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com/doc/b640086476f75c93fe0280582013冶金新技术绪论-冶金新技术的内容:包括有色金属、钢铁冶金的火法冶金的新工艺与新设备.
氧化铝生产新技术.
铝电解生产新技术.
燃烧新技术-蓄热燃烧技术.
设备维修新技术.
电磁冶金新技术.
富氧与冶金富氧反应.
稀贵金属冶金新技术.

冶金新技术1概述火法冶金新技术冶金新技术湿法冶金新技术重有色金属冶金新技术轻有色金属冶金新技术冶金新技术稀贵金属冶金新技术钢铁冶金新技术[此处图片未下载成功]一、近代冶金工业发展情况二、进入新世纪后我国冶金生产技术的发展态势三、矿源可保证程度四、现代冶金新技术的特点火法湿法[此处图片未下载成功]1.
1近代冶金工业发展情况1830年瓦特(英国)发明蒸汽机,标志着工业革命的到来.
1860年瓦特蒸汽机比当时蒸汽机的工效提高5倍,燃料节约75%.
酸性转炉碱性转炉~1865年平炉炼钢1879年工业革命,要求钢铁大发展;工业革命,推进钢铁大发展.
产业革命是生产体系组织结构及经济结构的飞跃变化,以工业化带动经济发展(农业工业),改变世界.
[此处图片未下载成功]第一阶段1864~1950年平炉炼钢为主阶段1860酸性转炉1864~1865平炉炼钢碱性转炉转炉炉容小,炉底寿命短,钢水含氮高,喷溅、污染,废钢比低,当时平炉相对转炉是优点,得到迅速发展.
50年代平炉钢80%,碱性转炉钢10%,电炉钢10%.
成为主导炼钢工艺.
世界钢产量1900年3104万吨1950年2亿吨美国世界第一产钢大国1890年,435万吨,No.
1(超过英国)1920年,4280万吨,占全球总产量59%1945年,7230万吨,占世界总产量61%1953年,10125万吨,第一个超过亿吨的国家[此处图片未下载成功]第二阶段(1951~1975年)钢铁大发展时期连铸工艺的确立50年代步入工业化,60年代弧形连铸机引发一场革命,两次能源危机推动全连铸发展(76年,新日铁大分厂实现全厂全连铸)大型高http://www.
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com/doc/b640086476f75c93fe028058炉BOFC.
C→钢铁大发展的基础1950年,全球产粗钢~2亿吨/年1975年,全球产粗钢~7亿吨/年出现:淘汰平炉(60年代中期氧气转炉迅速普及)淘汰模铸;淘汰多火成材的横列式轧机[此处图片未下载成功]第三阶段(1975年~)钢铁总量需求达到成熟期,开始全面结构调整时期钢铁总需求量达到成熟期,年均增速在1%左右后工业化国家钢材需求逐步下降,新兴工业国(德、日及战后的亚洲小龙)完成了从吨位扩张到结构优化的转移.
一些发展中国家(以中国为代表)则加速吨位扩张.
这一时期发展,不再是单个工艺革命,而带有系统和综合的特点:1、电炉短流程的兴起2、适应成熟型市场的发展,高质量板带钢(洁净钢、高强度钢、高性能微合金钢)得到优先重视.
、一批冶金前沿技术的工业化(非焦炼铁;薄板坯连铸连轧;板带轧制和涂镀层表面技术的一体化发展;过程控制和MIS、CIMS发展)钢铁工业正在走向更低成本化、更高生产率、劳动条件明显优化.
4、开始认识并实践可持续发展战略(环境与资源两大重点)[此处图片未下载成功]开始认识并实践可持续发展战略资源战略资源基础建设综合资源利用焦煤替代废钢收集、处理、分离资源的国际化战略再生资源的合理应用环保和节能节能降耗空气净化循环利用环境管理环境研究环境经济保证和评估[此处图片未下载成功]中国钢铁发展目标:从钢铁大国转变为钢铁强国.
发展新一代钢铁制造流程;生产新一代钢铁材料(产品).
制造技术:从降低能耗、环境保护清洁生产阶段向绿色制造方向发展.
钢铁材料:以超细晶、高洁净、均质化为特征,形成"强度翻番、使用寿命翻番"的新材料.
[此处图片未下载成功]最近发展的钢铁冶金的新技术炼铁:*第3代非高炉炼铁(日本),在一个环型式的炉子中把铁矿石还原成粒铁,而后将其与炉渣分离.
**澳斯麦特熔态还原(澳大利http://www.
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com/doc/b640086476f75c93fe028058亚),在澳斯麦特炉子中,用低质煤还原铁矿石.
已经有商业生产.
***HYL工艺[此处图片未下载成功]从清洁生产走向绿色制造近几年来,冶金环保逐步在清洁生产的道路上取得成绩节能降耗取得进展中国大中型钢铁企业吨钢可比能耗与世界主要产钢国的比较2002年我国有22个企业吨钢可比能耗低于700kg/t(多数为棒材厂)年我国有28个企业吨钢可比能耗低于700kg/t2004年我国有22个企业吨钢可比能耗低于700kg/t[此处图片未下载成功]HYL直接还原(原则)工艺重整天然气:CXHYO2=H2COCO2H2O[此处图片未下载成功]关注:面向21世纪的高效环保特级焦炉"SCOPE-21"(SuperCokeOvenforProductivityandEnvironmentEnhancementtowardthe21thCentury)[此处图片未下载成功]炼钢的发展1.
电炉新炉型(可处理铁水的氧气顶吹复合电炉炉型).
氧气-天然气喷枪在电炉上的应用及其电炉炉料在炉顶上的预热3.
测量与控制技术.
电炉烟尘的处理(等离子熔炼)[此处图片未下载成功]炼铁和炼铁合金属于还原熔炼有色金属的熔炼属于氧化熔炼精矿氧化熔炼闪速(炉)熔炼熔池熔炼炉渣(2FeO.
SiO2)锍(冰铜,MeS)[此处图片未下载成功]世界性研究课题取消热风,实行常温送风直接冶炼复杂铜精矿冶炼的烟气制酸炉衬保护技术解决炉料连续测定、实现高在线率计算机在线控制闪速吹炼[此处图片未下载成功]矿源可保证分析50英国40302010008001600GDP240032004000日本中国我国矿产源可保证程度分析表明:http://www.
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com/doc/b640086476f75c93fe028058,kg/p我国铁矿资源按2002年生产来计,可保持18年;2我国26种矿源可保证程度按2002年生产来计,可保持15~20年.
[此处图片未下载成功]氧化铝产品结构和保证度我国非冶金用氧化铝产品是世界170多种之40种;非冶金用氧化铝产品占氧化铝总产量的4%;冶金用氧化铝产品以混合状氧化铝为主;砂状和粉状冶金用氧化铝产品仅能满足国内需求的50%;非冶金用铝产品仅能满足国内需求的40%;氧化铝的二次资源利用率低.
