介绍了2016年混料式机械化石灰竖窑的技术发展现状,针对主要的问题提出了改进的措施,并对未来几年的发展前景进行了展望。
介绍了菱镁矿晶体结构及性质、化学成分和矿物及煅烧过程中的物理化学变化,高纯镁砂生产工艺研磨、二步煅烧及二次压球等工艺的选择和技术特点。
针对双梁式石灰窑的尾气系统和燃烧梁导热油冷却系统进行了改造设计,对尾气余热和导热油热能进行了回收利用,采用汽轮机电动机同侧布置形式,回收的热能通过汽轮机可直接驱动引风机。对该方案的经济性进行了分析,指出此方案的合理采用可以使每座窑每年节电达140万元,由于省去了能量中间转换环节,余热利用率更高。
以锆英石荒坯为骨料,锆英石粉为细粉,磷酸二氢铝为结合剂,研究了锆英石微粉的加入量对玻璃窑用锆英石捣打料的性能影响。利用扫描电子显微镜对锆英石微粉的显微形貌进行分析,通过研究发现:随着锆英石微粉的加入量增加,材料的高温性能明显增强。当锆英石微粉的加入量在5%时其烧结性能最好;微米级的锆英石微粉可以在玻璃熔融温度下形成片状的陶瓷结合相,在很大程度上提高了材料的力学性能。
转炉出钢口是熔融钢水从BOF炉(转炉)流向钢包的通道,它是转炉的关键耐火元件之一。出钢口由座砖和袖砖组成,出钢口座砖和袖砖有不同的结构和生产方式,选择哪种生产方式或结构的出钢口,应综合考虑使用和安装情况。
目前,熄焦能力为190t·h-1的干熄炉在国内投产较多,其整体结构矮胖,冷却室高径比小于0.6,采用双斜道技术。本文介绍了在实际生产中斜道部位易出现的问题和处理方法。
用碱性原料(如镁砂)制备的耐火材料显示出较好的抗钢水(如特种钢)侵蚀性,但是其抗侵蚀机理没有详细的报道。为了提高连铸水口的使用寿命,本文重点考察了碱性MgO-C(简称MG)材料,研究了MG材料对不同种类钢水的抗侵蚀性及其损毁机理。结果显示,MG材料对高锰钢、铝镇静钢和高氧钢具有较好的抗侵蚀性,并证实了在MG材料的热面形成了连续的致密反应层。推测该致密反应层是由MG材料内部生成的Mg蒸气和钢水中的夹杂物反应形成的。由于MG材料对特种钢具有高抗侵蚀性,期望将其用作多功能材料以提高连铸水口使用寿命。
研究了MgO-C质材料中添加纳米镍改性酚醛树脂后,原位催化形成纳米碳(碳纳米纤维和碳纳米管)的可能性。FE-SEM显微形貌显示,在800~1 200℃热处理温度范围内,纳米镍改性酚醛树脂热解过程中形成了纳米碳结构。此外,1 000℃及更高温度下热处理后MgO-C试样基质中生成了纳米碳结构,当温度升高到1 200℃后,促进气孔中生成了纳米碳结构。含1%镍改性酚醛树脂的MgO-C基质试样具有最好的物理和力学性能。当热处理温度从800℃升高到1 200℃,试样的常温抗折强度仅降低了15%。并且,1 200℃烧后试样的体积密度增大了6.5%,显气孔率降低了10%。原位生成纳米碳结构之所以能够改善试样的力学性能是因为其阻碍了裂纹的产生。
利用合成莫来石溶胶作为结合剂开发研制高纯氧化铝浇注料。采用湿化学法制备莫来石溶胶,表征了其固体含量、粒径大小、热分析、随温度变化的相组成、显微结构等指标。两种不同百分含量的莫来石溶胶用在两组不同粒度级配的高铝浇注料中,采取传统工艺制备浇注料,并表征3个不同温度烧后的浇注料性能。最后,研发的浇注料的最好组成与同样粒度级配并利用商业硅溶胶结合的高铝浇注料的组成相对比,莫来石溶胶结合高铝浇注料的高温强度、高温耐侵蚀性和高温抗折强度(高温断裂模量)大大得到了提升,但抗热震性相对较低。
由于陶瓷膜材料对机械、化学和热应力有极好的抵抗作用,陶瓷膜技术已经成为膜应用领域中最具发展前景的技术之一。然而,膜除垢仍然是阻碍其广泛应用的一项重要课题。空气纳米气泡因其具有高传质效率,可以在陶瓷薄膜过滤过程中阻碍污垢形成。本研究在小试和中试过程中,采用空气纳米气泡方法进行陶瓷薄膜过滤抵抗污垢试验。用腐殖酸模拟膜表面的有机污垢,在6h之内完全堵塞膜。通过直接向膜内部注入空气纳米气泡进行膜的除垢(清洁)过程。用原子力显微镜观察处理前后的影像,可以看出空气纳米气泡对陶瓷薄膜的表面有极好的清洁作用。渗透通量恢复到原始水平,例如压力为275.8kPa时,渗透通量为26.7×10-9m3·(m2·s)-1,这说明空气纳米气泡成功地清除了膜气孔中的堵塞物。将陶瓷薄技术和空气纳米气泡体系相结合是一种具有创新性、可持续发展的潜在技术。
主要研究了在常温下将除尘粉分别与不同浓度硅酸盐水泥、钾水玻璃或与二者同时结合,并在室温下硬化以制备耐火骨料。试样分别测量常温下和1 200℃煅烧后的拉伸强度、耐压强度、密度和气孔率,并进行热膨胀和SEM分析。结果表明,试样的耐压强度随钾水玻璃浓度的增加而增加,与二者同时结合制备的试样耐压强度较高,未煅烧试样耐压强度在0.8~2.4MPa,煅烧后试样强度达到36MPa,烧后试样强度显著升高。煅烧后试样体积密度增加,气孔率降低,同时平均孔径增加。热膨胀分析结果表明:水泥结合颗粒在煅烧过程中的300℃以下收缩,然后开始缓慢膨胀;而水玻璃结合颗粒在煅烧过程中800℃以下膨胀,然后开始迅速收缩;与二者同时结合制备的试样,煅烧时收缩和膨胀都不明显。选取以钾水玻璃为结合剂制成的颗粒为原料制备耐火浇注料并验证其可用性。
