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铁合金热熔渣能质协同利用制备矿棉智能装备与技术
铁合金行业作为钢铁行业重要的子行业之一,2017 年产量总量为 3288.7 万吨。铁合金行业蓬勃发展为社会带来巨大经济效益的同时,也产生了大量的工业固体废弃物。在冶炼合金时,每生产 1t 合金通常会产生 1.2-1.3t 的热熔渣。热熔渣的随意排放不仅占用了宝贵的土地资源,产生热能资源的浪费,还对周围的生态环境和人体健康造成一定的潜在威胁。因此,在中国特色循环经济背景下,铁合金行业闭环环节关键设备与技术的研发与产业化迫在眉睫。 青岛青力环保设备有限公司、北京科技大学和宁夏吉元君泰新材料科技有限公司结合铁合金产业闭环环节的热质废渣处理和资源化问题,研究铁合金渣的物理化学特性,在工业生产中充分利用熔融态铁合金渣的显热,热熔渣经过调质后达到预期的“修正酸度系数”可直接生产优质岩(矿)棉,其能源消耗将大大降低。相对于冷料工艺,此工艺避开了冷料工艺中先冷却再熔融的弊端,可以充分利用热熔渣的显热实现能源的最合理利用,极大地降低了生产成本,相比于其他高炉热熔渣制棉工艺,经过优化调质可生产出优质岩(矿)棉产品,达到《建筑外墙保温用岩棉制品》的国家标准。在岩(矿)棉生产线设备方面也进行了一系列的改进和创新,并研发了岩(矿)棉自动生产线电控系统,通过物联终端的网口通功能将可编程序控制器(PLC)和上位机电脑置于同一个虚拟局域网中,实现远程下载和数据采集功能。通过串口通软件实现远程编程,进而实现对生产线的远程控制、故障诊断、远程故障排除等远程监控运维,使设备更加高效,产品更加稳定,企业具有更强的市场竞争力。本项目所建成的铁合金热熔渣生产岩(矿)棉工艺主要由调质电炉、离心机、集棉机、集粒机、摆锤、成型机、固化炉、切割机及产品包装等设备组成。目前国内在使用铁合金热渣成棉的热渣类型主要为硅锰合金热渣和镍铁合金热渣。转运方式主要是汽车运输、电瓶车运输和火车运输。 在生产中对每一批次(2-3 个月内冶炼原料和工艺保持不变)的铁合金热熔渣预先进行物理化学基本特性分析,即时优化调质料配比。调质电炉的主要作用是储存熔融态铁合金渣,保证流股的稳定性和均匀性,铁合金热熔渣流入调质电炉,依托最优调质配比进行调质并均质化(电弧均化与底部氮气喷枪均化),调整其修正酸度系数,在热均匀性和化学均匀性上使熔体达到成纤标准。 2、核心装备技术的设计 (一)调质电炉核心设计: 1、调质电炉为直接加热式三相交流电弧炉,电弧发生在专用电极棒和液态热熔渣之间,热熔渣和调质料直接受到电弧热加热并进行均化。除了电弧均化,为了加强热熔渣与调质料的调质反应过程,使最终热熔渣温度和成分均匀,在电弧炉炉底部加装氮气喷枪。 2、炉体设有一个密闭接渣口,通过密闭溜槽使热渣缓慢流入炉体内,接渣时需手动打开进渣口门。 3、炉体一侧出渣口设一个手动水冷铜出渣门用来控制流量的大小,另一侧设一个出铁口,用来放出炉底沉淀残铁。 4、特殊配制的耐材。 5、电炉变压器为电弧炉专用变压器,采用有载电动调压,低压二次侧采用铜排顶出线,外封口。变压器油水冷却器采用强油循环水冷却器。 6、电极升降自动控制系统由西门子S7-200型PLC来完成。将三相电弧电压、电流信号通过信号转换电路变成 0-5V 标准信号送入 PLC 模拟量输入模块,PLC根据采集的电流、电压信号、变压器档位及给定值等信号,按照功率控制的原理进行运算处理及逻辑判断后,将结果通过 PLC 模拟量输出模块控制液压系统电极升降阀(派克比例阀 3 用 1 备),对电极升降进行自动调节,当一路出现故障时可以手动切换,从而控制输入到炉内的电弧功率,以满足冶炼工艺的要求。