[此处图片未下载成功]中国的发展必须走"穿越式"道路发展方针:开源与节流并重;充分利用国内和国外两种资源;高效、合理利用资源;充分利用二次资源,发展循环经济;以人为本,注重环保[此处图片未下载成功]冶金技术发展的推动力:低成本的剧烈竞争;环境保护要求日愈增高—从来自政府和民众的压力逐渐转变为对人类生存条件的自觉认识—清洁化.
火法冶金新技术和新设备的特点:高效,强化,节能,清洁.
火法冶金新技术和新设备的主要方面:工艺流程简化,设备大型化,使用富氧或氧气,强化传热和传质—采用喷射冶金,废热和炉气处理工艺与设备的完善,新(高温、抗蚀)材料的应用,数学模型与计算机控制的进步.
结果——产品具有竞争力,符合环境保护的要求.
[此处图片未下载成功](2)现代冶金的特点:充分利用矿石自身所含的能量;把多个传统冶金过程缩合为一个过程;设备高度自动化;强化反应过程,提高设备生产力;为达到特定的冶金过程,采用特殊手段.
[此处图片未下载成功]火法冶金的新技术高温结晶:金属分步结晶:Pb-Sn结晶机分离区域熔炼:高纯金属提取的主要手段真空冶金:Pb-Sn真空分离锌矿提取铟电磁冶金:金属液体净化;结晶特性改变融盐电解:活泼金属;http://www.
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com/doc/b640086476f75c93fe028058金属提纯金属热还原熔炼:亲氧金属流态化技术:颗粒料与气体反应;微波冶金:无水硫酸铜;[此处图片未下载成功]有色金属火法冶金的新工艺与新设备铜熔炼:奥托昆普闪速熔炼与吹炼三菱法熔炼特尼恩特熔炼旋涡熔炼水口山熔炼顶吹底部搅拌转炉熔炼铅熔炼:QSL法诺兰达法澳斯麦特/艾萨熔炼瓦纽柯夫炉白银法氧气顶吹旋转炉[此处图片未下载成功]有色金属湿法冶金的新技术与新设备高压技术:浸出改性室温离子液体技术:对活泼金属的冶炼,是一个可能取代融盐电解的技术微生物提取冶金技术:是一个已经应用于Cu提取的技术萃取、离子交换与液膜技术:是一个已经应用于有色金属提取的技术富氧制取技术:小型制氧技术-变压吸附原位浸出技术:是一个已经应用于Cu提取的技术[此处图片未下载成功]1氧化铝生产新技术学习目的与要求:了解氧化铝生产的历史、现状和特点;掌握氧化铝生产的新技术;了解氧化铝生产的发展总趋势和我国发展政策.
[此处图片未下载成功]1.
1概述轻金属的发展:在有色金属之中,轻金属是一个发展较晚,但是发展较快的金属.
十八世纪末开始研发,到十九世纪初才分离出单独的金属,二十世纪才开始工业生产.
然而产量在1956年就已经超过了铜,跃居有色金属之首,成为产量仅次于钢铁的金属.
[此处图片未下载成功](1)简史我国第一个铝厂——山东铝厂.
建成时间:1954年;生产方式:烧结法;生产产能:50万吨/年产氧化铝随后又建成了郑卅铝厂(80万吨/年);贵卅铝厂(40万吨/年);山西铝厂(200万吨/年);中卅铝厂(80万吨/年);平果铝厂(80万吨/年)等.
[此处图片未下载成功](2)取得的成就根据我国高硅一水硬铝石型铝土矿资源的特点,成功地掌握和发展http://www.
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com/doc/b640086476f75c93fe028058了碱石灰烧结法和混联法的生产工艺;独创了碱石灰烧结法熟料低分子比和二段磨细溶出工艺,大大降低了溶出过程中氧化铝和碱的二次反应损失;综合回收铝土矿中的有价金"镓"、"钒"(五氧化二钒).
同时在利用烧结法产出的赤泥生产水泥方面也取得了创造性的成就.
[此处图片未下载成功](3)产量2005年世界氧化铝产量为6466万吨,平均以6.
8%递增.
年我国氧化铝产量为1370万吨,连续五年居世界第二.
平均每年新增3000~3500万吨,"十一五"期间,我国氧化铝产能将达到2800万吨/年.
我国最大的氧化铝厂家是中国铝业,其氧化铝产能2008年达到1250万吨/年.
[此处图片未下载成功](4)市场据中国有色金属协会副会长王恭敏分析:我国氧化铝产能低于氧化铝需求,每年需要进口600~800万吨.
我国氧化铝市场:万吨/年氧化铝产量进口量价格,$/t20104502850250035027002716200230028671502700[此处图片未下载成功](5)生产方法拜耳法——直接加热高压溶出,间接加热高压溶出;碱石灰烧结法;联合法——串联法、并联法和混联法;高温水化学法.
[此处图片未下载成功](6)氧化铝生产的关键技术拜耳法的核心之一是溶出过程溶出反应的动力学方程:1-(1-η)1/3=K(τ/γ)影响因素:αk,A/S,苛性钠的浓度,温度,停留时间,矿石粒度.
其中温度尤其重要.
拜耳法的核心之二是晶种分解——能否得到合格的氧化铝(砂状氧化铝)[此处图片未下载成功](7)氧化铝的生产特点:工艺过程不断强化和完善;连继化和自动化水平不断提高工厂向大型化发http://www.
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com/doc/b640086476f75c93fe028058展工厂靠近原料基地铝土矿质量综合利用与环境保护工厂靠近原料基地:a、可以大大降低运输费用;b、降低生产成本;c、有利于综合利用资源.
[此处图片未下载成功]2、拜尔法生产的基本工序组成拜尔法生产的基本工序有原矿浆的制备、高压溶出、压煮矿浆的稀释以及赤泥分离和洗涤、晶种分解、AH的分离和洗涤、AH焙烧和母液蒸发等主要生产工序原矿浆的制备首先将铝土矿破碎到符合要求的颗粒(如果处理一水硬铝石型矿石要加少量的石灰)与含有游离的NAOH的循环母液按一定的比例配合一道进入湿磨内进行细磨,制取合格的原矿浆,并在矿浆槽内储存和预热.
高压溶出原矿浆经过预热后进入压煮器组(或者管道化溶出器)在高压下溶出,其中的氧化铝溶解成铝酸钠进入溶液,而氧化铁和氧化钛以及大部分SiO2等杂质进入固体残渣也就是赤泥中.
溶出所得的矿浆称为压煮矿浆,经过自蒸发器减压降温后进入缓冲槽.
压煮矿浆的稀释以及赤泥分离和洗涤压煮矿浆含有氧化铝浓度高,为了便于赤泥沉降分离和下一步的晶种分解,首先加入赤泥洗液将压煮矿浆进行稀释(称为赤泥浆液),然后利用沉将槽进行赤泥与铝酸钠溶液的分离,分离后的赤泥经过几次洗涤后回收所含的附碱,最后至赤泥堆场.
