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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
国产碳纤维/聚醚醚酮特种热塑预浸料成套技术
本项目基于团队多年连续碳纤维热塑性预浸料制备及复合材料成型、聚芳醚酮(PAEK)树脂(含聚醚醚酮(PEEK))研发、半结晶型热塑性复合材料界面研究的技术积累和相关项目成果,通过自主设计搭建连续纤维热塑性复合材料生产线及相关关键成型模头和特殊工装的设计,掌握了连续碳纤维聚芳醚酮特种热塑性预浸料单向带、LFT 粒料和高纤维含量拉挤棒材的关键制备技术,打破国际技术封锁,拓展了聚芳醚酮材料的应用形式,在我国航天、军工等轻量化零部件替换上具有很好的应用前景。本项目预期在连续碳纤维特种热塑预浸料、LFT 长纤维粒料、拉挤型材及 1-2 个具体产品(航空航天、医疗)几个方面进行同步产业化落地,具有自主知识产权。项目落地后将进一步开发国际领先并具有自主知识产权的低成本高效连续热压技术,实现 3 分钟内单成型制造周期的织物层合板在线浸渍和长尺寸结构型材的连续化生产制造,建成从“树脂原材料→预浸料/LFT/棒材→成型工艺→复合材料制品→评价方法”的一整套技术体系,引领行业发展,助力连续纤维特种热塑性复合材料在我国快速、大规模的应用。
北京科技大学 2021-04-13
智能缆控无人潜航器
无人潜航器,英文名Unmanned Underwater Vehicle是指没有人驾驶,靠遥控或自动控制在水下航行的器具,主要指那些代替潜水员或载人小型潜艇进行深海探测、救生、排除水雷等高危险性水下作业的智能化系统。因此,无人潜航器也被称为“潜水机器人”或“水下机器人”。 此潜航器的主要特点: 1.推力强劲:采用六个大功率无刷电机为动力源,推力强大,适用于多种水下环境; 2.自主供电:内置大容量锂电池自主供电,电池更换方便,摆脱了实际作业环境中外接电源的限制; 3.智能控制:具备定深巡游、定向巡游等多种运动模式,配备人造侧线系统,水下运动更加智能; 4.载荷扩展:可搭载声呐、深度计及定位系统等设备,满足水下通信、水下定位和水下探测等需求。 Robo-Rov具有大深度、长航时的优势,适合用于长时间的水下搜寻、目标打捞等任务。可完成海洋勘探,包括海洋科考、水质监测、地貌测绘等任务;水下作业,包括水下打捞、大坝巡检等任务。RoboRov智能缆控无人潜航器根据应用场景和使用需求,除高精度GPS、深度计、九轴姿态传感器以及通信控制等标准模块外,还可以搭载声呐设备、水声通讯设备,满足水下复杂任务需求。
北京大学 2021-02-01
手脚双控水龙头
本实用新型公开了一种手脚双控水龙头,包括原有水龙头,附加水龙头开关,复位弹簧,拉线,脚踏 板和两个定滑轮,其特征在于,在原有水龙头的正下方附加一个水龙头开关,附加水龙头开关左端点处与 弹簧下端连接,弹簧上端固定在贴于墙上的三脚架上,所述的复位弹簧下端通过拉线绕过两定滑轮与脚踏 板连接。这样达到了手脚双控水龙头的目的,使节水随时随地,更方便的使用和节水。
南京工程学院 2021-04-11
社区疫情防控云平台
防控云是北京邮电大学专门为社区疫情防控研制的技术支撑平台,主要由云平台、小区防控APP、街道统计报表和决策大屏、区级统计报表和决策大屏、市级统计报表和决策大屏等五个部分构成。该平台实现了对社区居民信息的收集与管理、社区居民出入的管控与记录、社区访客出入的管控与记录,并提供面向社区、街道领导的查询和统计功能,极大支撑和解决了目前小区的疫情管控工作。 云平台已经在郑州市二七区、郑州航空港实验区、许昌市城乡一体化示范区、深圳市南山区开展了试点示范工作。
北京邮电大学 2021-04-11
新型磁控电抗器
