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          我國耐火材料工業生產裝備的發展與進步

          發布時間:2021-10-15 11:14 文章來自:http://www.thriftingwright.com/ 作者:admin

          舊中國鋼鐵、建材、有色金屬等高溫工業極端落后,為高溫工業服務的耐火材料工業不但品種單一、質量低劣,且裝備極為原始:人工混料、手工成型、地坑干燥、倒焰窯燒磚……,基本上處于作坊工業狀態。新中國成立以來,耐火材料工業隨著國民經濟的發展而起步,從新中國成立到改革開放前的30年,從無到有初步建立了比較完整的耐火材料工業體系;改革開放后的30年從小到大,尤其近20年來實現跨世紀的突破發展。我國耐火材料工業生產裝備(含爐窯)的面貌也發生了深刻的變化,根據品種、質量和成本的需求不斷創新發展,保證了耐火材料新工藝、新流程的實施。

          采用了適合國情的新工藝、新流程促進生產裝備的技術進步

          1.采用半干法更新了國外設計的可塑法及濕法工藝
              建國初期,蘇聯為鞍鋼黏土車間改建的工藝流程,設計中原采用可塑法成型,用“斯匹瓦克”成型流鋼磚,在當時仍屬先進技術,但可塑法有其固有的缺點,即能耗大、工藝復雜及制品的氣孔度高與強度較低,國內設計改用半干法,并設計了適應半干法成型要求的摩擦壓磚機,不但節省了能耗、提高了制品質量,還節約了建多條干燥器的投資與廠房。
              蘇聯為大石橋鎂磚廠設計的鎂砂煅燒工藝采用了泥漿法。這種工藝主要的缺點是能耗大、窯利用系數低以及需大容量的泥漿缶作為調整濃度及貯料漿用。經過在水泥回轉窯上用粉料成球在爐篦機上以半干法煅燒的半工業試驗取得成功后,將濕法煅燒改為較先進的半干法,經濟效果顯著。
              2.采用人工合成工藝流程,煅燒鎂質、高鋁質原料
              人工合成原料煅燒工藝流程的優點是能充分利用碎礦、混級料均勻原料成分,并能根據要求配料,生產多品種合成料。大石橋鎂磚廠大型筒磨機前的多料槽配料、粉料成球煅燒,就是行之有效的人工合成流程。1978年陽泉礬土礦首次采用壓縮空氣在料槽內混合粉料及成球盤成球工藝,可均勻原料品位,特別適用于礦山混級料的利用,還可調整不同成分,進行人工合成,如今高鋁礬土均化料產業化在我國方興未艾。近年來遼南地區采用人工合成工藝流程,回轉窯煅燒生產的品種有合成鎂鉻砂、鎂鈣砂及鎂鋁砂等。人工合成對稱量、配料混合、成型和高溫煅燒設備提出了新的要求。
              3.采用振動成型法制造焦油白云石大磚的新工藝
              以大顆粒配料、焦油瀝青結合劑含量大,采用加壓振動成型為特征的大型爐襯磚的加工工藝,其制品具有抗水化能力強、爐襯磚縫少,還具有較強的抗沖擊、抗沖刷及抗侵蝕能力。此外,還具有在成型過程中勞動生產率較高以及砌筑時可以整體吊砌,操作比較簡便,加速砌爐速度等優點,應用于轉爐煉鋼實踐中取得了高爐齡的效果。在我國尚未能普遍采用高噸位液壓機的條件下,對發展我國以焦油瀝青為結合劑的堿性爐襯磚,在上世紀60年代末到70年代,配合轉爐煉鋼爐齡攻關,具有一定的實際意義。
              4.高純堿性原料,采用二步煅燒新工藝
              將海水鎂砂生產中的二步煅燒工藝移植到鎂、鈣系堿性耐火原料煅燒工藝中,該工藝具有活化原料晶格,降低燒結溫度,提高物料密度以及便于人工合成等一系列優點,解決了我國某些堿性原料質純、不易燒結的問題。70年代末期,國內普遍推廣二步煅燒新工藝以來,對優質堿性原料的燒結是一個突破。如海城特級菱鎂石的加工采用細磨、輕燒、壓球、燒結的二步煅燒工藝可以制得MgO為98%,并已投入大規模生產。