赤泥洗液用来溶出下一批矿浆.
晶种分解分离赤泥后铝酸钠溶液(生产上称为粗液),经过进一步净化过滤后制得精液,经过热交换器冷却到一定的温度,在添加晶种、增加搅拌、降低温度的条件下,分解结晶析出AH.
[此处图片未下载成功]AH的分离和洗涤分解所得的AH浆液送去进行沉降分离,并且按AH的颗粒大小进行分级,细粒子做晶种,粗粒子经过洗涤后送焙烧制得AO,分离AH后的种分母液和AH洗液,(统称为母液),经过热交换器预热后,送去蒸发.
AH的焙烧AH含有部分附着水和结晶水,在回转窑(或者沸腾炉)内进行高温焙烧、脱水、并进行一系列的晶型转变,制得含有一定量的Υ—AO和α—AO的产品AO.
母液蒸发(苏打苛化)预热后的母液经过蒸发器浓缩后得到符合浓度要求的循环母液,补加NaOHhttp://www.
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com/doc/b640086476f75c93fe028058后又返回湿磨,准备溶出下一批矿石.
在母液蒸发过程中含有一部分Na2CO3·2O,为了回收这一部H分碱,将Na2CO3·2O与水溶解后加石灰进行苛化,使之变H成NaOH用来溶出下一批铝土矿.
[此处图片未下载成功]1.
2氧化铝工业总的发展方向1)充分利用现代科学技术成就,广泛研究和采用新工艺、新技术、新设备,以强化生产、降低消耗(特别是能耗),提高产品质量增加品种.
2)综合利用资源,减少或消除对环境的污染;3)提高生产过程的连续化、自动化水平,在利用电子计算机技术的基础上实现全流程的集中自动控制.
[此处图片未下载成功](1)工艺过程不断强化和完善a、采用了管道溶出器代替高压溶出器进行铝土矿的溶出;b、采用流态化煅烧炉代替回转窑进到氧化铝的煅烧;c、采用高效的降膜蒸发器和闪速蒸发器代替传统的蒸发器,对母液进行蒸发.
[此处图片未下载成功](2)连续化和自动化水平不断提高、采用电子计算计控制高压溶出、赤泥沉降、晶种分解、氢氧化铝煅烧等;b、辅助工序自动控制的研究、各种物料的自动分析等.
(3)工厂向大型化发展a、劳动生产率提高;b、单位产品投资降低;c、单位产品成本降低.
[此处图片未下载成功]1.
3氧化铝工业发展的政策1)鉴于我国能源、铝资源状况,结合国家对"两高一资"行业的总方针,我国氧化铝工业的定位是以满足国内需求为主,抑制初级产品出口.
2)推动企业联合,优化资源配置,抑制重复建设,形成具有竞争力的企业,实现规模化、节约化经营和国际贸易.
)大力节能、减少或消除污染物排放.
3)大力支持循环经济,要求2010年再生铝达到总消耗的25%,并提高利用率.
[此处图片未下载成功]1.
4氧化铝生产的新技术强化烧结法分解母液蒸发新技术深锥高效沉降槽脱水选矿拜耳法石灰拜耳法http://www.
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com/doc/b640086476f75c93fe028058矿石中有价元素的综合铝酸钠溶液的立式过滤氢氧化铝的悬浮焙烧强化溶出技术回收管道化溶出单管预热-高压溶出管道-停留罐溶出GaSc[此处图片未下载成功]强化烧结法普通烧结法:工艺过程及条件主要控制七个工序,六个比,使烧结后物料为酥松、可磨,溶出率高.
六个比:碱比;钙比;铝硅比;铁铝比;生料浆液固比;溶出液固比七个工序:生料浆制备;烧结;溶出后矿浆稀释及液固分离;脱硅;精液碳酸化分解;氢氧化铝洗涤与煅烧;分解母液蒸发浓缩强化烧结法:调整七个工序,六个比,使烧结法适应的物料更广,溶出率更高,能耗更低.
强化烧结的意义:强化生产,节约能源,扩大原料[此处图片未下载成功]分解母液蒸发新技术分解母液蒸发与结晶目的是使溶液体积平衡,排除苛性溶液中的盐份.
方法:离子交换膜技术,蒸发技术.
发展方向:总体向蒸发新技术发展.
多级逆流;强制蒸发;热泵提高效能;注重换热,废蒸汽压缩再利用蒸发工艺:并流蒸发;逆流蒸发;错流蒸发;平流蒸发新技术:降膜蒸发闪速蒸发热泵技术[此处图片未下载成功]氢氧化铝的悬浮焙烧焙烧的种类:回转窑、旋风热交换组的回转窑、循环流态化煅烧炉、沸腾闪速煅烧炉和悬浮焙烧炉悬浮焙烧的原理:固体气力悬浮热交换焙烧,旋风固气分离,挡风板隔离分级悬浮焙烧的特点:高效、快速、节能,产品质量稳定悬浮焙烧的意义:强化生产;减少氧化铝颗粒破碎[此处图片未下载成功]矿石中有价元素的综合回收综合回收的种类:贵金属和稀有金属通常赤泥中稀贵金属含量为:铼1400g/t,钪137g/t,银74~100g/t.
综合回收的原理:非氰化物提取贵金属;反复"吸附-解吸"富http://www.
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com/doc/b640086476f75c93fe028058集稀有金属.
综合回收的特点:稀有金属分离效果好,获得高纯的稀有金属化合物,废水少综合回收的意义:提高矿产资源的综合利用率.
[此处图片未下载成功]1.
5铝电解新技术铝电解基础介绍铝电解新技术铝电解发展方向[此处图片未下载成功]铝电解(1)铝电解工艺:(2)铝电解分类:自焙电解槽:上插式和侧插式干法净化←烟气←电解→残极↓载氟氧化铝↓↓铝液↓净化铝电解反应:阴极主反应:Al3配离子3e=Al阳极主反应:2O2-配离子C4e=CO2↓铸造↓铝锭氧化铝直流电冰晶石氟化盐炭素预焙电解槽:连续式和不连续式[此处图片未下载成功]186KA电解槽系列:电解一厂年产10万t电解铝,采用的是186KA预焙阳极电解槽,该厂有2座厂房,每座厂房有101台槽子从南到北单排横向排列.
槽子的烟道端配有一台槽控机,厂房有2组供配料系统.
干法净化烟气.
(1)技术特点①大面四点进电②点式下料③计算机自适应系统④氧化铝超浓相输送(火车到料仓用浓相输送)⑤干法净化烟气⑥四低一高:低氧化铝浓度、低电解温度、低分子比、低效应系数、高极距.
[此处图片未下载成功](2)主要技术经济指标电流效率:95.