实验采用磺酸盐表面活性剂和聚乙烯醇(PVA)作为凝胶聚合物,通过结合颗粒稳定泡沫法和凝胶注模两种工艺,制备了高气孔率氧化铝陶瓷。实验发现:基于表面活性剂种类和添加量的影响,当样品在1 500℃保温2h后,气孔率为65%~93%,其气孔呈现出大小两种形态,大的约为300μm,小的约为100~150μm。样品机械性能(包括轴向和径向压力)主要受总的气孔率和孔径尺寸的影响,平均来说,大孔径、高气孔率的陶瓷样品的抗拉和抗压强度分别为5MPa和16MPa;而小孔径、低气孔率的抗拉和抗压强度的平均值分别为12MPa和57MPa,小气孔陶瓷样品的弹性模量最大值为3GPa。聚乙烯醇的量对生坯的强度有较大影响,而对烧结成品的强度影响不大。基于裂纹尖端钝化效应,使用这种方式制备的形状大而复杂的陶瓷组件展现出了优良的损伤容限。
用于真空感应熔炼(VIM)坩锅的氧化镁部分稳定氧化锆(Mg-PSZ)耐材由熔融Mg-PSZ骨料和Mg-PSZ细粒组成。坩锅通常的循环周期温度为1 500℃以上,实际操作中坩锅在连续运行9~90次后发生断裂。部分供货商观测到顶部周围有垂直裂缝,中部和底部有水平裂缝。本文对商用Mg-PSZ真空感应熔炼坩埚循环使用8次后的显微结构和成分变化进行了研究,得到了导致后续故障的熔融骨料中二次相形成的证据。同时还进行了对这一产品的其他测试,展示了不同程度的热机械性能的下降。
根据热力学计算讨论了氧化铝和碳之间碳热还原反应的可能性。同时也进行了Al-Fe-O系统中Fe-Al2O3-Al的热力学评估,并推导出了三元系统中铝和氧溶解模型的金属液相的相互作用参数。在1 650℃下,借用铸钢模拟装置,通过实验方法研究Al2O3-30%C与铝镇静钢42CrMo4的界面反应。在耐火材料顶部氧化铝薄膜层上发现了外生氧化铝的大颗粒物质。热力学反应导致了铁水中氧化铝和碳界面的部分溶解和过滤表面氧化铝的二次沉淀,并形成了原位氧化铝层。
通过循环反复使用60%Al2O3骨料所做的试验,发现气孔率每次都上升,加水量也增加,耐蚀性降低。因此,认为回收骨料的气孔率对耐蚀性有影响。调整骨料的气孔率有可能降低回收料对耐火材料的影响。
介绍了2016年度石灰回转窑发展情况、技术创新情况以及存在的问题,并对石灰回转窑行业发展前景和技术发展趋势进行了展望。
对2016年度双膛石灰窑进行了市场分析,针对技术特点和存在的问题提出了改进措施,并对双膛石灰窑技术发展前景进行了预测。
介绍了一种石灰回转窑低热值煤气富氧燃烧的新工艺,通过理论分析和热工计算,论证低热值煤气用于回转窑煅烧石灰存在的问题及解决办法,推导出富氧燃烧可以提高石灰煅烧温度,满足产品产量和质量要求,符合国情、厂情,具有可行性。
回转窑耐材的使用寿命严重制约着回转窑系统的正常生产,成为煅烧石灰生产过程中的一个瓶颈。耐材的合理优化使用不仅降低了生产成本,还防止了事故的发生。本文从砖型结构、材质优化、增大通风截面、锚固钩结构四个方面开展技术攻关,取得明显效果。
提高产品质量,提高生产效率,降低生产成本的目的。
利用Solidworks的flow simulation模块对双膛竖窑窑顶掺冷风装置进行数值模拟,通过对不同形式的掺冷风装置的模拟结果进行对比分析,总结出影响掺风冷却效果的关键因素,并对掺冷风装置的结构进行优化改进,得出最优的掺风冷却结构形式。
Al2O3-MgO耐火组成在高温下生成原位MgAl2O4,这是提高使用中热机械性能的最重要的反应之一。然而,实际上在1 200℃以上发生该转变。作为可替代化合物的硼酸镁作为矿化剂使用来加速上述反应。为了研发性能更优的含尖晶石浇注料并确定混合物中所加入的硼基添加物的影响,本文评估了水性悬浮液、基质(细成分)和不含有或含有1%硼酸镁源的Al2O3-MgO耐火材料的相演变。根据浇注料基质的XRD结果,1%硼酸镁和可用的氧化铝源(活性氧化铝或水泥中的Al2O3)形成尖晶石。通常在30~1 400℃之间试样的弹性模量值也较低,这主要与存在液相有关,体积膨胀归因于尖晶石和CA6的形成。烧结测试中观察到较快形成了MgAl2O4和CA6,这表明所选择的矿化剂的缺点就是导致了Al2O3-MgO耐火材料更大的体积膨胀,使得缺陷成核并影响到气孔率级别。
向MgO-C砖中添加MgB2,通过试验评价了耐蚀性和抗热震性等特性。明确得知在CO气氛下高温反应的生成物可改善砖的组织,具有抗渣侵蚀效果。
硅粉凝胶结合无水泥浇注料与低水泥浇注料相比,由于其干透快速和高温性能极好而备受关注。然而,因为面临着一些挑战,如凝固时间较长和凝固性能复杂及生坯强度不足导致了操作上存在一些问题。液态硅溶胶的操作、储存和使用也是需要处理的因素。本文研究了硅粉凝胶结合无水泥氧化铝基耐火浇注料(NCCs)干燥方法(如硅粉凝胶作为粘结剂来使用)以及SioxX-Zero对流动性能和凝固性能的影响。而且,详细研究了硅粉凝胶结合NCCs的干燥性能。硅粉凝胶结合系统仅含有少量结合水。一旦游离水去除,浇注料就能以非常高的加热速率进行烧制。