在自动控制过程中,随时可通过按键来增加或减少给定信号,在运行过程中,随时可以手动控制电极升降。 (二)离心机核心设计: 热渣用离心机不同于冷料用离心机,为更好使用各种类型的热渣,经过几年的理论与实践生产,设计并制作出专用的热渣离心机: (1)主轴采用多级弹性支撑,减震效果好,支撑强度大,长期使用稳定性好,大大提高了轴承的使用寿命,比传统离心机的轴承使用寿命提高 30-40%。 (2)不同的坐标位置,使成纤率提高 5-10%。 (3)离心辊头采用 316L 多层堆焊,辊头使用寿命延长 72-120 小时。 (4)可调胶环,分别计量控制精确供胶,中心喷胶与外围喷胶相结合,使喷胶更均匀,节胶、高质,有效减少花棉的出现。 (5)整体风环结构有区别的导流片设计。 (6)辊头采用开式或闭式冷却方式,轴承采用压缩空气油气雾化技术,既可对轴承充分润滑,又对轴承起冷却作用,从而大大提高了主轴轴承的使用寿命。 (三)鼓式集棉机核心设计: (1)集棉机采用转鼓式,直径 5 米,总宽度 2.8 米,网板有效宽度 2.4 米,线速度可达 100 米/分钟,从而保证了一次棉在网板上分布得更薄更均匀(小于350g/㎡)从而保证了制棉的质量。 (2)由于转鼓的两端支撑在大型回转支撑上,并有良好的润滑,故其使用寿命非常长(几年至十几年),大大减少了设备的维修量。 (3)网板采用长条孔结构,通透率大于 48%,从而减少了负压风机的功率消耗,增加了成纤率。 (4)集棉机内配备刮板机、螺旋输送机、高压水清洗装置,保证了集棉机长期稳定运行。 (四)摆锤的核心设计: 摆锤目前主要分弧摆和平摆。国内岩(矿)棉厂基本上都是弧摆,优点是结构简单维修方便,缺点是岩棉板容重不均匀;国外岩棉厂有的采用平摆,优点是岩棉板容重均匀性一致,提高了产品质量,缺点是结构复杂维护麻烦。我们特殊设计的摆锤形式为似平摆,结构简单维修同样简单方便,岩棉板容重均匀性基本达到 95%以上,而弧摆形式的容重均匀性为 80-85%。 (五)固化炉核心设计: 固化炉接受加压机输送过来的棉毡经固化炉上下网版输送、加压、烘干,使棉毡里的粘结剂在运行过程中连续固化,以形成一定厚度、容重的岩棉板。固化炉上下网板为单独驱动同步运行。固化炉内分为四个加热区,外配 4 台热风炉由天然气燃烧机产生热风循环加热,并将熔化系统的低温换热器产生的热风送至热风炉以降低天然气的消耗量,使产品固化能耗降低、效率提高。固化炉烘烤需要天然气和煤气,而许多热渣厂家有高炉煤气或矿热炉煤气,所以热渣制棉生产比冷料工艺生产可节省此天然气费用,大幅降低了生产成本。 (六)冷却、切割系统核心设计: 冷却切割系统主要由五部分组成:冷却、纵切、废边回收、切条、横切。 纵切:三套刀具,可随时升降。 碎边机:独立碎边,配备碎边回收风机,安全可靠。 切条机:一用一备共 2 套,可随时升降切换使用。 横切:由于生产线是连续不停的运行,但产品要求定长切割,因此横切(飞锯)必须与生产线同步。我们采用多台伺服电机,配以运动控制器,使横切动作运动瞬时跟踪整个生产线的速度,即使在切割过程中也可以做到,从而保证了切割精度在+2.5mm 以内。 (七)智能云平台系统是我们研发的岩(矿)棉自动生产线电控系统,由中央控制、加配料、富氧、温控、成纤、集布棉、打褶打压、固化、切割、制胶等 10 大电控系统组成,它完成岩(矿)棉从原料熔化开始,到切割成成品为止的全部生产过程控制。各子控制系统通过中央控制系统统一协调,采用“主站-从站”结构,分散集中控制(DCS),主站采用了西门子公司生产的 S7-1500 系列可编程序控制器(PLC),从站采用了西门子公司生产的S7-200 Smart系列可编程序控制器(PLC),系统各部分的联系,仅用一根 TCP/IP 总线,方便地组成工业以太网,并配以计算机和西门子专用界面软件 WinCC,可图文并茂的设定、显示、传送、查询和打印各从站的数据。