁冶炼还原渣（以下称为镁渣）。其中，山西的镁产量占 仪。其性能参数如下：温度范围：２５℃～１ ２００℃；测重范围：Ｏ．０２ｍｇ一２０ｍｇ； 全国的８０％，每年产生的镁渣为１９５万ｔ一２１０万ｔ。镁渣在金属镁的生产 测重精度：±ｏ－４％满量程；准确度：±ｏ．１％满量程；温升速度：０．５￣Ｃ／ｍｉｎ～１００ 企业中属于废料，目前采用倾倒在荒地和填埋山洼的办法进行处理，已 Ｔ＿，／ｍｉｎ。其装置见图１。 经引发大气粉尘和土壤的污染。本文利用电感耦合等离子发射光谱仪 （ＩＣＰ—ＡＥＳ）对镁渣内的金属原子进行测量，得到镁渣的组成成分见表１。 表１镁渣成分 成分 ＣａＯ ＳｉＯ２ ｉｇＯ Ｆｅ２０３ Ａｌ２Ｏ３ 贡量分数，％ ５５．４ ３４．６９ ５．９５ ３．４１ ０．５５４ 由表１可知，镁渣内氧化钙的含量在５６％左右。 循环流化床锅炉内脱硫技术是将煤与石灰石直接投放入锅炉燃烧 室内，石灰石在高温下煅烧生成氧化钙，氧化钙与烟气中的二氧化硫气 体进行气固反应，生成亚硫酸钙，亚硫酸钙再经过氧化生成硫酸钙，达到 固硫的目的。由于循环流化床内有大量的固体颗粒反复循环，气固混合 强烈，因而具有较高的燃烧效率和脱硫效果，与湿法比较非常省水，因此 图１ ＴＡ２１００型热重仪示意图 在近二三十年循环流化床锅炉得到迅猛的发展。根据循环流化床锅炉内 为了分析粒径对镁渣脱硫性能的影响，对镁渣进行筛分，从粒径上 脱硫技术（主要是利用氧化钙进行脱硫的方式），结合镁渣中氧化钙的质 将镁渣样品分为４个级别：＜Ｏ．１０５ ｉｆｌｍ，Ｏ．１０５ ｍｍ一０．１５ ｍｍ，０．１５ ｍｉｌｌ～０－３ 本文属湖南省自然科学基金项目“轻骨料碳纤维混凝土本构关系 ［３］王忠德，张彩霞，方碧华，等．实用建筑材料实验手册［Ｍ］．北京：中 研究”（编号０４ＪＪ４０００４）的论文。 国建筑工业出版社，２０ｏ３． 参考文献 （责任编辑：胡建平） ［１］石建军，王学东，杨建明．轻骨料碳纤维混凝土［ＪＪ．科技情报开发与 经济，２００４，１４（４）：ｌ１２一ｌ１３． 第一作者简介：杨雨山，男，１９８２年１月生，现为南华大学建筑工程 ［２］宋培晶，刘小龙，丁建彤，等．不同轻骨料吸水特性及其对混凝土性 与资源环境学院结构工程专业２００４级硕士研究生，湖南省衡阳市南华 能的影响［Ｊ］．混凝土，２００１，６（１４）：４９—５２ 大学研究生新１栋宿舍，４２１００１． Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｔｈｅ Ｃａｒｂｏｎ Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｌｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔ Ａｇｇｒｅｇａｔｅ Ｃｏｎｃｒｅｔｅ（ＣＦＲＬＡＣ） ＹＡＮＧ Ｙｕ－ｓｈａｎ，ＳＨＩ Ｊｉａｎ－ｊｕｎ，ＨＵＡＮＧ Ｚｈｉ－ｇａｎｇ ＡＢＳＴＲＡＣＴ：Ｔｈｏｕｇｈ ｔｈｅ ｔｅｓｔｓ ｏｆ ｍｉｘｉｎｇ ｔｈｅ ｃａｒｂｏｎ ｆｉｂｅｒ ｗｉｔｈ ｌｉｇｈｔ ｍａｓｓ，ｈｉｇｈ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ａｎｄ ｈｉｇｈ ｅｌａｓｔｉｃ ｒａｔｉｏ ｉｎｔｏ ｔｈｅ ｌｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔ ａｇｇｒｅｇａｔｅ ｃｏｎｃｒｅｔｅ，ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｇａｉｎｓ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｖａｒｉａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｌｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔ ａｇｇｒｅｇａｔｅ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｗｈｉｌｅ ｈｔｅ ｍｉｘｉｎｇ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ｃａｒｂｏｎ ｉｆｂｅｒ ｉｓ Ｏ．５％，Ｏ．７％ａｎｄ １．Ｏ％ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅｉｒ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ａｎｄ ａｇｅ，ｗｈｉｃｈ ｌａｙｓ ａ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ ｔｈｅ ｍｅｃｈａｎｉｃｓ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｌｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔ ａｇｇｒｅｇａｔｅ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｃａｒｂｏｎ ｉｆｂｅｒ． ＫＥＹ ＷＯＲＤＳ：ｌｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔ ａｇｇｒｅｇａｔｅ ｃｏｎｃｒｅｔｅ；ｃａｒｂｏｎ ｉｆｂｅｒ；ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ ｓｔｒｅｎｇｔｈ １８５ 维普资讯 http://www.cqvip.com 乔晓磊，金燕金属镁冶炼还原渣脱硫性能的实验研究 本刊Ｅ—ｍａｉｌ：ｂｉｂ＠ｍａｉｌ．ｓｘｉＩＪｏ．ｎｅｔ 科技研讨 ｍｍ，０．３ ｍｍ～ｌ ｍｍ，分别在温度为９００ ，气氛为５％０２。２ ０００ｘｌ０ Ｏ２，Ｎ２ 作为平衡气的条件下进行２ ｈ脱硫。为了分析氧气含量对镁渣脱硫性能 的影响，选取粒径＜０．１０５ ｍｍ的镁渣分别在９００℃，气氛为５％０：和ｌ％ 在反应进行到５ ｒｎｉｎ以后发生的主要反应为： ＣａＯ＋ＳＯ，＋１／２０２－－－￣ＣａＳＯ４ ＿（２） 当氧气体积分数为５％时，由于反应（２）能充分进行的原因，此时钙 利用率比氧气体积分数为ｌ％的钙利用率高９％。说明烟气中的氧气含量 对于镁渣的脱硫性能有很大的影响。 ３－３温度对镁渣脱硫性能的影响 Ｏ：，２ ０００ｘｌ０－￣ＳＯ：，Ｎ：作为平衡气的条件下进行２ ｈ脱硫。为了分析温度 对镁渣脱硫性能的影响，选取粒径＜０．１０５ ｍｍ的镁渣分别在气氛为５％ Ｏ：，２ ０００ｘｌ０ Ｏ：，Ｎ：作为平衡气的条件下８００℃，９００℃，１ ０００℃三个不 同的反应温度下进行２ ｈ脱硫。 