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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
适用于IC装备工件定位运动台的仿真系统及其建模方法
本发明公开了一种适用于IC装备工件定位运动台的仿真系统及建模方法,该方法包括:获取运动台基础部件的部件模型,将所述部件模型以学科领域进行分类,构建部件级多领域模型库;选用部件级多领域模型库中的部件模型,构建功能模块级模型库;选用所述功能模块级模型库中的模型构建系统级模型;对系统级模型进行检查,检查无误后设定模型参数,以完成运动台仿真系统的建模。该系统包括部件级多领域模型库、功能模块级模型库、系统级模型、模型编译及仿真模块、输出模块。上述部件级多领域模型库、功能模块级模型库和系统级模型均在MWorks统一建模环境基于Modelica建模语言进行。本发明适用性强,建模效率高,可有效解决多领域耦合的问题。
华中科技大学 2021-04-14
名优茶加工技术升级与配套装备的研究与应用
项目首先提出了鲜叶的水冷保鲜技术、开发出水冷保鲜摊青机。创新名优茶做形理论及技术,提出“固形”理论,开发出固形设备,实现名茶的机械化做形;在此基础上,开发出关键的连接以及在制品回潮等设备,集成电子量化进料、温湿度监测与控制、水分在线检测系统,利用PLC控制系统,研建出主要名优茶连续化、自动化加工成套生产线,并制定配套的标准化技术。提出加工过程的清洁化生产技术,通过开发除尘除烟炉和名优茶加工除尘设备,实现了名优茶的清洁化加工。提出名优茶的脱氧保鲜技术,研制出高效脱氧保鲜剂,延长货架期。采用“高校-茶机厂-茶厂-政府”四位一体的技术研发与成果推广新模式普及新技术与新设备。 1、提出了鲜叶的水冷保鲜技术,保鲜时间由传统的8小时延长至15小时以上。 2、创新名优茶做形理论及技术,开发出固形设备,开发出关键的连接以及在制品回潮等设备,集成电子量化进料、温湿度监测与控制、水分在线检测系统,利用PLC控制系统,研建出主要名优茶连续化、自动化加工成套生产线,并制定配套的标准化技术。 3、首创适宜于名优茶初加工除尘的回风式除尘器,除尘效果显著。 4、研制出一种高效茶叶脱氧保鲜剂配方,能显著提高保鲜剂的脱氧能力,有效延缓名优绿茶贮藏中的氧化过程,保持名优绿茶品质。该技术已经在生产上大面积推广应用。
华中农业大学 2021-01-12
对数控机械加工设备的模态分析测点执行布置优化的方法
本发明公开了一种用于对数控机械加工设备的实验模态分析测点执行布置优化的方法,包括:(1)通过有限元仿真,获得设备的整体结构模态振型及相应的模态振型矩阵;(2)利用整体结构模态振型,确定并选取设备的模态振型敏感部件及其相应的振型矩阵;(3)从模态振型敏感部件中选取其表面可测节点,并将这些表面可测节点作为布置优化的对象;(4)使用有效独立法,对表面可测节点进行迭代剔除;以及(5)采用香农采样定理,对模态振型敏感部件执行线性化均匀布点。通过本发明,可以克服现有模态测试效率低、时间长等方面不足,并能够在保证数控机床结构模态测试中固有频率和振型辨识前提下,优化测点数目及测点位置,提高测试效率。
华中科技大学 2021-04-11
一种基于畸变能密度理论的燃料棒更换机械手