通过在设备的中央控制系统配套天启物联终端云 BOX TN-605 以及高速的 4G运营商网络实现与远程运维服务平台的数据连接。通过物联终端的网口通功能将PLC 和上位机电脑置于同一个虚拟局域网中,实现远程下载和数据采集功能。通过串口通软件实现远程编程,进而实现对设备的远程控制功能。远程运维服务平台通过网口通、串口通软件可以实现设备的全方位监控云服务。通过对现场设备的实时状态监测、远程启停控制、设备报警通知、设备地图管理、微信端监控等功能,实现在任何时间、任何地点实时查询设备最新状态、设备参数和变量的实时变化,了解设备状态、参数和变量的变化趋势,并获得针对这些变化趋势的统计分析等。 另外运维平台的数据归档服务功能,可实现对用户设备数据的定期分类归档。用户根据平台采集归档的海量数据,对设备相关数据进行大数据分析,定义出触发器条件。另外,平台在云端提供了一个强大的计算引擎,可以实时计算设备当前状态、变量和参数是否符合触发条件,同时对符合触发条件的情况触发事件报警。这一功能使得产品生产处于实时预警、可查可控的状态,对于提高岩(矿)棉生产率和合格率效果明显。 (八) 熔体流量自动控制系统 虽然电炉上已安排液压(或电动)水冷闸板阀用于控制流股的稳定性,但由于需定期加入熔渣,电炉液面还有一定的波动,从而造成流股的不稳定性。另外,液位高度变化、组成成分的波动,都会对熔体粘度发生影响,造成流股波动,无法保证制品的稳定性。我们开发了熔体流量自动控制系统,利用安装在成型机下面的自动称重系统来捕捉流股的变化。通过 PLC 控制系统,采用计算机程序运算,对整个生产线的速度进行 PID 调节,从而保证产品容重的波动在极小的范围内,容重控制在±5%以内(国家标准容重范围在±10%),保证了产品质量,降低了生产成本。 3、典型铁合金热熔渣生产优质岩(矿)棉调质技术研究 大量研究利用硅锰、镍铁等典型铁合金废渣为原料,将熔体采用高速离心喷吹等工艺制成的丝状无机纤维,制成矿棉。这种矿棉与目前广泛应用的岩棉相比,在酸度系数、耐水性、耐火性、耐腐蚀性以及纤维长度等方面还有很大差距,矿棉的性能还不能满足建筑外墙用保温材料的标准要求。由于矿棉原料成份与岩棉原料不同,通常对热熔渣进行调质处理,添加硅石等调质剂,尝试的效果不十分理想。在高温热熔渣调质过程存在熔渣难与调质剂混合,并产生降温造成熔渣黏度高,难以达到硅酸盐体系的成丝要求,严重影响了矿棉生产和成丝质量,制约了铁合金渣的利用,造成了铁合金生产的环保压力。我们针对上述已有技术存在的不足,创新研发了一种能快速形成硅酸盐系的调质方法:以新的修正酸度系数 Mk*=1.6 为标准,这样最终的酸度系数 Mk 在1.7-1.9 之间。将铁合金热熔渣浇入调质炉,电极加热(电弧均化)产生一定的流动性,炉底部喷枪喷入氮气,促进与加入的调质料(热料或小球状冷料或粉料)充分混合,保证了快速形成硅酸盐体系,并通过调质电炉升温保温再均化等,得到熔体温度合适、黏度适宜、成分符合吹棉要求的熔渣,解决了熔渣难与调质料混合并产生降温的问题,达到了高质量矿棉的性能标准,实现了对矿产资源的节约以及铁合金废渣更好的利用。利用铁合金渣生产矿棉的调质方法,调制出的熔渣流体的修正酸度系数 Mk*为 1.5-1.6,温度 1360-1460°C,黏度 14-6 Pa·s。将调质好的熔体通过离心喷吹制成岩(矿)棉,其岩(矿)棉纤维可达到《绝热用岩棉、矿渣棉及其制品》GB/T11835-2007,岩(矿)棉板可达到《建筑外墙外保温用岩棉制品》GB/T25975-2010 性能要求。通过大量实验得出结论:用高硅低铝高钙调质料对硅锰渣进行调质最为适宜,用高硅高铝低钙调质料对镍铁渣进行调质最为适宜。
