钢铁碳中和

• 高炉渣矿质元素对马尼拉草生长的影响

  侯宗斌;李俊国;李贵虎;段路阳;杨子豪;刘宝;

  高炉渣是炼铁过程中产生的副产品，含有丰富Ca、Si、Mg、Fe等植物生长所需的矿质元素，在农林领域应用前景广阔。以高炉渣为研究对象，将高炉渣与泥炭土混合后开展淋溶实验和马尼拉草盆栽实验，通过测定高炉渣与泥炭土混合物淋溶液元素溶出浓度，确定马尼拉草生物量、株高、根系形态等植物生长指标和叶绿素、可溶性糖和可溶性蛋白含量等生化指标，研究了高炉渣对土壤-马尼拉草生态系统的影响。结果表明：添加少量高炉渣会提升土壤中Si、Fe、Mn的溶出浓度，但当高炉渣添加量高于4%时，会造成土壤碱化、贫钾、贫磷和富铝化。当高炉渣添加量不高于4 wt.%时，土壤中高炉渣的加入会促进马尼拉草根系的发育，提高叶绿素、可溶性糖和可溶性蛋白的含量，进而促进其生长。与对照组相比，土壤中高炉渣添加量为4%时，马尼拉草的株高和生物量分别提升了19%和35%,可起到较好的固碳释氧效果。

  2024年03期 v.46;No.173 1-9页 [查看摘要][在线阅读][下载 824K]
  

• 超高速薄板坯保护渣组分对析晶行为影响的热力学研究

  郭文婧;曾亚南;邸高翔;王一同;王亚军;

  随着我国"2030碳达峰、2060碳中和"目标的提出，对超高速薄板坯提出了新的要求，面对"冷齿"现象的频发，对超高拉速薄板坯保护渣渣系组分进行了调整，采用FactSage热力学计算的方法，对于此保护渣系下通过改变碱度、Al_2O_3、Li_2O含量下的析晶行为进行了模拟计算。模拟研究表明，随着碱度的升高，保护渣中的枪晶石Ca_4Si_2F_2O_7的含量变少，Ca_5Si_2F_2O_8的含量持续上升；随着Al_2O_3含量增加，Ca_4Si_2F_2O_7的含量持续增加，Ca_5Si_2F_2O_8的含量持续下降；随着Li_2O含量增加Ca_4Si_2F_2O_7的含量变为0,Ca_5Si_2F_2O_8的含量先上升再下降。

  2024年03期 v.46;No.173 10-20页 [查看摘要][在线阅读][下载 1054K]
  

医工融合

• 刺五加甘油醛3-磷酸脱氢酶基因的鉴定与分析

  张红梅;梁宝祥;张佳怡;邢朝斌;

  刺五加(Eleutherococcussenticosus)为我国名贵中药，甘油醛3-磷酸脱氢酶(GAPDH)参与光合作用和能量代谢，可能对药用活性成分合成有着重要影响。为了深入理解刺五加的生物学机制，本研究使用ExPASy、TBtools、MEGA11和EasyCodeML等工具对刺五加的GAPDH基因家族进行鉴定和分析。共得到26条GAPDH基因，其编码蛋白普遍呈中性且具有较好的脂溶性，主要分布于细胞质和叶绿体。蛋白结构中，α螺旋占多数，推测其起主要作用。系统发育分析发现26条GAPDH基因可分为三大分支，基因结构中包含较多外显子，推测拥有更加丰富的多肽加工机制以实现不同的生物学功能。基因在染色体上均匀分布，共线性分析得到17个染色体间共线性基因对。压力选择分析显示相关基因受到负选择压力，保守基序高度相似，在进化过程中的高度保守。蛋白互作网络发现GAPDH与多个蛋白关系密切。这些结果揭示了GAPDH在刺五加光合作用、能量代谢和次生代谢等方面的重要性和功能多样性，为深入理解刺五加的生物学机制提供了有力支持。

  2024年03期 v.46;No.173 21-31页 [查看摘要][在线阅读][下载 736K]
  

安全与应急管理

• 基于CIA-ISM-BN煤矿瓦斯爆炸事故分析

  盛武;张琪;