本发明公开了一种燃料棒更换机械手,包括芯杆、弹性夹爪和 锁紧套筒,其中芯杆用于感测燃料棒的位置,弹性夹爪具有多个夹爪, 该弹性夹爪可相对锁紧套筒轴向移动使该多个夹爪位于燃料棒外周, 使得多个夹爪可夹紧燃料棒,从而实现核燃料棒的抓取;各夹爪的与 锁紧套筒内壁接触的外侧曲面的曲率与锁紧套筒内壁曲面的曲率相 同,且在多个夹爪处于加持状态时其外侧曲面与弹性夹爪轴心平行; 各夹爪的与燃料棒接触的爪尖曲面的曲率小于燃料棒颈部曲面曲率, 且在多个夹爪处于加持状态时其爪尖曲面与弹性夹爪轴心平行。本发 明结构巧妙,使
华中科技大学 2021-01-12
大型机械设备变工况非平稳动态分析监测诊断关键技术
西安交通大学采用当代最先进的传感器、信号处理、模式识别、计算机网络、远程通讯等技术,研制出大型机械设备状态监测与故障诊断网络系统及其关键技术,为电力、冶金、石化、炼油、矿山、建材、机械、交通等工矿企业的机械设备安全、高效和平稳运行及设备管理提供保障,具有数据采集存储、异常报警、黑匣子监测、时域分析、频域分析、时频分析、趋势分析、智能自动诊断等功能,是设备离
西安交通大学 2021-01-12
一种用于多自由度机械臂的制动装置及控制方法
本发明公开了一种用于多自由度机械臂制动的制动装置及控制方法,所述制动装置包括:用于与制动执行元件配合完成制动动作的制动架,提供轴向移动自由度和传递扭矩的滚珠花键,用于制动执行元件的安装的球铰制动座,用于完成多自由度机械臂断电状态下的制动动作的制动执行元件以及用于测量制动执行元件压力大小的力传感器,还包括用于检测多自由度机械臂的工作、非工作状态的状态监测装置,用于控制制动执行元件的制动动作的制动控制器,以及驱动制动执行元件工作的气路元件。本发明具有结构简单、装配方便、制动安全可靠的优点,同时不约束多自
华中科技大学 2021-04-14
一种基于拉伸共形原理的柔性膜曲面转移机械手
本发明属于柔性薄膜转移及贴合工艺相关设备领域,并公开了 一种基于拉伸共形原理的柔性膜曲面转移机械手,其包括基座、X 向 伸缩机构、Y 向张合机构和共形柔性曲面吸附盘,其中该 X 向伸缩机 构设于基座用于实现共形柔性曲面吸附盘的 X 向伸缩,该 Y 向张合机 构设于 X 向伸缩机构并用于实现共形柔性吸附盘的 Y 向伸缩;该共形 柔性曲面吸附盘与目标曲面共形,具有可弯曲、拉伸的特点,在
华中科技大学 2021-04-14
一种薄壁件铣削振动的多机械手臂随动抑制装置
本发明公开了一种薄壁件铣削振动的多机械手臂随动抑制装置,包括刚性底盘、机械手臂系统、音圈电机、薄板、立柱、主轴、支架、激光位移传感器、转换器、控制器、驱动器;机械手臂系统控制四个机械手臂跟随机床主轴的进给运动;控制器对振动位移信号进行采集、处理并输出相应的控制电压对音圈电机进行控制;刚性底盘为八边形的钢质材料,安置于机床加工槽内,其上配置有用以安装立柱和四个机械手臂的结构;音圈电机用以对薄板提供辅助支撑以及抑制其振动;激光位移传感器用以检测薄板的振动位移。本发明使得抑振装置实时跟随铣削刀具的进给移动
华中科技大学 2021-04-14
一种用于旋转机械在线监测系统的组合报警方法
本发明公开了一种用于旋转机械在线监测系统的组合报警方法,包括如下步骤:从振动参数和振动参数的变化率参数中选择多个参数作为监测目标,依次设定多条报警参数组合;读取数据库中的基础监测数据,获得相应振动参数的监测值和振动参数的变化率;依次从报警规则表中取出报警参数组合,将监测值与对应的触发阈值进行比较,当所有监测值均超出触发阈值,触发本条报警参数组合,并计算整条报警参数组合的报警级别以及连续触发次数;当一条报警参数组合连
华中科技大学 2021-04-14
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