5~96%槽电压:4.
10~4.
20V电解温度:940~950℃电解质水平:16~18cm电流强度:186KA效应系数:〈0.
3铝水平:〉25cm阳极周期:30天槽寿命:2000天电流密度:0.
7吨铝消耗:氧化铝:1930Kg分子比:2.
3~2.
4氟化铝:20Kg电耗:13400阳极碳块:500Kg(净耗370Kg)[此处图片未下载成功]电解槽母线:采用大面四点进电方式,四根立柱母线的电流强度比为:4http://www.
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com/doc/b640086476f75c93fe028058:5:5:4阳极碳块组:包括阳极导杆、钢爪和碳块三部分.
有28块阳极,阳极规格为:1500×660×540mm阴极装置:侧壁砌一层碳块和一层耐火砖,槽底铺一层阴极碳块,一层碳素垫,二层耐火砖,一层氧化铝分粉和三层保温砖.
[此处图片未下载成功]电解槽的焙烧启动⑴焙烧预热焙烧目的:①预热阴极,阴极炭块间边缝和槽周边的扎糊进行烧结焦化,形成密实的碳素槽堂.
②烘干电解槽内衬,通过一定时间的缓慢加热排除槽体内耐火材料、保温材料等砌体的水分.
预热焙烧的方法:铝热预热法、焦粒焙烧法、石墨粉焙烧法、热料预热法.
云铝采用的是焦粒焙烧法.
[此处图片未下载成功]⑵启动启动的任务是在槽内熔化足够的电解质,启动的方法有两种,即干法启动与湿法启动.
云铝采用的是干法启动.
干法启动是利用电解槽阴、阳极之间产生的电弧将冰晶石熔化成液体电解质,其做法是不断提升阳极,使之部分脱离铝液镜面产生电弧来熔化电解质.
当液体电解质埋住阳极后电流逐渐稳定,再保持一定时间的高电压直到有足够液体电解质为止.
当温度达到要求时就加入氧化铝,启动即告结束.
[此处图片未下载成功]阳极效应外观特征:阳极周围发生明亮的小火花,并带有特别的劈啪声,阳极与电解质界面上的气泡不再大量析出,电解质停止沸腾槽电压上升到30~50V.
发生效应的原因:阳极底掌与电解质之间被一层气膜隔开致使阳极效应到来而气膜的形成则有几中说法.
一是当电解质中氧化铝浓度降低到一定程度后电解质的上湿润能力不足以排挤气泡离开阳极表面最终形成气膜.
二是电解质中氧离子减少到一定程度后有氟析出,它与阳极相互作用生成碳的氟化物,碳的氟化物在分解时又析出细微的碳粒,这些碳粒附在阳极表面上,而电解质又不能很好的湿润阳极最终形成气膜.
三是当氧化铝浓度降低到一定程度后气泡由带正电变为带负电被阳极吸附最终形成气膜.
熄效应:一般采用效应棒,将效应棒插入槽中使电解质波动而且效应在燃烧过程中会产生大量CO2从而挤破气膜.
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com/doc/b640086476f75c93fe028058r[此处图片未下载成功]参数修改依据一:氧化铝浓度"U"型曲线正常情况下,控制氧化铝浓度在敏感区b区,此区内电阻对氧化铝浓度的变化敏感,电流效率高;若氧化铝浓度太低则易进入效应区a区,电耗增加…槽电阻R欠量加工过量加工过量加工2.
5%欠量加工.
5%O3%[此处图片未下载成功]铝电解的新技术氧化铝输送——浓相输送和超浓相输送;阳极制备——降低阳极过电位和长寿命;电解槽操作与管理的计算机控制;磁场的研究——多端供电使阴极铝液平稳;电磁冶金在低氧铝制取方面的应用;惰性阳极电解——金属陶瓷NiFe2O4,氧化物膜;氯化铝电解;惰性阴极技术——TiB2,导电氧化物膜[此处图片未下载成功]电解槽侧壁耐铝水材料——Si3N4,SiC;电解槽底部耐火防渗保温技术BF-Ⅱ;电解质改良——低温电解;铝电解槽焙烧启动技术;熔盐电解生产铝基合金——Al-Mg,Al-Li,Al-Sr,Al-Zr;铝电解的环境保护碳素生产电解质添加剂生产电解铝大型预焙阳极电解的基本原理大型预焙阳极电解的关键技术[此处图片未下载成功]21世纪怎样思考中国铝工业高产:提高单槽及系列槽的铝产量优产:提高原铝或铝合金的质量低耗:减少产品的电能消耗和物料消耗长寿:延长铝电解槽阴极内衬的使用寿命到3000天低污染:减少烟气的排放量,达到环保要求,综合利用废旧碳素阴极材料降低电解温度:正常970℃,如能降到900℃以下,电耗将降到12000kWh/tAl.
[此处图片未下载成功]3蓄热燃烧技术在冶http://www.
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com/doc/b640086476f75c93fe028058金中的应用朱云昆明理工大学2011.
9[此处图片未下载成功]3.
0冶金炉热能的合理利用冶金炉是优质燃料及电能的大量消耗者.
如生产一吨钢需消耗1.
87吨标准燃料,需消耗965度电.
生产一吨锌(火治法)需消耗2~3.
5吨标淮燃料.
要得到一吨的金属镍则需要50~55吨标准燃料.
钢铁生产成本中能耗占23%.
有色金属产品的成本中,热能消耗平均占10%左右,可见,在确定炉子供热方案和组织炉子供热的过程中,如何尽可能地提高热能的利用率,具有重大的国民经济意义.
[此处图片未下载成功]3.
0.
1炉子能源的合理选择确定冶金炉能源时,应从以下原则出发:(1)满足工艺过程技术上的要求:如温度水平,杂质含量,温度控制的精确程度等;(2)从能源生产、输送及使用各个过程出发,保证最高的热利用率(称为能量总利用率);(3)国家资源的综合利用;(4)减轻劳动强度,便于操作的机械化和自动化.
[此处图片未下载成功]混合煤气配用比计算.
配用比就是指配用燃料在混合煤气中所占的体积比例.
根据生产要求,首先确定混合煤气的发热量.
若以x代表配用比,则可由下式求得:式中:Q(1x)QQ配低高低混低——配用燃料在混合煤气中所占的体积;—x——高炉煤气在混合煤气中所占的体积;Q混——配用燃料的发热量;低Q高——高炉煤气的发热量;低混——混合煤气的发热量.
低[此处图片未下载成功](1)高炉燃料的选用为了保证高炉生产顺行,在矿石原料中必须配比一定量的固体燃料.
高炉生产高炉使用的固体燃料人工制造的冶金焦(一定的块度(25~125mm)和机械强度).
但焦炭的来源有限,故是贵重燃料.
目前在高炉风口处喷吹一些辅助燃料以降低焦比(kg/吨铁http://www.
