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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
一种带有诱导结构和刚度梯度的锥形缓冲吸能装置
本发明公开了一种带有诱导结构和刚度梯度的锥形缓冲吸能装置,属于缓冲吸能技术领域,锥形缓冲吸能装置包括:外层薄壁管、内层薄壁管,所述的外层薄壁管与内层薄壁管同轴,且外层薄壁管比内层薄壁管在轴向方向高15mm;所述的外层薄壁管为圆锥管,内层薄壁管为六边形方锥管;外层薄壁管、内层薄壁管之间由六个连接隔板连接,连接隔板前端为三角形结构,用来设置刚度梯度,以增加碰撞初始阶段,吸能结构的稳定性。本发明设计的锥形管相较于直管在压缩过程中不易发生整体屈曲,同时具备更高强度的抗斜载荷能力。
南京工业大学 2021-01-12
热泵(太阳能)空气循环蒸发分离电镀废水处理系统
1.热泵空气循环电镀废水处理系统试验台:该试验台采用一级浓缩、二级分离技术,可以在常温常压下一次性将电镀废水分离成重金属盐颗粒和凝结水,全部回收再利用,在实现社会效益同时可以为企业带来很大的经济效益。 2.太阳能空气循环电镀废水处理系统试验台:系统试验台采用计算机控制结合电加热模拟技术,模拟不同天气情况下太阳能的变化情况;使用空气作为分离载体的新型废水处理技术,环境适应性提升;采用浓缩、分离两级处理方式,实现废水中水分与盐分的完全分离,实现重金属盐的固态化回收;实验系统通过冷却除湿技术,回收冷凝水,以实现废水中水分再利用。
南京工业大学 2021-01-12
一种能提高原子束密度的原子发生器
本发明公开了一种能提高原子束流量密度的原子发生器,包括真空法兰、气路组件、加热装置和隔热冷却装置,气路组件包括供气源、真空微调阀、气体引入法兰、供气管、陶瓷套和钨毛细管;加热装置包括直流稳压电源、电引入法兰和钨加热子;隔热冷却装置包括冷却水引入法兰、铜套、钼隔热层和冷却块,铜套上设置有冷却水道,钼隔热层的下端设置有作为原子束出口的第一圆孔,铜套上设置有作为原子束出口的第二圆孔,并且所述钨毛细管、第一圆孔、第二圆孔的轴线重合。本发明出口处原子角度分布上,小极角范围内的原子流量密度得到增加,使原子发生器的工作效率得到提升,同时抑制了大极角的原子流量密度,减小了对周围元器件的影响。
华中科技大学 2021-04-14
帝能(广州)电子科技股份有限公司
广州市帝能电子有限公司于2018年12月20日正式更名帝能(广州)电子科技股份有限公司,公司是一家集研发、生产、销售、服务于一体的国家高新技术企业。公司成立于2010年,总部位于广州市经济技术开发区,在全国已覆盖十多个大区域的直属服务办事处。专业从事多媒体教学一体机、视频展示台、高拍仪、电子白板等电教设备产品的研发和销售,2018年帝能智慧校园物联网管理云平台,正式上线,为用户提供智能化、扩展性强、易操作、安全、节能环保的校园设备管理平台。公司致力于为客户提供优质智慧校园物联网综合解决方案,全程提供产品专业系统的培训服务,以促进行业和教育事业智能化发展。在做好优质产品的同时,突出最优越、最完美、最人性的服务观念,公司将一如既往地以亲密伙伴的姿态,与客户寻求共同的事业和成功。
帝能(广州)电子科技股份有限公司 2021-01-15
山东巨能兴业新型材料科技发展有限公司
山东巨能兴业新型材料科技发展有限公司坐落于“运河之都”的济宁化工经济开发园区,是“北京巨能兴业科技发展有限公司”的控股子公司。总公司始创于1998年,是以科研、生产、销售于一体的科技发展型公司,主要产品有:CL建筑保温结构一体化系统,高分子水性涂料、工业水性涂料、高分子胶粘剂,高分子基混凝土外加剂,高分子基复合保温材料,其它A级防火保温材料等,产品应用覆盖全国三十多个省市和地区。 公司团队规模560人,其中研发和技术人员105人。总投资5.5亿,厂房面积10万平方米,仅CL建筑保温结构一体化产品年生产能力就超过500万平方米。公司坚持专业化的发展道路,在优化产品结构,降耗节能方面兼容并蓄、锐意革新,奠定了国内市场的专家地位。 公司的专利产品--------CL建筑保温结构一体化系统,是一项国家重大科研成果,是一种防火保温、抗震、环保的全新建筑结构体系。该体系的应用实现了墙体改革、建筑节能和建筑墙体工厂化的要求,填补了国内乃至世界建筑领域的空白。该体系在结构形式、施工方法、墙体材料、生产工艺、生产设备等方面取得了19项国家专利。建设部专家技术鉴定结论:“其综合技术达国际先进水平”,并列入“国家康居示范工程选用部品”、“全国建设行业科技成果推广项目”、获得科技部颁发的“金桥奖”。 公司坚持用企业文化提升企业核心竞争力,以适应市场需求的现代化企业管理制度为发展保障,使企业在发展中树立了一流的品牌形象和社会形象。