实验过程：分别称取一定质量的样品，放在热重仪的白金坩埚内，通 人Ｎ ，开始加热，初始升温速度为１００￣Ｃ／ａｒｉｎ，加热至７００℃后，升温速度 改为２０￣Ｃ／ｍｉｎ，直到设定温度保持恒温１０ ｍｉｎ，切换人反应气体，开始实 验。实验结束后，处理数据将质量变化率转化为钙利用率。 图４为５％０２，２ ０００ｘｌ０＇ｓｏ２，Ｎ：作为平衡气条件下８００℃，９００℃， ｌ ０００℃三个不同温度下镁渣脱硫性能的曲线图。从图４中可以看出，在 反应的前１０ ａｒｉｎ，８００℃镁渣脱硫速度明显小于其他两个温度条件下镁 渣的脱硫速度。温度较低时，随着温度的升高，气体分子的平均动能增 加，活性分子数大大增加，表面化学反应速率增大，因而钙利用率随温度 ３实验结果与分析 ３．１粒径对镁渣脱硫性能的影响 图２为９ｏ０℃，５％０１，２０００ｘ１０ Ｏ：的条件下，不同粒径镁渣脱硫性 能的曲线图。 京 茁 时间／ｍｉｎ 图２不同粒径镁渣脱硫性能的曲线图 从图２中可知，粒径＜０．１０５ ｍｍ的镁渣与粒径为０．３ ｔｆｉｎｉ—ｌ ｍｍ的镁 渣相比，２ ｈ脱硫后钙利用率相差１５％。在反应初期，小粒径镁渣反应速 度也明显大于大粒径镁渣。这说明粒径大小是影响镁渣脱硫速度及钙转 化率的重要因素。刘妮等研究发现，吸收剂的钙转化率随着粒径的增大 呈现下降趋势。对于给定的孔尺寸分布，较大的粒径较容易导致较小的 外部比表面积和较大的Ｚ ，（孔长度／孑Ｌ径），由于孔堵塞的影响，较大的 将导致较低的钙转化率。池涌等的实验数据也表明随着脱硫剂粒径 变小，脱硫效率迅速提高。 ３．２烟气中氧含量对镁渣脱硫性能的影响 图３为９００ ，２ ０００ｘｌ０ Ｏ：，Ｎ：作为平衡气的条件时氧气含量对镁 渣脱硫性能的影响图（粒径＜０．１０５ ｍｍ）。从图３中可以看出，在反应开始 的前５ ｒａｉｎ，两条曲线基本重合，这说明在脱硫反应的初始阶段反应为： ＣａＯ＋ＳＯ ，．－－＊ＣａＳＯ （１）３５ ３０ ２５ 零 僻２０ 正 鉴ｌ５ １０ ０ ０ １０ ２０ ３０ ４０ ５０ ６０ ７０ ８０ ９０ ｌｏ０ｌ１０１２０１３０ 时问／ｍｉｎ 图３烟气中氧含量对镁渣脱硫性能的影响 １８６ 升高而增大。但９００℃到ｌ ０００ ｃ增加程度有限，说明镁渣比较好的脱硫 温度应该在９００℃附近，温度进一步升高其脱硫效率增加不明显的原因 是由于高温加速了镁渣的烧结，孔隙率下降，增大了Ｓ０ 和Ｏ：向颗粒内 的扩散阻力，致使钙利用率变化不明显。 ３５ ３０ ２５ ℃ 镣２Ｏ 茁 罨１５ ｌ０ ０ ０ ｌ０ ２０ ３Ｏ ４０ ５０ ６０ ７０ ８０ ９０ ｌｏ０ ｌ１０ ｌ２０ 时问／ａｒｉｎ 图４不同温度下镁渣脱硫性能的曲线图 ４结语 （１）实验研究是在常压热重分析仪上进行的，与循环流化床炉内相 比尽管ＴＧＡ的气相扩散条件与循环流化床的差别较大，从ＴＧＡ得出的 转化率结果之间的比较还是有意义的。同时考虑到循环流化床内良好的 气固接触条件，预计循环流化床的钙转化率会比ＴＧＡ的结果有所增加。 如果脱硫剂的钙转化率按２５．５％ｉｔ，ＣｄＳ为３，则在与图３相当条件下， 预计脱硫效率可达７６．５％。因此循环床炉内脱硫时，可以使用镁渣作为 脱硫剂。 （２）镁渣脱硫的反应对氧气的要求较高，当氧气体积分数为５％时钙 利用率比氧气体积分数为ｌ％的钙利用率高９％。 （３）粒径对脱硫效率的影响很明显，在条件容许的情况下，尽量选用 粒径小的镁渣进行脱硫。 （４）镁渣脱硫的最佳温度为９００℃，正好处在循环流化床锅炉燃烧 温度范围内（８５０℃一９５０℃）。因此可以作为脱硫剂使用。 参考文献 ［１］张雷，路春美坝壳类新型钙基脱硫剂的实验研究［Ｊ］．