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com/doc/b640086476f75c93fe028058),天然气、焦炉煤气、重油和粉煤都可做为喷吹燃料.
目前国内外多采用喷吹重油(臵换比为1:2)或粉煤(臵换比1:0.
8).
[此处图片未下载成功](2)熔炼冰铜的反射炉燃料反射炉所用燃料能在炉头处迅速燃烧,形成短火焰1)天然气是反射炉的理想燃料,但它受产地的限制2)重油由于它的发热量高,燃烧过程易于控制,燃烧设备简单,操作方便,它亦是反射炉的理想燃料.
3)粉煤目前仍是我国一些炼铜反射炉尚在采用的燃料.
[此处图片未下载成功]3.
0.
2节约燃料的途径0.
2.
1炉子热平衡所谓炉子的热平衡即指炉子的热量收入必等于其热量支出说明:(1)在编制热平衡时,必须划定热平衡的区域.
(2)同一热平衡中各项热量的单位必须是一致的.
(3)计算热量的起始温度,采用0℃(绝对温度273K)较为方便.
(4)物料平衡是热平衡的前提.
[此处图片未下载成功]a、炉膛热平衡把炉膛作为一个区域.
凡进入这个区域的热量都是炉膛的热收入,而离开的都是热支出(参看图5—1).
这样得到的热平衡,便是炉膛热平衡,它是炉子备区域热平衡中最主要的一环如果忽略物料在炉内的放热或吸热反应,通常火焰炉炉膛热平衡包括以下各项:[此处图片未下载成功]热收入:(1)物料入炉时带入的物理热;(2)燃料的燃烧热;(3)空气(煤气)的物理热.
热支出:(1)产品出炉时带走的物理热(2)炉膛废气带走的物理热;(3)炉膛废气中残余可燃体的化学热;(4)热损失;包括:I)通过炉膛的砌体散热;Ⅱ)冷却水带走热;Ⅲ)炉门等处潺气带走热;Ⅳ)炉门、窥孔等打开时向外辐射热.
[此处图片未下载成功]炉膛的热收入必等于热支出,所以Q料Q烧Q空=Q品Q废膛Q化Q失膛热收入这便是热平衡式.
热支出考虑Q效=Q品-Q料,并将http://www.
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com/doc/b640086476f75c93fe028058Q化并到项Q失膛中,或因微小而略去,上式可简化为Q烧Q空=Q品Q废膛Q失膛按上式概括地表达了炉膛热平衡的全貌.
炉膛的热收入包括两项:燃料的燃烧热、空气物理热.
热支出包括三项:有效热、炉膛废气带走的热,炉膛热损失.
[此处图片未下载成功]b、空气预热器的热平衡式C、热平衡图炉子的热平衡可以用图形表示出来(如图5—2).
[此处图片未下载成功]3.
0.
2.
2燃料的节约节约燃料的一些基本途径:即提高空气(及煤气)的预热温度,提高燃料的发热量,改善燃料和传热条件以减少废气带走的热量,减少炉子的热损失,确定合理的热负荷等.
A、余热回收炉尾废气带走的热量,一般占热平衡支出的40~50%,充分利用这部分热量有巨大的潜力.
首先应该用来预热空气或煤气(或炉料)将这部分热量回收到炉内,其次才生产蒸汽或其它用途.
近年来国外采用一种新技术,即利用低温的废气来加热一种低沸点的溶液.
如制冷机中用的氟利昂等液体,[此处图片未下载成功]B、减少冷却水带走的热量加热炉上的冷却部件,主要是炉底水管,冷却水带走的热量可达整个热平衡中的20%之多(和金属吸收的热量差不多,因此冷却水管必须采用保温材料包扎.
许多厂现已采用陶瓷纤维毡和可塑料耐火材料包扎冷却水管,收到了良好的效果.
C、减少炉体散热根据计算,炉墙若有良好绝热,比只用单层粘土砖时可节约80%的散失热量.
最近,国内外都推广一种陶瓷纤维的新材料,其用在间歇工作的炉子上,可以大大减轻炉体重量和炉体热损失.
此外,炉子砌体应当严密,炉门应尽量关闭,防止通过砖缝和各种孔、口的散热.
热风管道也应绝热,总之应当尽量减少炉体的各种散失热量.
[此处图片未下载成功]3.
1冶金加热炉概述冶金蓄热加热炉与其他行业的加热炉共同的地方,是有一个由耐火材料包围的燃烧室,在其底部或侧面设有燃烧器,不同之处是在炉内布置的是传热管,因而也叫蓄热炉.
利用燃料燃烧产生的热量将流经管内的工艺介质加热到所需的温度.
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com/doc/b640086476f75c93fe028058par[此处图片未下载成功]3.
1.
1冶金蓄热炉炉型冶金企业常用的炉型按其外形分有圆筒型和方型两种.
圆筒型蓄热炉适用于热负荷小于30MW的场合.
当热负荷大于30MW以上时则采用方型蓄热炉.
如果按传热的类型可分为纯辐射炉和对流-辐射型蓄热炉.
炉型的选择要根据工艺介质、操作条件和结构材料等因素来确定.
热负荷小于1MW时,采用纯辐射的圆筒炉;热负荷在1-30MW时,选用辐射-对流型的圆筒炉;蓄热加热炉的结构如图-1所示,由辐射室、对流室、炉管、空气预热器、烟囱、燃烧器和通风系统等多个部分组成.
[此处图片未下载成功]3.
1.
2冶金蓄热加热炉特点(1)被加热的物质是易燃、易爆的煤气,与一般的工炉相比,它的危险性更大.
(2)加热方式为直接受火式,燃烧的是气体或液体.
任何泄漏都可能造成爆炸或火灾.
(3)蓄热炉通常处在高温高压条件下运行,操作条件苛刻.
一般加热型的加热炉,炉管的壁温在400℃~650℃.
而加热反应型的加热炉,炉管壁温在850℃~1000℃.
操作压力范围较宽,低中压力在1~10MPa,而高压加氢加热炉高达18MPa~20MPa.
(4)长周期连续运转,不间断操作,操作周期一般在1年到3年,最长可达5年.
因而对加热炉的可靠性要求很高.
[此处图片未下载成功](5)在冶金投用的蓄热炉通常具有较高的热效率.
最近已达到85%-92%.
根据中国石化的行业标准要求,对于低硫燃料(含硫量<0.
1%)的加热炉的效率指标应符合表-1的规定.
表-1冶金蓄热炉热效率指标炉别一个蓄热炉的设计负荷/MW<11~2>2~375>3~680>6~1284>12~2488>24转化炉或裂解炉热效率/%[此处图片未下载成功]3.
1.
3蓄热炉的投资与能耗蓄热炉在冶金http://www.
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com/doc/b640086476f75c93fe028058工厂具有举足轻重的作用,蓄热炉的能耗很高.