电抗器在电力系统中有广泛的应用。串联电抗器可限制短路电流;并联电 抗器可限制过电压;电抗器与电容联合可构成滤波电路。在一部分应用领域, 电抗器的电抗值固定不变;在许多应用领域,需要电抗值能随着电力系统运行 方式的变化而改变。磁控电抗器(magnetically controllable reactor,MCR)是一种 电抗值可以连续调节的电抗器。磁控电抗器通过连续调节闭环铁芯上直流线圈 中直流电流的大小,连续调节闭环铁芯的饱和程度,实现连续调节闭环铁芯上 交流线圈(电抗线圈)电抗值的大小。磁控电抗器应用于电力系统无功潮流连 续调节与控制,工频过电压抑制,消弧线圈电抗值连续自动调节等领域。现有 的自励式磁控电抗器只能用于 110kV 以下电力系统,110kV 及其以上电力系统 的磁控电抗器都是它励式磁控电抗器。它励式磁控电抗器的运行管理不方便。 且现有自励式磁控电抗器存在以下缺点:(1)自励式磁控电抗器需要四个 线圈,其中两个线圈还有抽头;制造工艺复杂。(2)输出电流波形不稳定,在 平均值周围随机变化;即存在有界不确定现象。(3)晶闸管连接在交流线圈中 部,晶闸管对地电压等于磁控电抗器额定电压的一半,耐压要求高;制造成本 高。(4)现有磁控电抗器只能在最小电抗值与最大电抗值这两个特定电抗值跳 跃调节时,暂态响应时间比较小。其他任意不同两点电抗值的调节暂态响应时 间很长。
山东大学 2021-04-13
水貂自动控光养殖棚
本实用新型提出的一种水貂自动控光养殖棚,它包括棚体,在所述棚顶上设置有多个导光管,所述导光管包括集光罩、反光管、漫射面和挡板;在所述反光管的一侧开设有可供所述挡板插入的开口,所述挡板的一端与挡板伺服电机连接;所述棚体的前后两侧设置有卷帘系统;所述卷帘卷绕在所述卷轴上,在所述卷帘的底部连接磁铁杆,所述铁座位于所述磁铁杆正下方;在所述棚体内设置有光传感器、照明灯和控制器,所述光传感器、照明灯、挡板伺服电机和卷帘伺服电机分别于所述控制器连接。本实用新型可以自动控制貂棚光照时间和亮度,可以有效地缩短貂的繁殖周期。
青岛农业大学 2021-04-13
物联网智慧灯控系统
南京邮电大学 2021-04-14
自动控温加热电缆
自动控温加热电缆是一种新型、有别于常规输电或信号控制的特种电缆,其自身是个通电发热体,并可不要任何外接控制元件而根据被加热物体温度的变化,自动调节发热状态和发热功率,既保证被加热物体安全,也保证电缆的安全,同时还可以节约能源。早期的加热电缆,是一种用电阻丝等材料制成的恒定功率输出的电缆,其工作时需要配备一套温度测感和控制系统,随着自动控温加热电缆的诞生其逐
西安交通大学 2021-01-12
双温双控发酵系统
在生物工程,特别是发酵工程及其研究、试验中,发酵罐是所需的主要设备,而发酵罐又经常需要对温度进行控制。虽然在多数情况下,之类发酵罐的温度可允许有一定范围波动,但超过一定限度就会破坏正常发酵所需生化条件,导致发酵速度降低甚至发酵过程终止而工艺失败。另外,有些发酵过程需要对温度上、下限分别进行控制,或者对同一种物料同时施以不同温度,这时,现行的发酵工艺或发酵罐系统就不再适用。特别是在一些实验研究中,合适的发酵温度不一定已知,这就需要进行实验摸索,这就需要一种可以高效支持这类发酵温度摸索的设备。这种设备应该使得发酵罐内温度在较宽的范围可调节,在高温临界点及时降温,并能在多给定值下保持稳定,这对于具有单向(温度升高方向)性特点的温度控制而言,是个难以通过的瓶颈。另外,固态基质上微生物的发酵涉及控温、传质、空气等多个方面,由于基质的不可动性,在常规的发酵罐中,给实际操作带来许多困难,尤其是难于实现连续发酵中产物的分离。为了解决这一问题,可以设计组合发酵系统,借助发酵体系中溶液的流动使固定生物体系中的温度、传质和通气得到控制,并可连续补料、和实现产物的在线分离。这就需要研发一种多温度多路控制的组合发酵系统。 本项目的有益效果是:一种可以高效支持发酵温度摸索的设备。它使得发酵罐内温度在较宽的范围可调节,并能在多给定值下保持稳定,并克服了温度控制单向性的特点。当高温罐温度达到高温限时,能快速降温;当低温罐达到低温限时,能快速升温。系统以紧凑、简洁的结构实现了双温双控,其控制系统结构简单,易于调整。整体易于批量生产;系统维护、维修简便易行。 授权专利: 双温双控组合发酵系统 2014105989037 双温双控组合发酵系统 2014205989307
江南大学 2021-04-13
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