  为识别动态情景下煤矿瓦斯爆炸事故的影响因素，推断因素之间的因果关系，采用CIA(Cross Impact Analysis)、ISM(Interpretive Structural Model)和BN(Bayesian Network)结合的情景建模方法来构建煤矿井下瓦斯爆炸事故风险评价模型。利用CIA-ISM组合生成不同影响级别下瓦斯爆炸事故影响因素的因果层次网络，并进行情景推断和分析。将层次网络映射到BN模型中，通过概率推理量化复杂依赖关系的层次网络，确定瓦斯爆炸的主要致因和造成的损害。结果表明：(1)重视监管机制、违规生产、管理技术、员工安全教育培训、违章作业和通风环境之间的微循环，可以有效阻断事故演化路径；(2)瓦斯爆炸事故发生下，造成人员伤亡、经济损失和社会影响以及有毒有害等次灾害的概率分别为94.7%,95.0%,24.0%;(3)不健全的监管机制是导致瓦斯爆炸事故发生的根本原因。

  2024年03期 v.46;No.173 32-43页 [查看摘要][在线阅读][下载 674K]
  

• 中阶煤的孔隙特征研究

  董宪伟;李晓茜;董轩萌;王福生;

  明确煤体的孔隙结构对煤层气的开采及瓦斯突出危险性评价有重要意义。为了解中阶煤孔隙特征，首先通过扫描电子显微镜测试煤层表面，后采用低温液氮吸附法和压汞法分析孔隙结构，并对测得实验数据进行绘图，研究其分形特征。结果表明：钱家营焦煤(QJY)、宁夏1/3焦煤(NX)、东欢坨气煤(DHT)三种煤样的吸附等温曲线均属于Ⅱ类吸附曲线，且呈倒"S"型。东欢坨煤的比表面积最大，宁夏煤次之，钱家营煤的比表面积较小，煤的变质程度与比表面积呈现明显的负相关性。孔径在≥50 nm的孔含量与平均孔径呈正相关；3个煤样中孔径≤10 nm的孔容占比均最大，煤孔隙主要是由微孔组成。孔隙发育情况：DHT>NX>QJY;钱家营煤与东欢坨煤的分形维数都呈现出吸附孔D_2>渗流孔D_1的特征，其微小孔的孔隙结构比较复杂，且无规则性。宁夏煤吸附孔的分形维数D_2=2.890,在2～3之间，微小孔具有分形特征。

  2024年03期 v.46;No.173 44-51页 [查看摘要][在线阅读][下载 620K]
  

• 基于正交试验的隧道水幕排烟系统优化研究

  赵艺;李晔;李倓;赵恒泽;

  为了探究水幕排烟系统对隧道火蔓延的抑制规律，并对其参数进行优化。本文采用正交试验的方法，选取水幕流量、液滴粒径、排烟风量、风速为试验因素，设计三水平四因素正交实验方案。利用FDS对隧道火灾进行数值模拟，得到各因素对排烟效果的影响次序及最优组合。结果表明，液滴粒径对隧道火灾温度和能见度影响最大，排烟风量对隧道火灾中CO浓度影响最大。最优参数组合为水幕流量160 L/min、液滴粒径200μm、排烟风量26 m~3/s、风速6 m/s。此时，排烟效果明显提高，隧道火灾烟气的蔓延能够得到有效抑制。

  2024年03期 v.46;No.173 52-61页 [查看摘要][在线阅读][下载 696K]
  

矿业、冶金

• 基于灰色关联法的指标气体优选与自燃临界值研究

  崔明皓;王月红;王凯;

  针对唐山某煤矿自燃问题，对主采煤层(5#、7#、8#、9#、12#)取样，进行煤的程序升温实验，采集实验气样进行气相色谱分析，研究煤自燃过程中气体产生物变化规律；运用灰色关联法分析指标气体浓度与煤温变化的关联性，计算指标气体灰色关联度并进行优选。结果表明：该煤矿5#、8#、12#煤层临界温度为70～80℃,干裂温度为160～180℃;7#、9#煤层临界温度为80～90℃,干裂温度为160～180℃;通过温度梯度将煤自燃划分为潜伏期(30～90℃)、自热期(90～180℃)与燃烧期(高于180℃);通过灰色关联法计算与优选，得到以CO为主，C_2H_4为辅的指标气体预测方法。

  2024年03期 v.46;No.173 62-69页 [查看摘要][在线阅读][下载 497K]
  

• 跨临界CO_2液态储能系统关键参数及火用分析

  陈名扬;王洪利;

  基于热力学第一、二定律，建立了跨临界CO_2液态储能系统数学模型，分析了压缩机入口CO_2压力、储罐压力及压缩机前CO_2入口温度等参数对系统性能的影响。参数分析表明：提高压差有利于系统循环效率的提升，压缩机和冷却水的入口温度对系统的性能影响均存在最优的温度区间。火用分析结果显示：蓄冷器由于存在相变发生，火用损失最高，其次是机械部件和换热器，其中对机械部件改进可以有效提高系统的性能。