对浇铸各种钢种使用的多个滑动水口滑板滑动面的损毁进行了调查,在氧气浓度低的钢水中,所使用的滑动滑阀滑板,不管哪种材料都形成Al2O3颗粒和C消失的脆化层,金属及CaO等渣成分浸润到脆化层。还进行了与铁水的反应试验。
开发了抗氧化剂X,该抗氧化剂在碳氧化变大的温度区域反应,使铝碳质滑动水口滑板的抗氧化性提高,提高了耐用性。但如果添加过量,抗热震性则降低,其添加量存在一个有效范围。
介绍了MgO-C耐火材料的配制和发展状况,在过去的20年里该产品已经成为钢铁工业不可或缺的一部分。回顾并总结了重要的技术和操作参数变化的影响,包括抗氧化剂氧化行为的影响、石墨或纳米碳掺入量的影响以及电磁场对抗渣侵蚀性能的影响。研究MgO-C耐火材料相关性能的实验结果是本文的重点。它揭示了MgO-C耐火砖的氧化动力学、含石墨和纳米碳的MgO-C耐火材料的显微结构、采用Rietvelt法测定MgO-C耐火材料的矿物组成及耐火材料的力学性能。
根据差热分析(DTA)、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和一些陶瓷的机械性能等研究了向Al2O3、SiO2、ZrO2和Y2O3混合物中逐渐添加1%~5% α-β Si3N4纳米粉末并通过传统的放电等离子体(SPS)烧结的莫来石-ZrO2/Y2O3陶瓷的致密化过程和显微结构变化过程。莫来石逐渐形成并在1 200~1 400℃下开始发生明显的致密化。对于传统烧结试样和SPS烧结试样通过收缩率和密度进行了证实。在这两种烧结情况下,Si3N4添加剂对密度特征的影响不太显著。SPS试样的密度达到了3.33g·cm-3,而传统烧结试样则为2.55g·cm-3,且SPS试样的抗压强度随着Si3N4添加剂含量的增加而增大,达到了600N·mm-2。在传统烧结的情况下,抗压强度值降低后达到约100N·mm-2。以传统烧结和SPS法烧结的陶瓷试样,其基本显微结构是由加入ZrO2晶粒后形成的莫来石(或伪莫来石)晶体变化所得到的。陶瓷SPS烧结得到的试样其显微结构排列十分致密,且不是典型的棱柱形。传统烧结过程中显微结构形成空位,随着Si3N4添加剂含量的增加,由形成的莫来石晶体填充。
比较了两种SiO2源(不定形SiO2微粒和原位氧化SiC纳米粉末)对多孔Al2O3-莫来石陶瓷抗热震性的影响。通过测量弹性模量对抗热震性进行了评估,每个热震循环后由无损的脉冲激励技术来测定。结果发现,通过添加2.5%和5.0%的SiC纳米粉末(等量于3.7%和7.3%的SiO2)对改进后的材料与未改进的刚玉陶瓷和添加不定形SiO2微粒的陶瓷相比具有更好的抗热震性。
工业应用中苛性氧化镁(CM)和烧结氧化镁(MS)是MgO的主要来源,从Mg(OH)2或CaCO3的煅烧中可以获得。然而由于生产方式的不同,两者之间存在不同的物理化学性能。MS在温度高于1 500℃制备,显示出大的晶粒尺寸和低的内部纳米介孔含量;而CM是在低温下获得(600~900℃),具有高的比表面积、高的纳米介孔含量和化学活性。二者的羟基化反应也不同,MS需要几小时甚至几天时间才能和水完全反应,而CM在几分钟之后就能全部转换。本文研究了羟基化反应和颗粒特性如何影响工艺过程的进行。通过热重分析法、X射线衍射法、氮吸收和扫描电子显微镜技术研究了在水悬浮液中MS和CM颗粒的特性及羟基化反应。
粒子性能对采用气相二氧化硅制备的先进保温板材料的性能产生很大影响。本文主要研究了亲水或疏水性粒子对保温板导热性能和抗折强度的影响,采用亲水性粒子制备的保温材料具有较高热导率和强度,而采用疏水粒子制备的保温材料拥有低热导率,热导率在0.02W·(mK)-1以下,其热导率的差别主要取决于固相粒子。热导率降低和抗弯强度增大与保温板中粒子之间的结合条件有关。
近年来,低热值煤气和煤粉作为燃料在双膛石灰竖窑上得到了广泛的应用。针对部分生产企业存在燃料调配供给困难的情况和降低燃料费用的需求,中冶焦耐开发出可使用低热值煤气与煤粉混烧的双膛石灰竖窑,该窑型既可单纯使用低热值煤气或煤粉,也可以混合使用两种燃料。
针对小粒级石灰石有效利用的问题,提出了带余热发电的石灰回转窑新煅烧工艺方案。在新工艺方案的基础上,开发引用了新式长回转窑和新式竖式冷却器。分析新方案的经济与社会效益后,发现该方案具有很大的实用价值和推广价值。
麦尔兹窑尾气中CO2含量较高,回收利用CO2具有很高的环境价值与经济效益。简要介绍了数种工业上常用的CO2回收工艺及其特点,从经济与技术角度比选适合麦尔兹窑的CO2回收工艺。阐述MEA法回收CO2技术原理及工艺流程,并对项目实施后产生的社会环境及经济效益做出分析预测。