          從根本上改變了工廠的爐窯水平

          1.20世紀50年代前蘇聯援建時期
              在前蘇聯援助下,恢復了建設鞍鋼、太鋼等耐火材料廠,新建了大石橋耐火材料廠等工程項目,引進的主要窯型為大斷面隧道窯和煅燒冶金鎂砂大型回轉窯,為我國現代耐火材料爐窯打下了基礎。
              大斷面隧道窯
              窯內寬度2.6m~3.2m,燒成溫度1350℃~1600℃,主要用于鎂磚、黏土磚、硅磚的燒成,其所用燃料,在鋼鐵聯合企業以混合煤氣為主,在獨立耐火材料廠以發生爐煤氣為主。
              煅燒冶金鎂砂大型回轉窯
              煅燒冶金鎂砂大型回轉窯配爐箅子預熱機,窯規格Φ3m/3.6m×60m,煅燒溫度1600℃,以煤粉為燃料。
              2.60~70年代的技術革新時期
              革新原料煅燒設備
              上世紀50年代煅燒原料,基本上都是人工加出料的燃煤土窯。1965年在原山東耐火材料廠Φ1.4m×24m回轉窯上,首次以重油為燃料,火焰溫度1800℃,使陽泉高鋁礬土分級煅燒獲得成功。隨后回轉窯煅燒高鋁礬土得到大量推廣。
              為減少固體燃料灰分對黏土熟料的污染,設計并建立了大容積的矩形外火箱豎窯,實現了從原料加料,火箱添煤及熟料出料的全部機械化操作,收到了質量好,產量高的效果。以隧道干燥器、隧道窯取代了落后的干燥與燒成設備。
              建國以來,逐步采用隧道干燥器、隧道窯取代了落后的火炕與倒焰窯,結束了工人在高溫下搬運磚坯,直接接觸粉塵,矽肺病嚴重的局面。隧道窯燒成的制品,從一般黏土磚到高鋁制品;從一般硅磚到焦爐硅磚;從一般鎂質制品發展到高純制品。應當指出,用隧道窯燒成焦爐硅磚,在國際上處于領先的地位。
              開發小斷面隧道窯
              1965年開發的小斷面隧道窯窯內寬度2.2m,以重油或煤氣為燃料,燒成溫度1400℃~1600℃,改變了當時只有單一大斷面隧道窯的狀況,增加了生產的靈活性,得到大量推廣。
              3.上世紀80~90年代重大發展時期
              開發高技術水平爐窯
              改革開放以來,隨著鋼鐵、建材、化工、輕工等高溫工業現代化,帶動了優質耐火材料的迅速發展,尤其是和寶鋼配套的耐火材料,品種新,質量優,對熱工爐窯提出了新的要求。此階段的耐火材料爐窯設計,主要圍繞“不富氧超高溫”爐窯,即1900℃豎窯、1800℃隧道窯、1850℃回轉窯,進行開發。通過自主研究成功的“不富氧超高溫”技術與引進先進的大型超高溫隧道窯、豎窯技術相結合,新型原料煅燒和制品燒成爐窯建設得以全面突破。鞍山焦耐院80~90年代典型的開發工作有以下幾個方面:
          a)80年代初期,自主研發了Φ700mm超高溫豎窯,使中國高純鎂砂煅燒質量有了很大提高。
          b)80年代中期,研發了51.6m超高溫隧道窯,促進了高純堿性制品和剛玉制品的大量生產。
          c)消化寶鋼配套上耐二廠堿性磚項目引進的日本83m高溫隧道窯技術,并在唐山二耐、洛耐廠等工程中移植。
          d)煅燒高鋁礬土的回轉窯
              我國高鋁礬土主要產地有山西、河南和貴州。上世紀80~90年代煅燒高鋁礬土塊料用回轉窯,以取締土窯和倒焰窯,僅山西省有60余條改造利用其他行業回轉窯燒高鋁熟料,窯型規格繁多,主要窯型有Φ2.5m×50(60)m)其次Φ1.6/1.9×39m,還有Φ3.3/4.0×69m,Φ3.0×88mm。這些回轉窯的產量在30000t/d~50000t/d,最大的產量可達500t/d。燃料以煤粉為主,個別用焦爐煤氣,每噸熟料熱耗標煤0.25t~0.28t。河南澠池和貴陽耐火廠各有2條Φ2.5m×50m回轉窯燒高鋁熟料。倒焰窯的每噸熟料熱耗標煤0.35t~0.4t,土豎窯產熟料含有大量欠燒料,質量低下,折算每噸熟料熱耗標煤0.4t~0.5t。以煤為燃料的回轉窯目前存在主要問題是燒成帶結圈嚴重,一般工作日為20天/月。
              此外,山西大同、湖南辰溪等地還用濕法均化,回轉窯煅燒生產莫來石等產品。
          e)上世紀90年代初,研發了Φ2m超高溫回轉窯,為煅燒鎂鉻砂、鎂鋁尖晶石砂、鎂鈣砂等耐火原料提供了適宜的窯型。
          f)梭式窯以其生產靈活、投資小、勞動條件好得到迅速發展。