环境科学学 报，２００３，２３（５）：６４７—６５１． ［２］程世庆．贝壳与石灰石脱硫特性的实验研究［Ｊ］．浙江大学学报：工学 版，２００３，３７（２）：２２１—２２４． ［３］刘妮．干性条件下脱硫反应中孔分布模型的研究［Ｊ］．中同电机工程 学报，２００５，２５（４）：１４８—１５１． ［４］池涌，岑可法．用于流化床燃烧脱硫的石灰石的反应活性评价和测 试研究［Ｊ］．燃料化学学报，１９９６，２４（４）：３０９—３１４． （责任编辑：张红） 第一作者简介：乔晓磊，男，１９８０年３月生，现为太原理工大学２００４ 级在读硕士研究生，山西省太原市，０３００２４． 维普资讯 http://www.cqvip.com 科技情报开发与经济 文章编号：１００５—６０３３（２００７）０７一Ｏｌ８７－０２ ＳＣＩ—ＴＥＣＨ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ ＤＥ＼ ＥＬＯＰＭＥＮＴ＆ＥＣＯＮＯＭＹ ２００７年第１ ７卷第７期 收稿日期：２００６—１１－０３ 实腹式预应力型钢混凝－！－梁冈ｌＪ度的计算方法研究 杨佳林 （太原理工大学土木工程学院，山西太原，０３００２４） 摘要：计算实腹式预应力型钢混凝土梁的挠度时，通过对粱的正截面受力过程分析， 得到不同的有效工作截面实腹式预应力型钢混凝土梁在不同受力阶段的刚度计算方 法。 关键词：挠度；刚度；预应力型钢混凝土梁 中图分类号：ＴＵ３７５．１ 文献标识码：Ａ 型钢混凝土结构（Ｓｔｅｅｌ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｃｏｎｃｒｅｔｅ，简称ＳＲＣ）与钢结构、木 结构及混凝土结构并列为四大结构。由混凝土包裹型钢做成的构件被称 为型钢混凝土结构构件，其中除配置型钢（扎制或焊接成型钢）外，一般 还配置纵向钢筋和箍筋。 Ｐ 型钢混凝土结构和其他结构相比有很多优点：型钢混凝土结构承载 力高，刚度大，截面小，更能满足高层建筑的要求；型钢混凝土施工速度 快，工期短；型钢混凝土结构延性好，抗震性能更加优越；型钢混凝土结 Ｄ 构的耐旧性和耐火性好于钢结构；型钢混凝土结构比钢框架节省钢材 ５０％或更多。 ．， 图１荷载—挠度试验曲线 的幅度不大，荷载—挠度曲线仍基本接近直线。 ６ｃ段 随着荷载的增加，受拉钢筋和型钢翼缘先后达到屈服（对应的 ｂ点和６ 点，二者谁先屈服取决于各自的屈服应变和配置位置），截面刚 度有较大降低，荷载—挠度曲线明显变得平缓。 ｃｄ段 荷载达到最大值后，受压区混凝土被压碎，构件的正截面承载 力降低。 但是，由于钢板本身面光，型钢和混凝土的黏结力远远小于钢筋与 混凝土的黏结力。根据国内外的试验，型钢和混凝土的黏结力大约只相 当于光面钢筋黏结力的４５％，因此在ＳＲＣ结构中存在着混凝土黏结力 不足的问题，这将影响到构件的破坏形态、计算假定、构件承载力及刚度 裂缝等。因而，需要采取措施来降低黏结力不足对ＳＲＣ结构的影响。避免 非结构裂缝的出现，提高其长期使用的耐久性。众所周知，对构件施加预 应力，可以通过预应力延缓裂缝出现，并降低甚至消除使用荷载下的挠 度；而且对由于黏结力不足发生在ＳＲＣ构件中型钢拉压部分的混土横向 裂缝宽度较大的现象也有较好的收敛作用。把这种施加了预应力的ＳＲＣ 如段：梁中的承载力主要靠型钢维持。变形可以持续发展很长一段 时间，延性明显好于钢筋混凝土梁。 １．