TD型双膛竖窑煅烧用空气的动力均来源于罗茨风机。由于风机入口工作环境的不同,选取的风机差异往往很大。通过对500t·d-1双膛石灰竖窑在运行过程中风机的参数控制和窑内的压力变化情况分析,系统提出了罗茨风机的选型计算方法。
基于某钢厂双膛石灰窑的控制系统设计实例,详述了西门子S7-417冗余PLC在双膛石灰窑电气自动化系统中的设计方案。简述了双膛石灰窑的工艺流程和主要设备,分析了窑膛温度双闭环串级控制系统设计方案以及冷却气、燃料枪冷却气和理论助燃风之间的配比控制方案,详述了上料卷扬机控制原理和变频器参数设置编程方法,给出了煤气加压站控制系统和储运控制系统的主要控制方案,设计了基于冗余CPU、冗余网络、冗余服务器的控制系统总体方案和网络结构,给出了控制系统软件和硬件组成,以及控制系统主要功能。
介绍了麦尔兹窑喷枪更换的步骤和勾火操作复产的方法,结合实际,提出了优化措施。
利用火焰光度法对氧化钠含量进行不确定度的评定,建立测量模型并分析了影响不确定度的因素。
将0~8%的纳米Fe2O3加入到CaO耐火材料基质中。试样在电炉中经1 650℃烧成5h,再利用X射线衍射仪(XRD)和扫描电镜(SEM)研究其晶相和显微结构特性。本文报道了体积密度、显气孔率和抗水化性方面的物理性能。机械性能利用常温耐压强度(CCS)和1 200℃抗折强度试验进行研究。结果发现:在CaO耐火材料中引入纳米Fe2O3促进了2CaO·Fe2O3(C2F)、CaO·Fe2O3(CF)和3CaO·Al2O3(C3A)相的形成,改进了烧结过程。纳米Fe2O3通过改善直接结合影响材料的结合结构。另一方面,纳米Fe2O3的存在导致CaO耐火材料基质性能(如体积密度、抗水化性和常温耐压强度)的改善。纳米Fe2O3含量为4%时,材料1 200℃时的抗折强度最大。
为环保和降低成本,对钢包滑动水口滑板实行循环利用。再生滑板经过更换孔周围部位设置的芯板,可多次再利用。再生滑板再使用1次,耐火材料使用量可以比常规滑板减少36%,成本降低18%。第2次再生使用时,耐火材料使用量可以减少48%,成本降低24%。
MgO-C质耐火材料在炼钢的各个阶段都起着非常重要的作用,其中鳞片石墨是一个关键的组分,给予耐火材料良好的热震稳定性和优良的抗金属和熔渣侵蚀的性能。然而,石墨在高温下易氧化而造成材料多孔,因此会降低材料的高温力学性能。早期的工作中,在石墨含量为5%的MgO-C砖中用膨胀石墨部分地取代石墨,结果发现材料的高温力学强度和热震稳定性都得到了改善。在本工作中,分别评价了含有0.2%、0.5%、0.8%的石墨被膨胀石墨替代的MgO-C砖在高温下的抗氧化性。与标准MgO-C砖相比,其中的一个改进后的体系表现出了良好的抗氧化性。详细研究显微结构后发现,材料内部出现了理论上可能出现的所有相。用压汞法进行的孔径分析表明,在未经改进的配方中,由于孔径较大(10~100μm)而导致了氧气的侵入。耐火材料组成的分层堆积和高温陶瓷相的原位均匀生成是带来有益的高温力学性能的主要原因。
在炼钢过程中,钢包广泛用做钢水的运输容器或精炼设备。钢包的操作条件主要取决于钢包的功能。面对挑战,钢包内衬使用新材料以改善内衬的耐用性并降低成本。除此,新耐火材料改进了钢水质量并节能降耗,同时提供了较好的工作环境。研制了几种高性能钢包砖以满足这些需要。
对铝酸钙涂层石墨在铝碳耐火浇注料中的合成和应用提出了一些新的观点。用XRD(X射线衍射)、拉曼光谱和FTIR(傅里叶变换红外光谱)等测试表征方法研究了AlO4(四面体)和AlO6(八面体)单元在纳米涂层的演变过程。开展了关于溶胶-凝胶和传统耐火水泥异同点的拓展研究。用FESEM(场发射扫描电子显微镜)和XRD对改性和未改性的石墨进行了研究,并用ESEM(环境扫描电镜)进一步进行了特殊研究。研究表明,亲水薄膜中包含掺杂Ca的γ-Al2O3相对浇注料基质中石墨的保留具有决定性的影响。对比两个烧后浇注耐火材料的孔径分布和热重分析(TGA),结果发现具有石墨涂层的浇注耐火材料更加具有优势。通过静态抗渣侵蚀测试得到试样的侵蚀和渗透指数,并补充了微观结构的研究,表明孔隙率低且具有石墨涂层的浇注料在恶劣环境下的性能更为优越。
由于尖晶石的形成伴有体积膨胀,因此采用一步法固体反应烧结很难合成致密的镁铝尖晶石。本文以商用氧化物为原料,采用一步法固体反应烧结制备反应烧结镁铝尖晶石。研究添加剂硝酸盐前躯体新生MgO和Al2O3掺入对烧结镁铝尖晶石的影响。九水硝酸铝和六水硝酸镁加入量最高为2%,分别作为新生MgO源和Al2O3源。混合后氧化物原料在150MPa的单轴压力下成型,在1 200~1 600℃下烧结。根据膨胀分析法观察尖晶石的形成反应。对烧后试样的致密度、抗折强度、抗热震性、相分析和显微结构演变过程进行表征。在高温条件下,存在过量的MgO和Al2O3会加强尖晶石形成反应和致密化。通过显微结构观察尖晶石形成的模式机理。发现添加过量的MgO和Al2O3提高了尖晶石的强度,甚至在6~8次热循环后,含有添加剂的尖晶石的残余强度保持较高强度。