          我國耐火材料爐窯的基礎工作

          (1)制定耐火爐窯熱平衡測定與計算方法的統一規定
              各種耐火材料產品(電熔材料除外)的能源(燃料、電、水等)消耗中,燃燒所占的比重高達70%~80%,耐火材料節能工作的重點應是降低燃料消耗。因此,進行爐窯熱工測定,編制爐窯熱平衡表,全面分析熱耗情況,找出降低熱耗、提高熱效率的主攻方向和節能措施十分必要。按照習慣,耐火材料爐窯采用單位產品熱耗,作為熱經濟性能的衡量標準。但單位產品熱耗,僅能在同類產品之間比較,對爐窯熱經濟雖能作相對的比較,但并不反映爐窯在熱能利用方面的真實情況。如果爐窯熱能利用情況沒有一個科學的衡量標準,勢必會妨礙今后提高耐火爐窯熱經濟性能的努力。國內外工業爐普遍采用“熱效率”作為衡量熱能利用好壞的標準。耐火材料爐窯通過“熱效率”的比較,可以消除由于耐火材料原料性質不同而造成的不可比因素,因此對耐火爐窯同樣十分適用。
          在原冶金工業部的安排下,鞍山焦化耐火材料設計研究總院于80年代編制了“隧道窯、豎窯、回轉窯的熱平衡測定與計算方法暫行規定”,并分別在多座爐窯上進行了實驗后,批準為行業標準。
          評價爐窯熱經濟性標準采用熱效率η
          η=∑Qe/∑Qi
          式中:∑Qe———系統內物料在煅燒過程中所消耗的物理化學熱的理論值的總和;
          ∑Qi———系統總的熱收入
          規定中評價爐窯性能的“熱效率”,定義為系統內物料在煅燒過程中所消耗的物理化學熱理論值的總和(即“有效熱”)與總的熱收入比值。隨著耐火材料品種的不斷增加,一些新品種加熱煅燒過程的“有效熱”數據,需要用科學的方法進行測定。通過爐窯“熱效率”測定,發現熱損失主要是排煙熱損失、窯體表面熱損失及窯車/窯體蓄熱熱損失,據此測定對改造舊爐窯,設計新型爐窯,提供了可靠的技術支持。
             (2)爐窯污染環境狀況的監測和整治
              爐窯煙塵是重點污染源之一。1990年~1992年鞍山焦耐院曾對我國耐火材料工廠污染現狀作過調查剖析,其中包括堿性耐火材料廠的機械化豎窯、超高溫豎窯、回轉窯、隧道窯及熱處理窯等,進行了多種污染因子的監測。結果,爐窯煙氣中的4種有害物按其污染環境程度的輕重,依次是:SO2、CO、NOx和煙塵。不同爐窯污染環境輕重程度相比較,依次是隧道窯、熱處理窯、回轉窯、超高溫豎窯、機械化豎窯。特別是機械化豎窯,嚴重超標。采用多管除塵器和旋風除塵器,除塵效率低,排放煙塵濃度嚴重超標,采用電除塵和布袋除塵器則效果良好。