  2024年03期 v.46;No.173 70-77页 [查看摘要][在线阅读][下载 727K]
  

材料、化工

• 疏松多孔碳包覆磷酸钒钠的制备及储钠性能研究

  程图康;王印会;齐少天;张博文;李若彤;杜英晓;何章兴;

  通过溶胶凝胶法制备了核壳结构的碳包覆磷酸钒钠(Na_3V_2(PO_4)_3/C)用作钠离子电池正极材料。以酚醛树脂为碳源，系统探究了酚醛树脂用量对磷酸钒钠(NVP)结构和钠离子电池储钠效果的影响。表征测试和实验结果表明，表面碳包覆量适中的NVP~(-3)材料尺寸仅约600 nm,远小于空白样品(约1.5μm),并呈现多孔疏松的核壳结构。这能增大活性物质与电解液的接触面积，缩短钠离子的转移路径和提升材料导电性，增加钠离子电池储钠效果。将其作为钠离子电池正极材料，在30 C倍率下，放电比容量能达到88.5 mAh·g~(-1),而空白电池在8 C时已无法运行。在10 C下经过200次循环后，NVP~(-3)的放电比容量仍能保持99.5 mAh·g~(-1),表现出良好的循环稳定性。

  2024年03期 v.46;No.173 78-86页 [查看摘要][在线阅读][下载 956K]
  

数理科学、计算机

• 基于DCT变换的图像多通道隐写算法

  荣存庆;靳珂;赵莹;常锦才;

  现有图像隐写算法多是基于单通道图像，基于多通道的图像隐写算法研究较少。文章提出一种多通道隐写算法，在图像红色通道和绿色通道上DCT域进行运算，并使用图像两个通道的AC系数来写入消息；实验结果表明，在512×512像素的图像上，对原始图像隐写“Hello World!”后得到隐写图像，隐写质量评价MSE=1.14,PSNR=23.50,SSIM=0.98。隐写图像与原始图像相似；在隐写分析检测中，相比传统单通道隐写算法，能更有效抵抗隐写分析检测，因此该多通道隐写算法可应用在实际通信中。

  2024年03期 v.46;No.173 87-95页 [查看摘要][在线阅读][下载 683K]
  

• 基于贝叶斯网络集成的软件缺陷预测

  秦阳阳;张思鹏;郑越;韩阳;陈丽芳;

  针对常用的软件缺陷预测模型缺乏可解释性及鲁棒性的问题，为了推断和理解软件缺陷预测中变量间的相关关系，研究了贝叶斯网络在软件缺陷预测中的应用方法，建立了贝叶斯网络软件缺陷预测模型及集成软件缺陷预测模型。使用数据离散化方法处理数据，采用贝叶斯网络结构学习算法确定网络结构及参数，并利用贝叶斯网络推断软件缺陷的概率分布；将贝叶斯网络与K近邻、决策树、逻辑回归等软件缺陷预测器以软投票的方式集成，建立集成软件缺陷预测模型；在6个公开的软件缺陷数据集上进行实验仿真。实验结果表明，与常用的集成软件缺陷预测模型相比所建立的基于贝叶斯网络的集成软件缺陷预测模型在F1、Recall、G-Mean评价指标上表现出了更好的预测性能。从因果分析的角度，为软件缺陷预测探索一条新的研究思路。

  2024年03期 v.46;No.173 96-103页 [查看摘要][在线阅读][下载 299K]
  

• 基于Stacking集成学习的恶意攻击检测方法

  左胜勇;冯立超;陈学斌;郭宸良;

  伴随着互联网的快速发展，网络安全问题越发严峻，尤其是网络攻击变得更加频繁，对其检测防控迫在眉睫。该研究主要提出了一种新的LightGBM-XGboost-Random forest的Stacking集成学习模型；新的特征提取方法也被相应提出，通过探索性数据分析对特征集进行重要特征提取，较传统方法更快速、方便；相比于单一模型与传统模型，该Stacking集成学习模型的检测精确度更高，对LUFlows数据集进行实践训练，该集成模型检测精确度可达到97.0%,明显高于单一使用LightGBM模型、XGboost模型、Random forest模型的精确度；同时引入NSL-KDD数据集对该Stacking集成学习模型进行泛化能力测试，与最新的研究进行比对，LXR模型测得F1-score为0.870 9,优于多数模型结果。表明该集成学习模型能够提供一种更为精确有效且泛化能力强的网络攻击检测方法，以更好地维护网络空间安全。

  2024年03期 v.46;No.173 104-111页 [查看摘要][在线阅读][下载 410K]
  