研究了Fe-Al(0.04%、0.5%和3%Al)合金中CaO和MgO还原及夹杂物变性。进行了实验室试验,在不同Al含量下,Al还原了渣和坩埚中的MgO。在2%Al时,MgO和CaO还原,在0.5%Al和0.03%Al时也发生MgO还原,但没有发现Ca还原。金属中Mg和Ca的质量转移由速率决定。在所有Al含量下,Mg的质量转移用驱动力远远高于Ca。只有在2%Al时,才可以观察到Ca的质量转移。
介绍了KR脱硫剂生产线工艺流程,分析了整个工艺的弊端,针对其中的设备问题提出了改进方案。结果表明,改进后的工艺能够有效满足脱硫剂对粒度的要求;振动筛不适宜用在KR脱硫剂的生产工艺中,圆型溜槽比方型溜槽更适宜运送粉料。
介绍了青海年产10万t石灰生产线及蒙古年产10万t石灰生产线项目,分析了原料、工艺流程、设备选择及安装的优化情况。通过烧成系统生产调试实践,对竖窑烧成系统进行分析。对生产调试的经验进行总结,并对系统可能进一步实现的优化提出建议。
通过对比硅质耐火泥采用不同标准的详细参数,分析了化学组成对硅质耐火泥高温性能及使用效果的影响,将实验数据的分析结果应用于最新版的硅质耐火泥标准的修订之中。
以回转窑活性石灰生产线为例,归纳了活性石灰生产过程中产生无组织粉尘排放的主要环节,并提出了对无组织粉尘排放的防治措施。
以某企业110万t钙产品生产线项目为研究对象,围绕节能减排,制定了资源综合利用方案,并对项目方案进行了综合分析,对我国钙产业的发展有一定的实践和指导意义。
对RH炉耐火材料的使用现状和常见问题进行了总结和分析,并提出了解决思路和措施,与此同时还探讨了RH炉不同部位的合理选材和设计问题。
简要说明了固体废物的基本特点及处理难点,从固体废物的国内外不同技术的比较,各种固体废物处理技术的优缺点介绍,论述了水泥窑协同处置固体废物的可行性,指出水泥窑协同处置固体废物技术的工业化实践可以保证固体废物的无害化处置,达到固体废物减排的目的。
双膛竖窑以其低热耗、高品质、低用地空间、高自动化的特点,在国内市场占有越来越多的份额。控制系统是双膛竖窑技术的主要组成部分,优化控制则是提升双膛竖窑技术和保证产品质量的重要途径。
加入碳材料可以显著提高耐火材料的抗腐蚀性和抗热震性。对于耐火浇注料的混合和浇注来说,由于水具备实用性、低成本、无害以及易于操作等特性,因此水是最合适的液相介质。限制含碳浇注料发展及使用的主要因素是碳对水较差的润湿性。测试了含或不含表面活性剂的含碳材料在水中的分散性。通过改变碳源和保持其他原料的数量和质量,设计了无水泥浇注料(ZCC)组成。试样焦化后,测量其物理性能、抗氧化性和气孔尺寸并进行了FESEM研究。发现含改性石墨的浇注料和多层碳纳米管(MWCNT)的性能对钢铁行业十分有利。
侧重研究了使用不同种类的氧化镁原料对烧结性的影响,其中使用海水氧化镁原料(包括铁结合氧化镁原料)的喷补料,确认与炉渣具有很高的烧结性。推测的原因是,炉渣渗透到海水氧化镁原料时,作为杂质存在的硼也同时溶出,含有硼的炉渣与骨料形成炉渣结合而变成一体。在使用粗颗粒和微粉的试样中也发现了该现象。另外炉渣渗透到颗粒中,颗粒结构发生变化,确认得知颗粒与基质间的界面是模糊不清的。
为了实现碳结合喷补料的高性能化,对沥青原料的添加量和粒度进行了研究。研究得知:随着沥青添加量的增加,永久线变化率增大,抗折强度和粘结强度提高;沥青粒度的微细化,永久线变化率增大,抗折强度提高;工业炉试验证实耐用性提高约20%,并且具有抑制剥落的效果。
为了稳定滑动滑阀滑板的操作、提高使用寿命,研究选用最佳滑板材质。熔炼多种钢,使用3种材质滑板与其接触,对耐蚀性和蠕变性能进行了评价。
研究了柠檬酸和鞣酸在高铝硅溶胶结合浇注料中的作用。将柠檬酸添加到3种不同类型的胶态二氧化硅组成中,使其具有不同的流变性。利用震动式流量测试来确定浇注料的工作性能。为了分析选择的羧酸对氧化铝胶体二氧化硅悬浮液的影响,进行了Zeta电位、电导率测试。此外,在评估添加剂时,也考虑了其他重要参数的影响: a) 胶体二氧化硅粘结剂的pH值; b) 羧酸的pKa值。纳米粘结剂溶液的pH值越高,氧化铝表面吸附的羧酸就越少。因此,分子的pKa值显示酸性的添加剂(如柠檬酸)对于pH<10的硅胶结合剂是有效的添加剂。而pKa值显示碱性的添加剂(如鞣酸)可用于pH值较高的硅胶结合剂中。由于硬化剂的缓凝作用,上述羧酸在使用时需要对体系提供足够的和易性。
研究了机械活化对高岭土和金属铝粉合成莫来石烧结的影响。由于高岭土中二氧化硅含量较高,需要添加矾土或氧化铝才能获得化学计量的莫来石成分。经不同研磨时间的机械处理后,用热重法、X射线衍射(XRD)和红外光谱(FT-IR)研究高岭土与金属铝粉的反应和相变。通过XRD、表观密度、开孔率测量和SEM分析研究了在不同温度下加热后的样品。结果表明:室温研磨40h后形成硅、石英和少量的珍珠陶土。不同研磨时间的所有混合粉末在热处理过程中形成了几种氧化铝转变。氧化铝转变的形成、α-氧化铝、方石英和莫来石(一次莫来石和二次莫来石)结晶的形成都受球磨时间的影响。高岭土和铝混合物经球磨40h,在1 300℃时形成蓝晶石(Al2SiO5)。机械处理促进了莫来石的形成和烧结。