          我國耐火材料爐窯的進步

          自上世紀80年代寶鋼建設所需耐材逐步實現國產化目標以后,特別是近20年來,圍繞我國耐火材料工業在爐窯更新換代和完善方面,研究人員摸索出以自主、引進、消化、創新相結合的有效途徑,不富氧超高溫技術的開發使高溫隧道窯、高溫豎窯、高溫回轉窯在全行業各重點企業得到了廣泛推廣和應用,使我國耐火原料煅燒和制品燒成爐窯發生了質的飛躍,也為我國耐火材料工業奠定了扎實的基礎。
              高溫爐窯廣泛推廣應用
          a)超高溫豎窯:超高溫豎窯一般采用重油或柴油為燃料,煅燒溫度>1900℃。用于燒成高純難燒結原料,如高純鎂砂、高純白云石、鎂鉻砂等。實現超高溫的主要技術措施是進窯二次空氣在冷卻帶充分吸收燒后料的物理熱,在進入煅燒帶前溫度已達到1500℃以上。同時燃料通過燒嘴噴入窯內,直接在熾熱的物料上汽化燃燒,燃燒效率高,爐窯高溫系數可達0.9以上。
          超高溫豎窯的特點是:能燒結多種高純原料,生產效率高,利用系數5t/m3d~10t/m3d;單位產品熱耗低,僅2500kJ/kg~3300kJ/kg;連續加出料,自動控制出料量,窯產量穩定;可采用PLC控制系統,所有操作參數可隨時打印或畫面顯示;占地面積小。目前遼南地區已有近70座高溫油豎窯,用于生產高純鎂砂,正推廣生產中檔鎂砂(MgO95%)。生產鎂鈣砂也取得成功經驗。但還應開發煅燒品種以擴大應用領域。
          b)超高溫回轉窯:超高溫回轉窯窯內溫度可達1800℃~1900℃。主要用于煅燒鎂鋁尖晶石、鎂鉻砂、鎂鈣砂、燒結剛玉等耐火原料。國內遼南地區煅燒堿性原料現有的高溫回轉窯Φ2m×60m,生產能力20000t/a,單位產品熱耗為9900kJ/kg左右。超高溫回轉窯設計采取了以下幾點措施:煅燒帶內襯為高檔耐火材料,外層為優質隔熱材料。預熱一次空氣,并對二次空氣入窯進行調控,使煅燒溫度大于1850℃。調節一次風,有效改變火焰的直徑和長度,從而調節煅燒帶的長度和火焰溫度。通過對窯內壓力和燃燒系統壓力的自動調節,確保燃燒的穩定?;剞D窯煅燒耐火原料產量大,產品質量均勻,適合煅燒易結坨的物料,但熱耗高。
          c)超高溫隧道窯:高純優質的鎂質、鎂鉻質、鎂鋁質耐火材料需要超高溫燒成。設計超高溫隧道窯一般采取如下措施:燒成帶窯頂采用雙層拱頂結構,從冷卻帶抽出的熱風在雙層拱頂結構內加熱到1000℃左右,然后通過窯墻上的氣道送到各個燒嘴。燃料和從雙層拱頂下來的助燃高溫空氣直接噴到在磚垛之間設置的燃燒空間,高速混合燃燒。在預熱帶設循環風機,保證窯入口處溫度適宜,避免入窯磚坯急劇過熱。在冷卻帶設循環風機,使制品快速、均勻地冷卻。窯車上部采用高強輕質材料砌筑,下部降低窯車下的空間,改善窯內和車下壓力平衡,減少窯內的熱氣體向窯下串氣,降低窯車熱損失。
          目前遼寧地區燒成堿性耐火材料“雙層拱”110m高溫隧道窯已有70條,對不同產品單位產品熱耗:150kg~230kg重油/t制品。時隔20多年,某公司引進了德國151m高溫隧道窯,以城市煤氣為燃料,燒成優質剛玉-莫來石磚、鎂鋁尖晶石磚等,其特點可以借鑒。
          d)輕型節能梭式窯:梭式窯是可取代倒焰窯的新型間歇式爐窯,是國內近10年來發展最為迅速的窯型之一,主要用于生產高檔耐火材料,如鎂質制品、滑板、水口、剛玉磚、窯具等耐火材料。國內現有梭式窯容積一般在10m3~80m3范圍內,洛陽耐火廠引進了燒硅磚用300m3大型梭式窯。梭式窯燒成溫度1000℃~1800℃,可采用天然氣、煤氣、柴油、液化氣等作燃料。各種梭式窯都采用煙氣余熱回收措施,燃料消耗僅為普通倒焰窯的30%~40%。
          e)熱處理窯:鎂碳磚、焦油鎂白云石磚等150℃~350℃低溫熱處理目的為使結合劑固化,提高不燒磚的強度;提高磚中固定碳含量;改善煉鋼爐烘烤條件,或在使用中不揮發瀝青煙等。目前推廣應用的電加熱熱處理窯一般采用間歇操作,采用乳白石英遠紅外管加熱器或電阻絲加熱。窯內溫度一般在200℃~350℃,裝機功率150kW~300kW。電加熱處理的最大特點是結構簡單、成本低、煙塵及噪聲危害輕,操作靈活、窯溫均勻,便于控制熱工制度,也為產品質量提供了保證。
              爐窯自動化程度
              隨著自動化技術的發展,耐火材料工業爐窯的控制水平也在提高。近年來,國內一些耐火材料工業爐窯已實現自動化控制,其主要特點是:①采用DCS或小系統控制站,通過檢測和控制設備對爐窯生產過程進行監視、自動操作。②采用燃料-空氣比例燃燒,實現爐窯合理燃燒和節能。③采用分區控制溫度技術,對不同爐窯制定相應的分區方案,以實現爐窯內溫度的合理分布和控制。在隧道窯中根據燒成品種的燒成曲線溫度分布,設置5~12個溫度控制區進行控制。在梭式窯中,根據窯門、窯頂、窯底等各部位的傳熱差異,設4~9個溫度控制區,實現全窯的自動控制。④對爐窯的升溫、保溫、降溫過程實行自動控制。特別是梭式窯已可實現點火、升溫、保溫、冷卻全過程控制,減少操作中人為因素的影響,提高產品成品率。
              環保技術的應用與推廣
              耐火材料工業爐窯是重點污染源,近年來著重推廣的環境保護措施是:①采用高效除塵器凈化煙塵。煙塵凈化重點推廣高效布袋除塵器,由于受濾袋限制,要求進布袋除塵器的煙氣溫度為150℃~240℃。爐窯煙氣經過高效除塵器處理后,煙塵含量可控制在20mg/m2~100mg/m2以內。②瀝青煙氣的處理。熱處理滑板、鎂碳磚等制品時產生瀝青煙氣,對工作場所和周圍環境產生污染。曾采用“白土吸附”工藝處理瀝青煙氣,即先用白土吸收瀝青煙氣,后焚燒吸污后的白土。此工藝繁雜,運行成本高,并存在二次污染問題,實際運行效果不理想。一些企業采用焚燒瀝青煙的方法,工藝過程簡單?,F在有些產品使用有機結合劑,在熱處理時排放有害物,也采取焚燒熱風爐中廢氣的方法,焚燒溫度>750℃。但目前國內耐火材料企業瀝青煙氣處理尚未完全解決。