北京科技大学 2021-04-13
中国高等教育博览会-数字会展服务
高博会数字会展服务
云上高博会 2021-11-10
全数字式智能花式纱线生产技术
国内首家推出的全数字式系列智能花式纱线生产装置,可作为传统环锭细纱机、转杯纺纱机制造厂的选配件,但主要是作为纺纱工厂的设备技术改造后生产竹节纱或段彩纱等高附加值产品,能够满足生产实际需求的任意竹节长度、竹节粗度、竹节间隔任意调节与组合,并可生产特殊的具有平面投影拟合的特色竹节纱,始终处于国内领先水平,已在国内外200多家企业推广应用。
江南大学 2021-05-11
JC-YBS-DT型精密数字压力计
JC-YBS-DT型精密数字压力计是一种多功能的数字压力计,集电压、电流、温度、压力等参数的检测与输出为一体,如图所示。采用外接智能压力传感器模块,即插即用,传感器兼容进口产品以实现互换。采用图形液晶显示。能同时检测两种以上的参数。企业委托项目。
南京信息工程大学 2021-04-26
逼近ADC的电容失配|数字后台校正技术
通过设计一个12bit 5MHz ADC,并经过流片测试,验证了校正方法有效性。测试结果表明,在1.2V/2.5V电源电压下,ADC的微分非线性度
电子科技大学 2021-04-10
高精确度数字式转速测量系统
本系统采用单片机及其外围电路,再配以相应软件可克服这种随机性,实现对整个转速范围的高精确度测量。其设计思想为:先用单片机中的定时/计数器T0记录单位测量时间(如1秒)内的被测信号脉冲数,且保证测量时间的起始时刻与被测信号某个脉冲的上升沿同步;再用其定时/计数器T1记录从单位测量时间结束时刻到被测信号下一个脉冲上升沿之间的时间Δt(为基准脉冲的个数),这样在=(106 +△t)μs内准确记录下被测信号个完整的周期,故被测信号频率为=。由于和定时1秒无误差,Δt的绝对误差仅为一个基准脉冲周期Tφ(如若单片机的晶振频率为12MHz,则Tφ=1μs),所以该测频法的相对误差与被测信号频率无关,称为等精确度测量,并且< 10-6,显然,若选测量时间为10秒,则测量相对误差不大于10-7。 本仪器的应用范围:科研、教学以及需要精确测量转速的场合。 主要性能指标:1. 测量范围:30~100,000 rpm;2. 显示方式:LCD;3. 数字位数:6;4. 显示时间:每秒自动重复(当转速在30~60rpm范围内时,每2秒重复);5. 数据保持:任意时间;6. 测量精确度:整个量程范围内测量相对误差小于10-6。
北京航空航天大学 2021-04-13
基于数字广播的低空目标多点定位系统
本实用新型公开了一种基于数字广播的低空目标多点定位系统,包括一个发射站,至少三个接收站 和一个信号处理的主站。接收站由天线、射频前端组成。天线采用细直天线。信号经过该射频前端的放 大滤波后,利用光纤链路送入信号处理的主站。所述信号处理的主站包括采样器和信号处理机,采样器 将信号送入 AD 进行带通采样得到数字信号,信号处理机利用计算机进行数字信号处理,在计算机中显 示目标定位跟踪结果。本实用新型采用先进的多站时差定位技术,利用三个或者多个接收站,测量出同 一信号到达各接收站的时间差,确定多个定位曲面相交,得到目标的位置。利用不同平台定位曲面之间 差异较大的特点来定位和提高定位精度,具有速度快、精度高的优点。
武汉大学 2021-04-13
星载SAR数字仿真和地面验证系统(产品)
成果简介:星载SAR数字仿真和地面验证系统包括总体参数与分析、回波模拟、数据压缩与成像算法、图像评估、非理想因素等模块。该系统能够实现多种工作模式、多种极化方式的下的总体参数设计、多工作模式设计与优化、参数复核复算与成像仿真验证等功能,并能够定量分析轨道摄动、地球自转、大气传输路径、卫星平台误差、姿态误差、极化耦合、天线形变和天线展开误差等非理想因素对SAR成像及应用的影响。此外,该软件可支持大运算量,并具有良好的可扩展性。 项目来源:横向项目 技术领域:地球观测与导航