• 基于改进CFSFDP算法的聚类联邦学习

  彭璐璐;张淑芬;陈海田;徐超;

  联邦学习是一种基于多个用户协作训练全局模型的分布式训练范式，旨在解决由数据孤岛造成的数据碎片化问题。然而，在真实环境中，参与联邦学习的各个节点的数据分布通常是不平衡的，这会导致联邦学习模型的精确率下降。针对上述问题，提出了基于改进CFSFDP算法的聚类联邦学习方法--FL＿CDP。此方法对CFSFDP算法中的局部密度定义进行了优化，并通过二阶差分实现自动选择聚类中心。通过评估客户端模型的推理相似度，对客户端节点进行了聚类，进而缓解了联邦学习中因节点数据分布不均所带来的模型准确度下降问题。在MNIST和FashionMNIST数据集上的实验结果证明，相较于传统的联邦学习算法，基于改进CFSFDP算法的聚类联邦学习算法在模型准确率方面有着显著提升。

  2024年03期 v.46;No.173 112-121页 [查看摘要][在线阅读][下载 462K]
  

• 保护样本分布特征的混合采样方法

  张浩;仁璐;阎少宏;

  在大数据窃电检测领域，基于机器学习的异常用电检测方法往往面临数据不平衡问题，影响了模型的泛化性能。为此，提出了一种保护样本分布特征的混合采样算法。首先，根据样本的分布特征提出了密度欠采样和邻域过采样算法。然后，为进一步提高数据处理效果、提升模型性能，给出了失衡度指标来将两种算法结合，并提出了保护样本分布特征的混合采样方法。在两份数据集上进行实验，经过该算法处理的数据集，相较于现有的过采样算法，能够有效减少样本数量，提高模型的训练速度；相较于现有的欠采样算法，能够提高模型准确率和AUC值。

  2024年03期 v.46;No.173 122-130页 [查看摘要][在线阅读][下载 592K]
  

• 基于混合采样和强化学习的信用卡欺诈检测模型

  郑越;代琪;施永辉;韩阳;陈丽芳;

  针对信用卡欺诈检测中存在数据不平衡以及模型超参数不能自动调优，导致检测精度低的问题，综合考虑数据平衡处理和参数优化两个关键因素，构建了一种基于混合采样和强化学习的信用卡欺诈检测模型。所提模型采用Kmeans聚类算法对多数类数据以及少数类数据分别聚类，多数类数据保留具有代表性的数据，少数类数据采用生成对抗网络生成数据，从而达到数据集平衡。同时，提出了一种改进的Q-learning算法，通过优化算法中奖励值的计算和Q-table的更新方式，以加快算法的收敛速度，然后采用改进的Q-learning算法优化XGBoost模型中的参数，以提高模型的检测效果。实验结果表明：相比于传统的欺诈检测模型，该模型具有更优的检测效果，更适合应用于信用卡欺诈检测领域。

  2024年03期 v.46;No.173 131-140页 [查看摘要][在线阅读][下载 496K]
  

• 华北理工大学学报(自然科学版)征稿启事

  <正>《华北理工大学学报(自然科学版)》杂志创刊于1979年,是河北省教育厅主管、华北理工大学主办的综合性自然科学研究刊物。杂志面向国内外公开发行(国内统一刊号:CN13-1419/N;国际标准刊号:ISSN 2095-2716)。我刊严格坚持面向前沿,服务发展的办刊宗旨和出版导向。常设栏目有:矿业、冶金;材料、化工;建筑、环境;机械、电子;数理科学、计算机;生物、海洋;特色栏目有:钢铁碳中和、盐碱地综合利用、医工融合、安全与应急管理。

  2024年03期 v.46;No.173 2页 [查看摘要][在线阅读][下载 609K]
  

• 2024年华北理工大学学报(自然科学版)重点选题推荐

  <正>钢铁碳中和选题碳中和背景下,钢铁行业需要进行转型升级,以下是2024年些钢铁碳中和选题推荐:1.钢铁行业碳排放现状及减排路径研究:分析钢铁行业二氧化碳排放的现状及风险研究,据此提出实现碳达峰、碳中和的技术路径思路。2.钢铁企业绿色低碳转型发展研究:探讨钢铁企业在碳中和目标下的发展策略,包括技术创新、工艺改进、能源结构调整等方面。3.电炉炼钢工艺技术路径研究,氢冶金技术研究。4.高性能特钢在碳中和中的应用:探讨高性能特钢在减少钢材用量、提高材料性能方面的作用,以及对钢铁行业碳减排的贡献。

  2024年03期 v.46;No.173 141页 [查看摘要][在线阅读][下载 497K]
  
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