          我國耐火材料生產裝備的技術進步

          我國耐火材料生產裝備歷經60余年的發展,其技術水平有了很大提高,許多產品已達到或接近國際先進水平。
              20世紀80年代,“全國耐火材料‘八五’規劃與發展戰略研討會”總結出阻礙我國耐火材料工業發展的兩大障礙———“原料不精與工藝裝備落后”。經科學論證,國家有關部門將“優質耐火材料生產技術研究”首次作為一個獨立項目列入國家重點科技攻關計劃,該項目下屬主要課題為“耐火材料工業用先進設備的研制”,其中有“7500kN油壓摩擦復合式壓磚機”、“高速混合機(容積600L)”、“立式真空油浸裝置”和“連鑄三大件”生產裝備的研發等11個專題。由此,開創了我國耐火材料生產裝備步入國際先進行列的歷史新階段。歷經“八•五”、“九•五”攻關發展至今,我國耐火材料生產裝備得到了突飛
          猛進的發展,全面實現了生產裝備更新換代,使鎂碳制品、連鑄功能材料、真空油浸和不定形等諸多耐火材料的生產技術水平得到顯著提高。
              近20年來,我國耐火材料工業裝備水平發生了質的飛躍,為做精做強我國耐火材料工業奠定了扎實的基礎。
              1.原料加工裝備
              破碎粉碎設備:耐火材料破碎粉碎生產裝備通過幾十年的生產實踐,以顎式破碎機、對輥破碎機和圓錐破碎機為主。近年來,立式沖擊破碎機、振動圓錐破碎機作為耐火原料中碎設備已在耐火材料等行業廣泛應用,這些破粉碎設備均已形成各自的產品系列,并向結構合理、型式精巧、使用壽命更長的方向發展,各生產廠家以此增強產品在市場的競爭力。
              細磨設備:耐火材料傳統細磨設備為管磨機、懸磨機、振動磨以及配高效空氣分級機的細磨系統,以得到細粉產品。氣流磨通過超音速噴嘴,以空氣(無油)、氣體、高壓惰性氣體為介質噴入磨內,將細顆粒物料加速,細顆粒物料多次相互沖擊碰撞,被粉碎成微粉。微粉隨氣流排出,進入分級機,較大的微粉被分離出來返回氣流磨,合格的微粉被收集。耐火材料行業使用的氣流磨多用于生產微粉、超微粉產品。但目前國內氣流磨單機產量小,耗能高,產品細度尚達不到超微粉生產要求。
              篩分設備:多層直線振動篩以處理量大、篩分效率高,可以滿足耐火制品,尤其是不定形材料多級配料工藝要求得到廣泛應用。
              2.混合設備
              耐火材料使用的混合設備自國家“八五”攻關以來,得到了快速發展,種類不斷完善,基本上滿足了實際生產需要?;旌显O備通常分為預混合設備、混練設備及其他專用混合設備,主要包括:濕碾機、強力逆流混合機、高速混合機、雙錐混合機和混練造粒機等。
              預混合設備:預混合設備是生產各類不定形耐火材料及特殊耐火材料過程中,混合細粉和微量添加劑時所使用的設備,可使細粉和微量添加劑混合均勻。常用的預混合設備有螺旋錐型混合機、雙錐型混合機及V型混合機等。
              混練設備
          a)濕碾機:濕碾機是利用碾輪與碾盤之間的轉動對泥料進行碾壓、混練及捏合的混合設備。主要常見老型號是底部下傳動盤轉濕碾機Φ1600×450及Φ1600×400兩種及少量上部傳動碾砣轉的濕碾機,這些設備笨重,混合過程中物料易被粉碎,動力消耗大。但由于其結構簡單,耐火材料廠還在廣泛使用。新型號的濕碾機有中冶焦耐設計的Φ2400及SJH-28型兩種。Φ2400濕碾機裝料量較少,內部機構過于緊湊,事后清理及檢修空間較小,于是又研究開發了SJH-28型濕碾機。
          b)行星式強制混合機:行星式強制混合機的中心立軸擔有1對懸掛輪、兩付行星鏟和1對側刮板,盤不轉,中心立軸轉,帶動懸掛輪、行星鏟和側刮板順時針轉,行星鏟又作逆時針自轉,泥料在3者之間為逆流相對運動,在機內既作水平運動又被垂直攪拌,5min~6min可以均勻混合,而顆粒不破碎。根據工藝需要,可以增添加熱裝置。該機效率高、能耗低、混合均勻;整機密封好,無粉塵、噪音低;出料迅速、干凈;可混合干料、半干料、濕料或膠狀料。行星式強制混合機適應混合鎂質制品等泥料,主要型號有PZM-750、QHX-250。