山东巨能兴业新型材料科技发展有限公司 2021-09-01
萜类木本植物资源的筛选、培育与高效值加工利用
针对萜类木本植物资源原料林基地建设和化学利用方面的不足,开展了资源筛选与原料林基地建设研究,建立芳樟原料林基地2.5万亩、山苍子优良种质资源圃400亩、示范林基地5000亩,为工业化生产与开发利用奠定了基础。集成和创新了天然精油提取分离与加工技术,建立了芳樟油、山苍子油和松脂原料预处理、蒸馏提取工艺,生产芳樟油、山苍子油、松香和松节油等10000余吨,实现产值30000多万元,其中芳樟醇和山苍子油掌握着国际市场定价权。研发了系列萜类香料产品,以芳樟醇和山苍子油为原料,创新了相关香料的合成方法与工艺,并建立了相应的生产线,实现产值20000多万元;以松节油为原料,进行了相关产品的合成工艺研究,并建立了年生产400吨的乙酸诺卜酯生产线。研发了系列萜类功能性与高附加值产品,开展了萜类成分的抗菌、驱避和引诱活性以及机理研究,筛选得到高抗菌和高驱避活性化合物;开展了松香树脂及其改性树脂、萜烯树脂及其改性树脂的制备研究,建立了相应生产工艺线。本项目实现了资源筛选、基地建设、初步加工、新型产品研发与生产线建立及其加工生产的整合,提升了萜类木本植物资源的筛选、培育和加工利用的水平,促进了相关行业和产业的发展,具有显著的经济、生态和社会效益。
江西农业大学 2021-05-05
基于天然纤维素制备高效率氧气还原催化剂
氧气还原反应是燃料电池中最常见的阴极反应,即氧气通过四电子过程结合电子和质子转化为水。 氧气还原催化剂是燃料电池阴极至关重要的组成部分,其性能的好坏直接决定于最终电池的性能。铂(Pt)是最常用的一种高效的氧气还原反应催化剂。然而,由于Pt的价格非常昂贵,给电池带来非常高的成本。而近年来,开发的基于杂元素掺杂的碳纳米材料,尽管成本比Pt低,但是其制备过程相对较复杂,难以实现规模化生产。 而对于电池的发展,低成本和高性能是永恒追求的目标。本成果提供了一种超低成本、高效率氧气还原催化剂的制备方法。该方法以天然纤维素为原材料,具有成本低、制备简单等优点,所制备的氧气还原催化剂在0.1M KOH中的氧气还原催化电流高于常用的20wt% Pt/C催化剂。
江西师范大学 2021-05-05
可高效静脉和瘤内注射的新型溶瘤病毒构建和转化
项目成果/简介:溶瘤痘苗病毒在体内有四种形式,其中EEV外包裹细胞膜,能逃避机体免疫反应,使其特别适合静脉注射(图A)。表达治疗基因A的溶瘤痘苗病毒有非常好的治疗效果(图B),VV-A与和PD-1抗体很好的协同作用(图C)。知识产权类型:发明专利技术先进程度:达到国际先进水平成果获得方式:独立研究获得政府支持情况:国家级计划/专项类别:国家重点研发计划获得经费:445.00万元
郑州大学 2021-04-11
整体热浸锌防腐的高效节能节材扭曲管中冷器
本项目利用我们在高效节能设备研制和产业化方面的成功经验,自主研制的新型扭曲管中冷器,并实现扭曲管中冷器的制造产业化。通过采用扭曲管可以使空气冷却器传热能力增加10%-20%,壳程阻力下降50%-70%,充分体现了扭曲管中冷器的节能潜力,实现节能20%-35%。扭曲管中冷器的研发提升了我国新型高效节能设备在气体压缩机领域的整体技术水平和市场竞争力。本项目中冷器的碳钢管束芯体和管板在与壳体、封头、管箱装配前整体热浸锌处理,显著提高壳程、管程的抗腐蚀能力,用以取代传统的铜管光管中冷器,大大减少了压缩机中间冷却系统的制造成本。可降低制造成本20%-40%,增加生产利润20%-30%。本项目中冷器,由于扭曲管具有多点自支撑结构,省去了传统换热器的折流板(支撑板),壳程流道变为传逆流,壳程压降降低20%-60%,进而减少泵工的消耗30%-50%,达到节能的效果,提高了换热器的抗诱导振动以及强化传热的性能,有效防止了压缩机由于排气温度过高而引起的内壁温升大、润滑油变质、气缸磨损、“积碳”等现象的发生。由于本项目中冷器流速均匀、无流动死区,而且管壁温度比较均匀,大大降低了结垢的可能性。为振动、少结垢,从而延长了维修周期,降低了压缩机中间冷却系统的的维修费用。本项目中冷器不改变换热器的外形结构,保留管壳式换热器的特点,结构简单,采用横截面为椭圆形或扁圆形的螺旋扭曲管,其余均采用传统的管壳式换热器的基本结构形式,易于推广,成本较低,具备较好的压缩机中间冷却系统的工业应用前景。
华东理工大学 2021-04-11
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