以商用电熔镁砂和烧结氧化铝为原料,通过一步烧结固体氧化反应,制备了化学计量组成的致密镁铝尖晶石。氧化物原料混合后在150MPa单轴加压条件下压实,然后在1 200~1 600℃下烧成。研究了最大加入量为2%的ZrO2添加剂对镁铝尖晶石的影响,通过检测热膨胀研究了加入ZrO2添加剂后尖晶石的形成。对烧后制品致密性和相组成进行了表征,并对1 600℃烧后制品抗折强度和抗热震性进行了表征。为了了解晶粒变化对组成物烧结性以及ZrO2对烧后试样的影响,利用能谱对晶粒的显微结构进行了研究。结果发现ZrO2促进了尖晶石的形成和致密化,对于含有ZrO2的组成来说,随着试样的强度值增大,显微结构致密化。同时直到经历6次热循环,含有ZrO2的试样仍然具有较高的残余强度。
使用Al2O3、TiO2和SiO2作为原材料,用直接气泡法合成Al2TiO5-莫来石多孔陶瓷。初始Al2TiO5悬浮液是把TiO2悬浮液以等克分子的浓度加入局部浸润的Al2O3胶质悬浮液中。Al2O3悬浮液和同样经过均质化和球磨处理的SiO2水悬浮液,以3∶2的摩尔比混合在一起生成二次悬浮液。然后分别以10%、20%、30%和50%的体积比加入初始悬浮液中,在烧结试样中获得莫来石相。试验测得了纯Al2TiO5及添加了莫来石的Al2TiO5陶瓷试样的热膨胀系数和热滞后曲线。采用赫兹压痕法在强制负荷条件下估测这些试样的损伤特性。通过印压负荷-位移曲线研究了试样的机械性能。
对干法、半干法烟气脱硫配套的生石灰消化站常用技术规范进行了简要介绍;系统地介绍了配套设备的主要性能和配套电气、仪控要求以及项目管理中的监造、性能试验、技术服务等内容。
介绍了麦尔兹窑在生产优质冶金石灰过程中,石灰石、焦炉煤气、电耗、工艺参数控制、人工费用等因素对冶金石灰生产成本的影响。结合实际生产状况对燃料、原料、电耗、工艺参数等重要因素提出针对性控制要求,制定相应管控措施,降低了生产费用,效果显著,为石灰行业降低冶金石灰生产成本,提高同类窑型管理水平提供了一定的参考。
双膛竖窑大型化是石灰工业规模化发展的必然趋势。其控制系统的研究和开发是大型石灰竖窑煅烧技术的重要内容之一,一套稳定的、可靠的、标准的控制系统是大型石灰竖窑建设应用的必要条件。
回转窑白灰工艺比较复杂,产品产量、质量受原料情况、物料运动速度、煅烧温度、燃料供给、助燃风、主抽风等各项工艺参数及窑内工况综合影响。本文提出了以BP神经网络为预测技术基础,通过在线数据收集进行模型自学习、自整定的模仿生物神经元的技术,建立高精度控制模型。预测控制算法是解决现场多变量耦合作用、大时滞系统的有效控制算法,适用性强。在实践过程中,通过煅烧窑燃烧装置和控制系统,对物料煅烧过程进行控制,使整个生产系统按照预设的参数自动运行,石灰石得以在预定的温度曲线下完成分解过程,生产出优质的成品灰。
麦尔兹石灰窑Φ1 220换向阀装置两侧轴承座在窑膛内部,生产中的高温气体和高浓度粉尘极易烧坏轴承密封,导致轴承失效卡死,更换轴承过程繁琐费时,对生产造成较大影响。对该换向阀装置进行分析并对结构进行改进后,将原轴承座改到窑膛外部,可有效避免轴承卡死等事故的发生,保证生产的稳定运行。
回转窑预热器的废气温度为250℃以上,排放到大气中时温度在170℃左右,如果不加以利用,这部分热能会白白浪费。太钢复合材料厂本着节能降耗、废气回收的原则,应用纯低温余热回收技术,设置1台烟气余热换热器,可最大限度地利用烟气热量将水加热到供暖温度。
针对中间包干式料胎模使用过程中出现的变形问题进行了分析,并通过改善胎模内部温度场和提高胎模整体性两个方面来减小胎模的变形,提高了胎模的使用寿命。
介绍了用于热处理渗碳炉的炉压稳定装置和模套垂直吊装淬火工装,炉压稳定装置和水口模套垂直吊装淬火工装二者结合改善了热处理渗碳炉的炉压不稳定及波动造成的水口模套的硬度偏低、口径尺寸变形超差的性能,达到了稳定炉压、提高热处理产品质量,提高生产效率,降低生产成本的目的。
在165t钢包精炼过程中,研究了动力学模型并模拟了夹杂物的成分变化。通过优化夹杂物各参数,用新模型探讨了操作条件下的反应程度。获得的模拟结果和操作结果显示出良好的一致性。
炼钢过程常常与高腐蚀性炉渣和剧烈反应所造成的腐蚀环境联系在一起。然而原位尖晶石在炉渣中因为具有良好的阳离子吸收能力,其在Al2O3-MgO-C(AMC)二次精炼钢包中展现出良好的抗渣性,根本原因在于尖晶石结构中存在了大量的空位间隙。本研究目标是通过优化AMC耐火材料中原位尖晶石的形成,最大限度的减少由残余膨胀产生的裂纹和对材料的破坏。通过将机械活化的活性氧化镁以不同比例加入到原材料中,最大添加比例达到10%且原材料主要由不同级别的刚玉和石墨片组成。一种可溶性酚醛树脂作为热固性粘结剂,结合Al-B4C细粉形成一种抗氧化剂。通过冷压方式制备团矿,并首先在其聚合转变温度范围内进行养护,然后在1 400℃进行焦化处理。采用X射线衍射图定量分析结晶度,并通过热膨胀分析测定膨胀系数,采用SEM进行显微组织裂纹的评估。