蓄热炉的能量消耗在生产装置中约占80%-90%.
它的投资一般占15%左右,高的可达30%.
此外,由于加热炉在燃料燃烧时的噪声和烟气排放也对环境污染造成相当严重的影响.
这些因素都必须在加热炉设计时加以考虑.
[此处图片未下载成功]3.
2高温空气燃烧技术(HTAC)的特点高温空气燃烧(HTAC)是20世纪80年代末至90年代初开发出的新一代燃烧技术.
该技术通过两个技术手段来实现.
一是采用蓄热式烟气余热回收装置,将燃烧气体的温度预热到800℃以上,最大限度地回收高温烟气的显热,实现余热的极限回收.
二是控制燃烧区氧的浓度在15%2%以内,达到燃烧过程NOX的最低排放.
该技术的工业应用既能大幅度节能,又能减少污染物的排放量.
高温空气燃烧技术被称为21世纪最具发[此处图片未下载成功]3.
2.
1高温空气燃烧技术的背景高温空气燃烧技术起源于英国20世纪90年代日本NKK和工业炉公司在福山第一热轧车间3号炉上成功应用高温空气燃烧技术,开创了该技术大规模应用于冶金工业炉窑的新纪元.
上世纪90年代,我国开始研究开发和推广应用此项新技术.
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2.
2HTAC在国内发展概况近10年来在我国相继涌现出了多家从事高温贫氧空气燃烧技术开发与应用的科研专业公司.
北京神雾热能技术有限公司自1996年以来创新开发HTAC技术及产品,创造了多项中国第一.
多年来北京神雾热能技术有限公司始终不渝地致力于高温空气燃烧技术及产品的研究和应用,并将HTAC技术及产品应用于冶金、机械等行业.
截止2006年6月份,对国内外170多家企业的工炉窑和加热设备进行了设计制造和技术改造,应用效果良好,取得了很好的业绩.
[此处图片未下载成功]3.
2.
3蓄热燃烧技术原理蓄热式高温空气贫氧燃烧技术的工作原理如图2所示.
常温空气由鼓风机送入,在通过已蓄热的http://www.
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com/doc/b640086476f75c93fe028058燃烧器蓄热体时被迅速加热至高温,温度一般可高到仅比炉膛温度低100℃左右.
如此高温的空气喷入炉膛时将卷吸燃料气形成贫氧(2%-20%)的高温气流,燃料就在这种贫氧的气氛下燃烧,并将热量传递给被加热的工质.
与此同时,高温烟气从炉膛另一侧流出,将热量传递给蓄热体,降温后经换向阀、引风机、烟囱排入大气.
换向阀按一定的频率切换,使两侧的燃烧器在蓄热和放热的状态下交替工作.
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2.
4蓄热体高温空气燃烧技术是通过蓄热体来实现的.
蓄热体的材料可用金属或陶瓷.
目前较常用的是小球和蜂窝式两种陶瓷蓄热体.
陶瓷蜂窝体的孔格有六角形和方形两种.
蓄热体的传热性能、强度和抗热震稳定性与蓄热体材料、孔格的孔径、孔格的间壁厚度有密切关系.
小球型蓄热体的各项性能是其材料和小球直径的函数.
蜂窝式蓄热体的比面积较大,其范围在500m2/m3~1500m2/m3之间.
如孔格为3×3(mm×mm)间壁厚度0.
6mm,它的比表面积是904m2/m3,小球的比表积较低,如直径为20mm的小球的比表面积仅有189m2/m3.
[此处图片未下载成功]3.
2.
4蓄热式高温空气燃烧特点1)最大限度地回收热量2)通过组织贫氧燃烧,扩大了火焰的燃烧区域,火焰的边界几乎扩展到炉膛的边界.
3)通过组织贫氧燃烧,降低了烟气中的NOX的排放,NOX排放减少40%以上.
)炉内平均温度增加,加强了炉内传热,相同尺寸的加热炉可提高传热能力20%以上.
5)低热值的燃料借助于高温预热的空气可获得更高的燃烧温度,因而可采用更多的低热值燃料.
[此处图片未下载成功]3.
2.
5加热炉的结构配置将更加合理蓄热式加热炉的结构如图-3所示.
它由辐射室、加热管、燃料喷嘴、蓄热室、换向阀组、烟气和空气导管、引风机、烟囱等构成.
蓄热炉变成了传热强度很高的纯辐射型炉,取消了传热强度较低的对流室,可节省大量价格昂贵的炉管,取消了对流室和空气余热回收系统http://www.
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com/doc/b640086476f75c93fe028058,加热炉的结构变得简单和合理.
投资进一步降低,操作更加方便.
对于工艺要求仅需纯辐射的蓄热炉,如制氢转化炉、连续重整炉、加氢炉等,采用这种技术持别适宜,因为这些炉子的对流段大都用来发生蒸汽,而冶金厂本来并不缺少蒸汽.
[此处图片未下载成功]3.
2.
5加热炉的传热性能进一步得到改善沿炉管长度方向的传热性能可以改善在圆筒炉和立管立式炉内,当在底部安装燃烧器时,距离炉底2m~3m的范围内为火焰燃烧的高温区,这区段的温度很高.
这对特别容易结焦的加热炉来说是很大有威胁.
如高压加氢加热炉内是气-液两相流,一旦出现局部过热,炉管结焦,可能导致炉管被烧穿.
由于这一原因,国内外相同炉型的加热炉,曾多次发生严重结焦和烧坏炉管的事故.
蓄热燃烧有利于改善沿炉管长度方向传热的均匀性[此处图片未下载成功]炉管沿圆周方向的热强度可以提高在蓄热加热炉的辐射段设计中,由于受热不均,炉管的表面热强度都达不到理想的辐射热强度.
一般蓄热炉由于受热不均导致管材利用率不是很高.
如双面辐射的炉管的平均热强度只为最大热强度的的83.
8%,单面辐射仅有56.
2%.
而高温空气燃烧可以实现无焰燃烧,整个炉膛温度非常均匀,如果布置得当,热强度因此其平均热强度可以提高,甚至接近最高热强度.
沿炉管周向和纵向的均匀性可以大提高,甚至接近于1.
这是现有蓄热炉不可能实现的,从而可以使炉管的数量(传热面积)减到最小.
[此处图片未下载成功]3.
3提高热效率,降低能耗蓄热加热炉的热效率可用下式表示:η=1-q1-q2-q3-q4式中η-加热炉的热效率,%q1、q2、q3、q4分别为排烟损失、化学不完全燃烧损失、机械不完全燃烧损失、炉墙散热损失,%高温蓄热燃烧可以降低排烟损失、化学和机械不完全燃烧的损失.
[此处图片未下载成功]降低排烟温度以提高热效率排烟损失占有极大的比例.
当炉子的热效率较高(例如90%)时,排烟损失占总损失的70%-80%http://www.