２型钢混凝土梁刚度公式与截面基本假定 根据《混凝土结构设计规范》，截面受弯构件的刚度占可按下面公式 计算： 占＝ 且 梁称为预应力型钢混凝土梁（简称ＰＳＲＣＢｅａｍｓ）。本文将在理论分析的前 提下给出刚度的计算公式。 ｌ 实腹式预应力型钢混凝土梁刚度的计算 １．１ 型钢混凝土梁的受弯性能 式中朋 为按荷载效应的标准组合计算的弯矩，取计算区段内的最 大弯矩；Ｍｅ为按荷载效应的准永久组合计算的弯矩，取计算区段内的最 大弯矩；０为考虑荷载长期作用对挠度增大的影响系数。 基本点假定： 为了研究型钢混凝土的正截面受力性能，先对承受对称集中荷载 的简支梁进行试验研究。试验得到的荷载—挠度曲线（见图１），可以研究 型钢混凝土梁纯弯段的受力性能。 ｏⅡ段爱拉区混凝土未开裂，型钢于混凝土的应力较小，截面受力和 变形处于弹性阶段。 ｄ６段 受拉区开始出现裂缝，随着荷载的增加，裂缝不断发展并逐渐 趋于稳定，梁开裂后截面刚度减小，但截面刚度由于混凝土开裂而减小 （１）平截面假定：预应力型钢混凝土梁在施加荷载阶段符合平截面假 定，即预应力型钢混凝土在受力全过程各阶段，其正截面的平均应变，在 较大的量测标距范围内，沿界面高度呈线性变化。 （２）裂缝截面不考虑受拉混凝土的作用。 （３）预应力筋、普通钢筋和型钢的应力等于钢筋应变与各自弹性模 Ｔｈｅ Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ Ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｔｈｅ Ｄｅｓｕｌｐｈｕｒｉｚａｔｉｏｎ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ Ｒｅｄｕｃｅｄ Ｓｌａｇ ａｆｔｅｒ Ｍａｇｎｅｓｉｕｍ’Ｓ Ｓｍｅｌｔｉｎｇ ＱＩＡＯ Ｘｉａｏ・ｌｅｉ，ＪＩＮ Ｙａｎ ＡＢＳＴＲＡＣＴ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｐｒｏｂｅｓ ｉｎｔｏ ｔｈｅ ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔａｋｉｎｇ ｔｈｅ ｒｅｄｕｃｅｄ ｓｌａｇ ａｆｔｅｒ ｍａｇｎｅｓｉｕｍ’Ｓ ｓｍｅｌｔｉｎｇ ａｓ ｔｈｅ ｄｅｓｕｌｆｕｒｉｚｅｒ，ｍａｋｅｓ ｔｈｅ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｎ ｔｈｅ ｒｅｄｕｃｅｄ ｓｌａｇ ａｆｔｅｒ ｍａｇｎｅｓｉｕｍ’Ｓ ｓｍｅｌｔｉｎｇ，ａｎｄ ｓｔｕｄｉｅｓ ｏｎ ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｒｅｄｕｃｅｄ ｓｌａｇ ｂｅｉｎｇ ａｓ ｔｈｅ ｄｅｓｕｌｆｕｆｉｚｅｒ ａｆｔｅｒ ｍａｇｎｅｓｉｕｍ’Ｓ ｓｍｅｌｔｉｎｇ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｏｘｙｇｅｎ ｃｏｎｔｅｎｔｓ，ｇｒａｉｎ ｓｉｚｅｓ ａｎｄ ｒｅａｃｔｉｏｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ＴＧＡ． ＫＥＹ ＷＯＲＤＳ：ｒｅｄｕｃｅｄ ｓｌａｇ ａｆｔｅｒ ｍａｇｎｅｓｉｕｍ’Ｓ ｓｍｅｌｔｉｎｇ；ｄｅｓｕｌｐｈｕｒｉｚａｔｉｏｎ；ｔｈｅ￣ｏ—ｇｒａｖｉｍｅｔｒｉｃ ａｎａｌｙｓｉｓ １Ｒ７