北京理工大学 2021-04-14
便携式智能数字心音分析仪
    目前,对于心脏进行检测的仪器主要有两类:一类是基于心脏电学特性的心电图类是基于心脏声学特性的听诊和心音图。心电图是现在医院普遍采用的心脏监测方式,它能够较为准确和全面的反映心脏的健康状况。但是,有些心脏疾病,当它在心音图上反映出来的时候在心电图上还没有反映,所以,心电监测较心音检测有一定的滞后性。一个完整的心动周期,心脏会产生两个声音:第一心音(S1)和第二心音(S2)。有些情况下,比如幼年和老年的时候也会出现第三心音(S3)、第四心音(S4),但正常情况下,一般只能听到S1和S2。51的形成主要来自于心室收缩期开始时二尖瓣和三尖瓣的关闭;S2的形成主要来自于心室舒张期开始时主动脉瓣和肺动脉瓣的关闭。    许多心血管疾病,尤其是瓣膜类疾病,心音都是重要的诊断信息,在临床医学中有非常广泛的应用。但是,传统的心脏听诊容易受医生经验、听诊水平的影响。因此,如何能够利用先进的数字信号处理技术和计算机技术提取反映心脏健康状况的定量的全方位的心音信息,已成为当今研究和医疗应用的热点。便携式心音分析仪不仅可以用于家庭的医疗保健,方便用户进行平时的心脏监测,提早发现和预防心脏异常;而且,可以通过心音各种特征参数的提取,为医生的心脏诊断提供定量的依据。    技术原理与工艺流程简介:    软件算法:短时傅立叶变换、小波变换等多种信号处理的时频算法。    硬件平台:基于哈佛结构的数字信号器较计算机相比更适用于数字信号处理算法的快速实现,其体积小、功能针对性强的优点更有利于产品的开发和实现技术水平。    当前最先进的时频分析算法。如小波变换,被誉为“数学显微镜”,不仅能够分析心音各种成分的时间、频率信息,而且能够反映出频率随时间的变化情况。
河北工业大学 2021-04-13
全数字式智能花式纱线生产技术
国内首家推出的全数字式系列智能花式纱线生产装置,可作为传统环锭细纱 机、转杯纺纱机制造厂的选配件,主要是作为纺纱工厂的设备技术改造后生产竹 节纱或段彩纱等高附加值产品,能够满足生产实际需求的任意竹节长度、竹节粗 度、竹节间隔任意调节与组合,并可生产特殊的具有平面投影拟合的特色竹节纱, 始终处于国内领先水平,已在国内外 200 多家企业推广应用。320 2 关键技术 采用中罗拉与后罗拉双变速技术配合双粗纱喂入装置研发一种多品种、高附 加值花式纱线全数字化控制系统,并将其用于国内主流细纱机型的改造;同时配 合预留网络接口设计实现控制系统与企业信息化系统联网,提高管理效率;配合 花式纱与织物布面仿真 CAD 软件实现花式纱参数变化与布面风格的快速分析对 比,缩短设计周期与成本。最终开发一种可适用于目前国内主流环锭细纱机直接 改造的全数字化、智能化、网络化的多品种高附加值花式纱线生产系统,该系统 可适合多倍率竹节纱、花式竹节纱、段彩平纱、段彩竹节纱、色纺花式纱、花式 赛络纱等多品种花式纱线的生产。 3 知识产权及项目获奖情况 获相关授权发明专利 8 件,授权相关实用新型专利 12 件,获纺织工业联合 会科技进步三等奖 1 项。 4 项目成熟度 已进入到大规模产业化推广阶段。 5 投资期望及应用情况 国内外首创采用中罗拉与后罗拉双区变速技术,且智能化程度、技术先进性 等各项技术参数均处于国际领先,而费用与目前国内主流竹节纱装置基本保持一 致,因而性价比高,具有较强的市场竞争力。 
江南大学 2021-04-13
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