为了增强富铝镁铝尖晶石陶瓷的抗热震性能,钛酸铝(Al2TiO5)作为预合成粉末与尖晶石原料混合或者在烧结过程中通过添加氧化铝和二氧化钛原位形成。在950℃或1 150℃下水淬进行热震试验,将烧结试样进行1~5次循环热震测试。陶瓷试样进行了气孔率测量,扫描电子显微镜(SEM)分析,热震后试样做三点弯曲试验,X射线衍射(XRD)分析,电子背散射衍射(EBSD)分析。发现1 550℃的温度适合烧结,含Al2TiO5的试样具有较低的气孔率,晶粒尺寸较大,烧结后的强度较低,热冲击试验后的保留强度高于不含Al2TiO5的试样,其改进的抗热震性有利于耐火材料的应用。
当耐火材料温度发生变化时,由于基质和骨料之间的热膨胀系数不匹配而产生微裂纹或剥落。早期的研究表明,在掺杂物尺寸高于临界半径时,上述现象才会发生。对于掺杂物体积分数高于30%的情况,这些模型并不可靠。本文通过数值模拟对临界掺杂物尺寸进行了预测,将计算获得的值与文献中的实验值(其中掺杂物体积分数高达45%)进行了比较,从而得到了更为真实的模型。有限元计算结果表明了掺杂物体积分数接近43%的材料其最大热应力位置的变化:最大应力位于基质/掺杂物界面,而对于较高的掺杂物体积分数情况,它位于掺杂物之间的中间点。本研究为耐火材料组成设计提供了更为合理的科学基础。
在2 150℃初始热处理期间,由于β-α相转换形成了α-SiC颗粒并快速生长。人工合成了尺寸为280μm的均匀的粗化α-SiC粉末。粗化过程不取决于初始颗粒尺寸,颗粒尺寸生长可由添加的碳和α-SiC种子控制。由于碳含量和α-SiC种子含量增加,颗粒尺寸降低。研究了高纯SiC颗粒的粗化机理。
对含有Fe2O3试剂的不同石灰石的同化进行研究来说明石灰石的矿物学特性,指出石灰石的化学成分之间的差别很小,然而,加热后气孔率差别很大。由于加热速率增加,煅烧速率趋于增加。200℃·min-1是常用的加热速率。加热后会产生熔融物,CO2气体被释放进入熔融产物中,使熔融物的流动性恶化。含赤铁矿基熔融物对石灰石的同化不利。
含碳耐火材料的抗化学性和热机械性能主要取决于和石墨结构相近的碳质相。然而,很多作为结合剂使用的热固性树脂被分类为非石墨化碳源。本研究评估了不同催化剂(二茂铁、赤铁矿和纳米Fe2O3粉末)和工艺参数(温度、处理时间、加热速率、交联添加剂量)对酚醛清漆树脂石墨化过程的影响。采用X射线衍射、SEM/EDS和热重分析对制备成分的相和显微结构进行了评估。在还原气氛下、于1 000℃和1 400℃烧成并保持5h后,获得了试样的石墨化结果。添加二茂铁(>2%)有助于1 400℃产生大量的氧化铁颗粒,并导致更有效的石墨化,此时,纳米Fe2O3粉末在初始试样混合期间有形成大量团聚的趋势,阻止了碳的结晶化。考虑到工艺参数的影响,在最高温度1 400℃下烧成并保持5h,加热速率为3℃·min-1,在酚醛清漆树脂+3%二茂铁组成中导致产生最大量的石墨化碳(33.1%)。
湿法喷注造衬技术已成功应用于多座石灰竖窑的修补。该技术的成功推广,得益于材料的不断创新、技术的不断改进以及对用户反馈的良好总结。
煤耗是回转窑煅烧成本的重要指标,约占总成本的20%左右,从煅烧工艺优化、制煤工艺优化、合理检修、原煤质量控制四个方面开展技术攻关,取得了一定的成效,提高了综合管理能力。
在以低热值转炉煤气为燃料的情况下,分析了麦尔兹窑生产特性。提出一系列的改进措施,有效的解决了低热值煤气带来的不利影响,稳定了窑炉生产。
介绍了热氧化炉燃烧工艺、炉况特点和内衬使用现状。通过对氧化炉耐火内衬的材质和结构进行研发和设计,解决了关键部位过早出现的损毁问题,增强了炉内衬的抗侵蚀性和抗热震剥落性,从而有效提高了炉内衬的使用寿命。
研制了轧辊离心浇铸用新型端盖浇注料,以优质焦宝石为主要原料,基质由莫来石矿相组成,同时基质中引入氧化铝微粉,以便浇注料在使用过程中,引入的Al2O3与SiO2反应生成莫来石。新研制的端盖浇注料其热震稳定性提高,生产成本降低,使用寿命大幅提高。
针对大型回转窑用高铝砖等内衬材料在使用过程中因碱侵蚀、热震剥落引起的使用寿命短及窑壳温度高、热损失大的问题,进行了提高内衬材料抗碱侵蚀、抗热震稳定性及抗磨损性的研究。同时采用重质与半轻质复合成型,研制出的莫来石耐碱复合砖具有使用寿命长、有效降低窑壳温度及节能的效果。
锌是用于各种火法冶金工艺原料中的一种组成成分,例如,由铅/锌矿及处理含锌残渣的回收工艺(例如铜的回收,WAELZ工艺)生产粗铅和粗锌产品。因此,锌及其化合物存在于相应的冶金熔炉及与之反应的耐火材料炉衬内。本文简要介绍和讨论了不同的初级及二次精炼炉内锌对耐火材料的侵蚀。通常在冶金熔炉内的工艺温度下,ZnO对砖组成具有高的侵蚀性。磨损性能是对实验后试样进行详细的化学和矿物学特性分析得出的,也进行了FactSageTM计算。该结果与为客户产品研发和砖的选择应用提供重要前提条件的RHI实验工厂进行实际测试所取得的结果是一致的。