          c)600L高速混合機:高速混合機由混合槽、旋轉葉片、傳動裝置、出料門以及冷卻、加熱裝置等部分組成。它是鞍山焦耐院在國家“八•五”攻關耐火裝備研制的成果之一。
          參與混合的各種原料及結合劑,由上部入料口投入。電動機通過皮帶輪、減速機帶動旋轉漿葉旋轉,在離心力的作用下,物料沿固定混合槽的錐壁上升,向混合機中心作拋物線運動,同時隨旋轉漿葉作水平回轉,處于立體旋流狀態,不同密度、不同種類的物料易于在短時間內混合均勻,混合比率比一般混合機高1倍以上,混合后的物料由混合槽的側面出料門排出。為適應某些物料混合溫度要求,由冷卻、加熱裝置對物料進行冷卻、加熱和保溫等調控,從而獲得高質量的混料。高速混合機不破碎泥料顆粒,混合均勻,混料效率高,能控制泥料溫度,特別適應混合含石墨的耐火泥料。該機已在生產高級含碳耐火材料制品的廠家得到推廣,混煉MgO-C磚泥料800kg/碾。近年來,混練1000kg/碾料~1200kg/碾料的高速混合機也投入使用。
          d)強力逆流混合機:強力逆流混合機是應用逆流相對運動原理,使物料反復分散、摻和的混合設備。它是鞍山焦耐院在20世紀80年代初自行研制的新型混合設備。
          在混合機的料盤中,偏心安裝攪拌星與高速轉子。料盤以低速順時針方向旋轉,連續不斷地將物料送入中速逆時針轉動的攪拌星的運動軌跡內,借助料盤旋轉及刮料板的作用,將物料翻轉送入高速逆時針旋轉的高速轉子運動軌跡內進行混料。在連續的、逆流相對運動的高強度混練過程中,物料能夠在很短的時間內混合均勻,通常在60s~120s內即可達到所需的混合程度。
          e)新型不定型混合設備:
          KJB系列高效快速攪拌機組
          鞍山焦耐院研制的該系列設備主要用于攪拌耐火澆注料,修砌高爐出鐵場鐵溝、擺動溜槽和鋼包整體澆注等場合,也適用于建筑等行業攪拌混凝土。每次攪拌混合時間僅為3min~5min,攪拌混合量每次0.5t~2t。完成一個攪拌周期,使用高壓水將攪拌機容器內部沖洗干凈。
          保護渣用HL1900高速混合機
              中冶焦耐設計的HL1900高速混合機是混合保護渣的專用設備。機內設有高、低速攪拌裝置,兩者旋轉方向相反,使物料強力逆流運動。高速攪拌裝置將物料攪拌翻滾、強力懸浮,可在短時間內使物料達到均勻混合的目的。與此同時,刮料裝置還能將黏附在混合機槽上部的物料刮落,參與物料混合。高、低速攪拌裝置均采用變頻調速工作,變頻范圍為15Hz~50Hz。一定條件下,該機也能起到造粒作用。
              3.稱量、配料及混練工序的自動操作
              適應物料從容積配料改為重量配料,普遍地采用自動配料車及電子秤量設施。繼混練泥料用的濕碾機改為螺旋機械出料后,又開發并采用了強制逆流混練機、高速混合機等。為配料、稱量及混合過程的自動控制創造了條件,取得了提高質量、降低作業區含塵量,改善操作條件及提高勞動生產率的效果。
              4.成型設備等起了根本的變化
              解放初期,制品成型除了使用少量輕噸位摩擦壓磚機及回轉壓磚機外,大量的制品靠人工成型,因而勞動生產率低,成型工段的工人占全廠工人總數的30%~40%,職業病嚴重。建國后自行設計制造了壓力為160t、200t、300t不同沖程磨擦壓磚機,并試制了630t、1000t摩擦壓力機。近年來,成型壓機在大型化和實現稱料、加料、壓磚、出磚的半自動化與自動化取得巨大進展。
              摩擦壓磚機:近十幾年來,隨著“八•五”攻關項目的發展,摩擦壓磚機產品也有了較快的發展,系列產品750t、1000t、1600t復合式摩擦壓磚機的相繼誕生,使摩擦壓磚機系列更加完善,品種更加齊全。