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com/doc/b640086476f75c93fe028058;当炉子的热效率较低(如70%)时,排烟损失的比例可达到90%.
而在降低排烟温度方面,这正是蓄热式加热炉的优点.
它采用陶瓷蓄热体,可以将烟气的排出温度降到烟气的露点以下.
[此处图片未下载成功]降低空气过剩系数提高热效率排烟损失与空气过剩系数有直接关系.
空气过剩系数愈大,空气带走的热量增加,捐失也愈大.
当空气过剩系数为20%,排烟温度为200℃时,排烟损失约高达8%.
提高空气预热温度来提高热效率空气的预热温度与加热炉的效率也有密切的关系.
空气每提高20℃,炉子的热效率可提高约一个百分点.
从以上三个方面可以看出,蓄热式加热炉可以极大地提高了加热炉的热效率,进一步降低燃料的消耗量,从而节约能源.
[此处图片未下载成功]3.
4燃料的结构将发生变化高温空气燃烧的最显著特点是它能将热值较低的燃料引燃,因而可以采用低热值的燃料.
如在冶金行业中,采用蓄热燃烧技术后,可以采用热值极低以前都作为废气排放高炉煤气作为冶金加热炉的燃料.
因此可以预见,将来的冶金装置的加热炉可以采用原来排空的低热值废气或煤气作燃料.
将目前所用的燃料油的一部分节省下来进一步加工成轻质油品,满足市场对油品的需求,减轻原油进口的压力.
[此处图片未下载成功]3.
5对环境的污染程度将会降低加热炉在燃烧过程中引起的污染包括噪声污染和燃烧产物的污染.
蓄热炉是冶金厂主要噪声源之一.
蓄热炉的噪声主要来自燃烧器.
蓄热炉的噪声在80dB(A)以上.
噪声对环境污染在于它影响人们的的正常工作和休息,使人感到烦躁,降低工作效率.
强噪声会损害人的健康,引起记忆力减弱、失眠、神经官能症、高血压和耳聋等.
一般认为80dB(A)以下对人体健康不会有多大的危害,但高于80db(A)的噪声对人体就有影响了.
[此处图片未下载成功]3.
6蓄热燃烧有利于改善环境蓄热燃烧可噪声污染在冶http://www.
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com/doc/b640086476f75c93fe028058金厂内,自然通风油气联合燃烧器的噪声最高声压级一般可达100~110dB.
气体燃烧器的噪声也在95~100db(A).
所以燃烧器的噪声成了冶金厂内的主要污染源.
采用蓄热式加热炉后,燃烧过程是在密闭的空间内进行,噪声将大大降低,一般可以降到85dB(A)以下,可满足环保要求.
[此处图片未下载成功]蓄热燃烧可降低氮氧化物的生成关于燃烧产物的污染.
燃烧产物主要有二氧化硫(SO2)、氧化氮(NOx).
根据《中华人民共和国大气污染防治法》制定的《大气污染物综合排放标准》.
如氮氧化物的最高允许排放浓度为240ppm.
冶金厂一般加热炉,由于空气过剩系数较大(常在-),所以形成氮化物难于满足环保要求.
而采用蓄热式加热炉后,由于它处于高温贫氧状态下进行燃烧,所以它产生的氮化物是很少的,可以满足环保的要求.
[此处图片未下载成功]3.
7经济效益将得到提高目前国内冶金企业每年的燃料油耗量约2000万吨.
如果将其中的一半改用天然气或煤气作燃料,就可省下1000万吨的燃料油.
此外,天然气和煤气的价格比燃料油要低许多,据初步估计,单位热值(MJ)的燃料价格天然气比燃料油低20%-30%,煤气要比燃油低30%-50%.
如采用天然气或煤作燃料,将会给用户带来更加明显的经济效益.
[此处图片未下载成功]冶金蓄热炉实现HTAC的后续工作冶金蓄热炉完全不同于冶金炉,它的管内被加热的是易燃、易爆、易裂解、易结焦的烃类介质,有的管内还有催化剂,要进行化学反应,如果处理不当,后果是十分严重的.
将这项技术移植到冶金蓄热炉上来,还有许多工作要做.
如炉型的选择、燃烧器配置、蓄热体的选用、换向系统的机械运行可靠性、自动控制系统以及工艺装置的热平衡等,都须认真过细地做工作,才能确保装置的长周期稳定可靠运行.
在上述工作完成之后,还须进行工业性试验.
在经过一个周期的平稳运行后,通过有关部门的监定,才能推广应用.
[此处图片未下载成功]综上所述,在冶金蓄热炉上采用蓄热式高温空气燃烧技http://www.
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com/doc/b640086476f75c93fe028058术后,可以得到节省能源消耗、改进加热炉结构、提高加热炉的传热性能和降低冶金企业对环境的污染的综合效果,经济效益和社会效益都将十分显著.
除此之外还有更重要的是HTAC技术还可以催生新的工艺技术.
[此处图片未下载成功]3.
8直流式煤粉燃烧器一、直流式煤粉燃烧器的特性1.
不旋转,射流扩展角小,卷吸能力小,单只燃烧器的着火性能差,炉膛充满度差;2.
射流衰减慢,射程远,后期混合好,有利于煤粉燃尽;.
采用四角布置,相互配合时,相互点燃,着火好,混合强烈;4.
多层布置(不少于三层).
[此处图片未下载成功]一、不同的煤燃烧方式火床炉,煤粉炉,循环流化床锅炉二、煤粉锅炉燃烧设备的组成炉膛燃烧器供风设备制粉设备三、煤粉燃烧器的作用与类型燃烧器输送煤粉和一次空气,组织煤粉气流的着火、稳定和低污染燃烧.
[此处图片未下载成功]四、炉膛的作用与类型–炉膛的作用:经济、安全地组织和完成燃烧过程和传热过程.
–煤粉锅炉炉型:П型炉最多,分为四角燃烧、墙式燃烧;W型火焰炉,塔式炉,旋风炉等五、锅炉燃烧设备的发展方向高效、低污染的燃烧技术和设备.
六、与炉内燃烧过程相关的问题(1)(2)(3)(4)(5)受热面积灰、结渣;受热面金属表面的高温腐蚀;蒸发受热面中水动力的安全性;氧化氮等污染物的生成;火焰在炉膛容积中的充满程度.
[此处图片未下载成功]燃烧器的作用作用:将煤粉与空气混合气流按有利的方式送入炉膛,造成有利的空气动力场,保证煤粉气流及时着火、强烈燃烧、洁净燃烧、良好燃尽.
分类:–直流燃烧器–旋流燃烧器[此处图片未下载成功]三、四角布置直流燃烧器的工作原理1、工作原理主要表现为几个过程:(1)煤粉气流卷吸高温烟气而被加热的过程;(2)射流的相互撞击、射流两侧的补气及压力平衡过程;(3)http://www.