介绍了一种用于建筑的黏土基陶瓷材料的显微结构、热性能和力学性能的实验研究结果。X射线断层扫描分析显示,挤压后的黏土具有200μm的疏松层状结构。热处理温度达到850℃的黏土基陶瓷在脱水、脱氢和脱碳等过程中释放出的气体可使孔隙率达到7%(体积)。孔隙率的增加和偏高岭土的形成使导热系数下降38%。另一方面,由于形成小于200μm的更小孔隙而使黏土基陶瓷的杨氏模量受到保护。温度由850℃升高到1 050℃时,非晶相的致密化和晶化也使杨氏模量提高了110%。加沙的黏土基陶瓷因冷却时石英由β相转变为α相导致杨氏模量减小。本研究提供了一种有用的见解,即在热处理过程中,通过孔隙来改变烧制黏土砖的微观结构,从而控制热性能和力学性能。
对铅回收炉上使用后的硅酸盐结合的镁铬砖进行了详细的残砖分析,目的是评价不同窑炉内侵蚀参数对耐火材料性能的影响。主要的侵蚀参数是由渣引起的化学侵蚀,也就是含有CaO、BaO、硫以及来自苏打添加剂中高含量Na2O的硅酸盐渣。该类型的渣不仅在砖的微观结构中导致较深的渗透,而且会造成砖成分的严重侵蚀,也就是MgO和铬铁矿。FactSageTM计算表明,在微观结构的渗透层中生成了不同的Na-Ca-Al硅酸盐以及高含量的液相。得到的数据与观察结果作为依据进行了耐火材料优化(例如为个别工艺及新技术进行耐火材料选择)与相应窑炉操作(例如延长窑炉寿命)。
在镁质尖晶石耐火材料中,尖晶石嵌入氧化镁基体中,通过微裂纹增韧来提高其抗热冲击性能。本文通过复杂的数值分析研究了冷却过程中材料的损伤演化。对具有较大代表性的体积单元进行应力应变分析后,用ABAQUS混凝土损伤塑性模型模拟了尖晶石颗粒损伤区的发展。构型力的概念允许对弹性准塑性基体材料的裂纹驱动力进行物理上的修正。结果表明,基质中固有裂纹在冷却过程中并不会扩展,但对损伤区域的产生和发展却有很大影响。较小的裂纹生成与扩展驱动力是氧化镁尖晶石耐火材料具有良好抗热震性的主要原因。
将低成本的天然高岭土、氧化铝作为原料和褐煤作为致孔剂通过干压和挤压制造低成本陶瓷扁平膜和管式膜。这些膜用作多层陶瓷膜的支撑体。本研究包括不同膜的制备及定性。所选组分包括20%褐煤、15%氧化铝和65%高岭土。在1 200℃下烧结得到支撑膜。两种结构的膜都具有良好的性能,管式膜气孔率36%以上,机械强度39MPa,扁平膜气孔率为34%。
耐火材料在工作环境中的性能通常会受到拉蠕变的影响。本文推荐了高温拉伸测试仪,它允许在工作荷重下进行较长时间的蠕变测试。所选样品的几何形状对于普通陶瓷耐火材料的测试更为适用,该材料的粒径(最大5mm)和化学组成可能是不均匀的。对于该应用来说,新颖的设计中不仅拥有改进的试样和荷重调整,而且有可靠的试样固定和冷却系统。接着进行一些特定程序以避免试样标距长度上不平均的应力分布。利用Abaqus软件建立有限元(FE)模型,对模拟实验的蠕变环境进行改善。对不同温度和应力下的镁铬材料进行测试。在上述测试条件下,呈现出3个蠕变阶段。用Norton-Bailey蠕变速率公式描述了3个阶段的蠕变性能。然后利用广义简约梯度(GRG)算法鉴别出3个蠕变阶段并逆估计出每个阶段的Norton-Bailey蠕变参数n、a和K。
耐火材料腐蚀构成了固相熔解到熔化物中的高温过程。熔解是一个改变固相和液相化学组成的物理化学过程。液相层中富含熔解物,且与固相表面接触,这导致了熔化物结构的变化,也造成了接触层物理性能的改变,激发了熔化物在有效扩散层上发生垂直的和水平的流动,而这个过程形成了固相腐蚀轮廓。本文描述了润湿角、黏度、熔体密度和自由对流环境中的表面张力对固相表面腐蚀轮廓形状的影响。本文以FeO-SiO2-CaO-MgO系统为例,描述了经实验测试的熔化物在其物理性能基础上形成的腐蚀轮廓,可用于研究MgO(s)-\[FeO-SiO2-CaO\](l)系统中腐蚀轮廓的形成。
由于开孔显微结构,MgO-CaZrO3复合耐火材料得以应用于不同的工业领域。然而,MgO的活性限制了其在酸性条件下的应用。与MgO相比,MgAl2O4具有化学惰性和更好的平衡机械性能,因此CaZrO3-MgAl2O4耐火材料具有更广泛的应用前景。通过固态反应研究了白云石作为原料制备CaZrO3-MgAl2O4耐火材料的可行性。在高达1 425℃的热处理过程中,在反应阶段通过衍射和红外光谱数据来研究热变化和结构变化。每个加热阶段会发生不同的相变化。其结果,最终产品主要由MgAl2O4、CaZrO3和Ca2SiO4相所组成,最佳合成温度为1 425℃。根据SEM显微图谱,证实在CaZrO3和MgAl2O4之间存在陶瓷结合。
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