              復合摩擦壓磚機既有液壓壓磚機在打擊過程中易于排除氣體的特點,又有摩擦壓磚機在成型過程中可產生高于公稱壓力兩倍打擊力的特征。它可實現雙面加壓,采用真空排氣裝置,設有自動測厚裝置,采用可編程序控制器進行控制,并具有故障顯示功能,實現了機、電、液一體化。近年來,電動螺旋壓力機受到耐火材料行業的強烈關注。該壓力機將開關磁阻調速電機的特點和螺旋壓力機的要求有機結合,實現了螺旋壓力機的數字化控制,做到打擊力控制準確、自動化程度高、高效節能、操作安全簡單。
              液壓壓磚機:液壓壓磚機是利用液壓壓制磚坯的成型設備。壓磚生產過程中,從泥料定量、填模到磚坯移送的全過程可以自動控制,能預選多種成型工藝,能連續、自動成型和自動監測磚坯質量。液壓壓磚機優點是操作安全、勞動強度低、生產效率高以及制品質量穩定。缺點是設備結構復雜,因而投資大,對操作及維護水平要求較高。目前應用于耐火材料行業國產液壓壓磚機,最大噸位為4000kN~25000kN,實際操作壓力為公稱壓力的85%。
             《我國耐火材料產業發展政策》(2006年)第二十二條,“進口技術和裝備政策”:鼓勵企業采用國產設備和技術,減少進口。對今后量大面廣的裝備,如大型壓磚機等要組織實施本地化生產。目前應用于耐火材料行業國產液壓壓磚機,最大噸位為福建海源自動化機械設備有限公司的2100t、2500t液壓全自動壓磚機,海源大噸位液壓機已批量供應耐火廠壓制鎂碳磚和堿性磚等。
              5.專用工藝生產裝備
              連鑄三大件成套設備
              連鑄“三大件”產品(塞棒、長水口及浸入式水口等)的專用設備成套包括:對輥碾壓機組和石墨分級機、HL系列混練造粒機、流態化干燥機、等靜壓機和填充振打機等。該成套設備為國家“八•五”攻關耐火裝備研究的重點課題,對我國連鑄“三大件”產品的生產發揮了重大作用。
              等靜壓機:等靜壓是指在各個方向上對密閉的物料同時施加相等的壓力,使其成型。等靜壓一般分為冷等靜壓和熱等靜壓,目前已有較多耐火材料生產廠應用冷等靜壓,熱等靜壓在一些研究單位有應用。冷等靜壓是在常溫下實現等靜壓制的技術,通常采用油和乳化液作為傳遞壓力的介質,以橡膠或塑料作為包套模具材料。冷等靜壓主要用于粉狀物料的成型。耐火行業中,總尺寸大、細長比大、形狀復雜、難于成型的制品,選用冷等靜壓技術壓制,例如:長水口、浸入式水口、出鋼口磚、整體塞棒等。常用的濕袋式冷等靜壓機的壓力缸內徑在Φ100mm~1250mm,有效高度320mm~3000mm,額定工作壓力≤600MPa,介質為油或乳化液。
              高壓壓球機:壓球方法曾經歷過濕法壓球、半干法壓球和干法壓球等幾種工藝方式。目前中檔鎂砂采用了半干法壓制大球工藝,而優質鎂砂則采用干法高壓壓制小球工藝。就被壓物料溫度而言,又分常溫壓球和熱壓球(最高溫度可達600℃~700℃)兩種。一般,生產海水鎂砂時,其中間產品輕燒氧化鎂結晶很細,如果在輕燒氧化鎂出爐時(400℃~500℃)直接熱壓,可以比冷卻后干壓提高體積密度0.1g/cm3~0.2g/cm3,因此普遍采用高溫高壓制球工藝。
              高壓壓球機多應用于難以成型且粒度較細的物料干壓成球。高壓壓球機新開機時成球率很低,在經過一段時間篩下料返回和新料混合使用后,即可保持穩定的成球率,一般成球率可達到40%~60%。近年來,高壓壓球機向大型化發展。
              真空油浸裝置:耐火制品采用真空油浸工藝后,可增加制品含碳量,提高使用性能。需要真空油浸的耐火制品有白云石質磚、部分鎂磚及滑板磚等。新型真空油浸裝置有以下特點:①真空油浸裝置采用了耐火制品預熱、高真空度和高壓加壓等技術增加耐火制品吸入瀝青數量,從而有效提高其固定碳含量;②采用了焚燒工藝解決瀝青煙的污染問題;③其操作采用了繼電器聯鎖控制或可編程序控制,自動化水平較高。因此真空油浸裝置具有工藝先進、操作安全、制品浸漬效果好、生產效率高、產品質量優良、對環境污染小等優點。新型真空油浸裝置已達到國外同類技術水平,已逐步取代早期落后的油浸工藝設備,此項技術也適用于碳素行業、鐵路枕木的防腐處理等行業。真空油浸裝置按其主要設備浸漬罐的形式不同,分為立式和臥式兩種。立式裝置由于操作簡單,占地小而被廣泛采用。

          推動我國耐火材料工業生產裝備技術進步的建議

          我國耐火材料工業歷經60余年的建設與發展,基本上滿足了國內鋼鐵、建材、有色金屬等高溫工業不同時期的要求,我國耐火材料產量約占世界總量的40%,現已成為世界耐火材料生產和出口大國,正向強國目標邁進。行業涌現了一大批大型企業集團,如遼寧青花、后英、河南濮耐等等,其主要生產裝備都已接近或達到國際先進水平。但我國耐火材料生產廠集中度差,企業裝備參差不齊,先進與落后裝備并存,行業總體裝備水平與發達國家行業相比還存在相當大差距?;仡櫄v史,“精料”與“裝備(含爐窯)”是耐火材料發展的基礎,發展循環經濟、實現結構優化、節能減排都離不開耐火材料生產裝備的技術進步。展望“十二•五”,耐火材料生產裝備技術發展仍然任重道遠,建議今后工作從以下幾方面入手:
              1.耐火材料先進生產裝備推廣應用
              我國耐火材料生產裝備技術歷經幾代人的不懈努力,發展至今碩果累累。新建廠、舊有生產線改造均不斷應用新的生產裝備。然而,由于我國是世界上公認的耐火材料生產大國,舊有耐火材料廠占有很大比例,舊有生產裝備已普遍落后,甚至部分裝備面臨淘汰。要想成為耐火材料生產強國,需要盡快地應用新生產裝備技術。這需要耐火界有識之士高度重視裝備的更新與開發,應對已開發的新裝備不斷完善,形成系列化,定期制定發布行業裝備技術目錄,推廣新設備,淘汰舊設備。
              2.根據耐火材料生產需要不斷創新發展
              破粉碎設備
              破粉碎設備普遍存在著效率低、振動噪音大、耐磨材料差等問題。提高設備制造精度和質量,研究具有高耐磨性能的材料,采取行之有效的方法減震和降低噪音是解決這些問題的出路。
              混合設備
          a)混合設備發展趨勢之一是在生產上將其與自動稱量和自動加、出料組成單元,使其自動化。
          b)混合設備的系列化、多功能化。大、中、小型混合設計系列化在有些型式混合設備中還未形成。一些混合設備尚不具備多功能要求,如加熱、冷卻、加壓、減壓,水和其他結合劑的添加等功能。
          c)為了適應耐火材料新產品生產要求,應向國際先進水平看齊,不斷地研制適應新產品生產要求的專機,如不定形的噴補設備。
          成型設備
              國產摩擦壓磚機近年來發展很快,已基本上滿足了國內耐火材料生產的需要。復合式摩擦壓磚機是摩擦壓磚機升級的方向,其雙面加壓、真空脫氣、自動檢測、機外出磚和從加料到出磚的全自動化,在可靠性、穩定性方面還需要進一步完善;研制推廣國產大噸位液壓壓磚機和電動程控螺旋壓力機是成型設備的主要課題之一;如何提高等靜壓機壓制產品產量是關鍵問題;開發研制薄板坯連鑄用新一代浸入式水口的專用生產裝備是目前急需解決的問題之一。
              3.節能與清潔生產并重的系統技術研發
              建議補充完善“耐火材料工業爐窯熱平衡測定計算方法統一規定”;組織科研力量,制定燒成各種耐火原料和制品的“有效熱”;通過調研與實際標定,制定耐火材料工業爐窯“熱效率”強制性標準,從而推動節能工作的進步;確定各個生產環節節能細則,系統研究耐火材料爐窯設計、生產過程節能技術,制定大型企業能耗指標;制定耐火材料企業塵毒排放與爐窯煙塵排放新標準,增加CO2、SO2、NOX排放標準。
              企業污染物(爐窯大氣污染物、污水、廠界環境噪音等)應全部穩定達到國家或地方污染物排放標準的要求。產品生產企業生產作業環境勞動安全與衛生應達到國家或地方的標準要求。
              4.提升耐火材料燒結、電熔、氮化三大關鍵技術
              新型菱鎂石輕燒窯
              用于輕氧化鎂的反射爐已有70~80年歷史,但只能焙燒塊礦,產品質量差,能耗高,勞動條件不好,急需開發新型菱鎂石輕燒窯。新型菱鎂石輕燒窯應考慮排放高濃度CO2煙氣,為經濟回收CO2創造條件。塊裝菱鎂石輕燒窯可借鑒煅燒冶金石灰的經驗,推薦設計新型豎窯和帶豎式預熱器的回轉窯,同時可考慮出窯料的熱選去硅;細粒狀菱鎂石輕燒窯可借鑒開發5級旋風預熱懸浮爐,提高固氣化及熱效率。
              重燒鎂砂豎窯
              重燒鎂砂采用二、三級菱鎂礦原礦石,用固體燃料豎窯生產,產品價位較低。重燒鎂砂豎窯多采用人工加出料,勞動條件差、煙塵污染治理難度大,有待徹底治理。
              電熔爐工藝改造與創新
              三相電弧爐以“熔塊法”生產電熔剛玉和電熔鎂砂,其投資少,建設快,近年來在我國發展很迅速,成為行業耗能大戶,僅遼南、河南每年就燃耗250萬噸標煤,而且產品質量不穩定,污染嚴重。因此,電熔爐生產工藝改造勢在必行,可在遼南、潔南等地選擇改造現有三相電熔爐試點,并進行大型化直流或變頻電弧爐攻關,樹立樣板推廣。
              氮化技術
              當前正在大力開發氮化物或氧氮化物復合耐火材料,其中氮化工藝和氮化爐是關鍵技術,重點解決:①由磚坯氮化的含氮制品,需要解決氮化深度超過100mm的氮化工藝和和氮化爐;②應用閃爍燃燒技術合成AlN、Si3N4、MgAlON與SiAlON等高級氮化物或氧氮化物耐火材料原料,需要開發合成工藝和新型閃爍燃燒爐。
              5.燃料結構合理化
              燃料燃燒后的產物應不污染產品,或者污染程度在產品質量允許范圍內。因此,煅燒精料和燒成優質制品時,必須堅持采用低灰分液體燃料或高熱值氣體燃料。
              由于我國單位國民生產總值占用燃料過高,造成燃料資源緊缺;相對而言,煤多、燃油少,高爐、焦爐和轉爐等回收煤氣緊缺。近年來,天然氣、煤層氣等清潔燃料可以供給耐火企業,應予推廣保證供應。從我國實際情況出發,開展的重點工作有:①開發高效煤粉制備設備,應用無煙煤粉作為回轉窯燃料;②綜合利用煤炭資源,采用二段煤氣爐制氣作為耐火爐窯的燃料;③開發兼顧使用氣體燃料和固體燃料,高熱值燃料和低熱值燃料以及富氧的二用或三用燒嘴技術。
              6.推動耐火爐窯采用富氧助燃技術
              采用空氣助燃時,大量熱能被空氣中的氮氣帶走,幾乎占全部熱量的30%以上,致使熱利用率低,高溫煅燒困難且不穩定。當燃燒溫度>1300℃,產生的NOx量隨溫度呈指數級增加。在高溫、超高溫條件下,煙氣中含NOx量高,增加了治理難度。富氧空氣中的O2含量一般為22%~30%。目前,我國小型制氧技術進步較大,采用富氧助燃在經濟上已可行,因此,推廣耐火爐窯采用富氧助燃技術,條件已經成熟。
              7.提高爐窯自動化控制水平
              我國耐火材料工業爐窯總體自動化控制水平較低,有相當部分爐窯對操作人員的依賴性很大,直接關系到爐窯的消耗和成品率,因此很有必要逐步提高控制水平。
              爐窯自動化控制的關鍵在于解決好一次測溫儀表,其次是數據的傳輸與智能化控制。對爐窯的溫度、壓力等參數進行監控,對操作趨勢進行預測調節,實現爐窯數字化操作,從而達到提高成品率、降低能源消耗,增收節支的目的。爐窯的智能控制是現代爐窯發展的方向,有條件的企業可對現代耐火材料爐窯全過程設計生產開發仿真軟件。

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