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com/doc/b640086476f75c93fe028058煤粉气流的着火过程;(4)煤粉与二次风空气的混合过程;(5)四股气流形成的切圆旋转过程;(6)焦碳的燃尽过程.
[此处图片未下载成功][此处图片未下载成功]四、四角切圆燃烧的气流偏斜及切圆直径1、气流偏斜问题引起燃烧器出口气流偏斜的主要原因是:(1)邻角气流的撞击是气流偏斜的主要原因.
(2)射流偏斜还受射流两侧"补气"条件的影响.
(3)燃烧器的高宽比(hr/b)对射流弯曲变形影响较大.
(4)当燃烧器多层布置时,上层气流不断的被卷吸到下层气流中,加上气流受热膨胀的影响,使气流容积流量增大,旋涡直径相应增大,一般可使实际切圆直径膨胀到假想切圆直径的8~1倍.
[此处图片未下载成功]优点:上游邻角火焰向下游煤粉气流的根部靠近,煤粉的着火条件较好.
这时炉内气流旋转强烈,气流扰动大,使后期燃烧阶段可燃物与空气流的混合加强,有利于煤粉的燃尽.
问题:(1)火焰容易贴墙,引起结渣;(2)着火过于靠近喷口,容易烧坏喷口;(3)火焰旋转强烈时,产生的旋转动量矩大,同时因为高温火焰的粘度很大,到达炉膛出处,残余旋转较大,这将使炉膛出口烟温分布不均匀程度加大,因而既容易引起较大的热偏差,也可能导致过热器结渣或超温.
、切圆直径过大问题[此处图片未下载成功]五、一次风与二次风1一次风量一次风量应该既能满足煤粉中挥发分着火燃烧所需的氧量,又能满足输送煤粉的需要.
如果同时满足这两个条件有矛盾,则应首先考虑输送煤粉的需要.
一次风量通常用一次风量占总风量的比值表示,2一次风速称为一次风率.
一次风速不但决定着火燃烧的稳定性,而且还影响着一次风气流的刚度.
[此处图片未下载成功]3一次风温提高一次风温,可降低着火热,使着火位置提前.
提高热风温度是提高煤粉着火速度和着火稳定性的必要措施之一.
根据煤质挥发分含量的大小,一次风温既应满http://www.
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com/doc/b640086476f75c93fe028058足使煤粉尽快着火,稳定燃烧的要求,又应保证煤粉输送系统工作的安全性.
二次风量和风速二次风是在煤粉气流着火后混入的.
由于高温火焰的粘度很大,二次风必须以很高的速度才能穿透火焰,以增强空气与焦碳粒子表面的接触和混合,故通常二次风速比一次风速提高一倍以上.
[此处图片未下载成功]5二次风温从燃烧角度看,二次风温愈高,愈能强化燃烧,并能在低负荷运行时增强着火的稳定性.
二次风温的提高受到空气预热器传热面积的限制,传热面积愈大,金属耗量就愈多,不但增加投资,而且将使预热器结构庞大,不便布置.
[此处图片未下载成功]六、三次风、周界风、夹心风1、三次风概念:在中储式制粉系统中,细粉分离器将煤粉和输送煤粉的空分离后,形成乏气.
乏气中带有10%的细煤粉.
这部分乏气一般送入炉膛燃烧,形成三次风.
三次风的特点是温度低,水分大,煤粉细.
[此处图片未下载成功]三次风对燃烧及汽温调节的不利影响:(1)使火焰温度降低,燃烧不稳定.
(2)火焰拖长,炉膛出口烟温升高,使过热汽温与再热汽温偏高,汽温调节幅度增大.
同时增大过热器热偏差.
(3)三次风高速射入,使火焰残余旋转增大,同时飞灰可燃物增加;(4)三次风量较大时,风速也增大,易扰乱炉正常的空气流动,引起火焰贴墙结渣.
[此处图片未下载成功]2、周界风周界风的作用是:(1)冷却一次风喷口,防止喷口烧坏或变形;(2)少量热空气与煤粉火焰及时混合;(3)周界风的速度比煤粉气流的速度要高,能增加一次风气流的刚度,防止气流偏斜;并能托住煤粉,防止煤粉从主气流中分离出来而引起不完全燃烧;(4)高速周界风有利于卷吸高温烟气,促进着火,并加速一、二次风的混合过程.
[此处图片未下载成功]3、夹心风夹心风的作用:(1)补充火焰中心的氧气,同时也降低了着火区的温http://www.
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com/doc/b640086476f75c93fe028058度,而对一次风射流外缘的烟气卷吸作用没有明显的影响;(2)高速的夹心风提高了一次风射流的刚度,能防止气流偏斜,而且增强了煤粉气流内部的扰动,这对加速外缘火焰向中心的传播是有利的;(3)夹心风速度较大时,一次风射流扩展角减小,煤粉气流扩散减弱,这对于减轻和避免煤粉气流贴壁,防止结渣有一定作用;(4)可作为变煤种、变负荷时燃烧调整的手段之一.
[此处图片未下载成功]七、摆动式燃烧器摆动式燃烧器的各喷口一般可同步上、下摆动20~30度,用来改变火焰中心位置的高度,调节再热蒸汽温度.
并便于在启动和运行中进行燃烧调节,控制炉膛出口烟温,避免炉膛内受热面结渣.
摆动式燃烧器运行中容易出现的问题是:因喷口受热变形,使摆动机构卡死,或摆动不灵活.
摆动机构上的传动销磨损或受热太大时,容易被剪断.
[此处图片未下载成功](2)一次风正切圆、二次风反切圆布置.
这种布置方法可减弱炉膛出口的残余旋转,从而减小了过热器的热偏差,并能防止结渣.
(3)一次风对冲、二次风切圆布置.
这种方法减小了炉内一次风气流的实际切圆直径,使煤粉气流不易贴壁,因而能防止结渣,而且能减弱气流的残余旋转.
[此处图片未下载成功]第三节旋流式燃烧器一、旋流式燃烧器的工作原理煤粉气流或热空气通过旋流器时,发生旋转,从喷口射出后即形成旋转射流.
利用旋转射流,能形成有利于着火的高温烟气回流区,并使气流强烈混合.
[此处图片未下载成功]二、分类1、可动叶片双调风旋流燃烧器、双调风燃烧器、蜗壳式燃烧器[此处图片未下载成功]三、旋流式燃烧器的布置与供风方式旋流式燃烧器通常布置在炉膛的前、后墙上,有的采用大风箱供风,有的采用分隔风箱供风.
[此处图片未下载成功]四、单只燃烧器的热功率单只燃烧器功率过大,会带来以下几个问题:(1)炉膛受热面局部热负荷过高,易于结渣.
(2)炉膛受热http://www.
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com/doc/b640086476f75c93fe028058面局部热负荷过高,易引起水冷壁的传热恶化和直流锅炉的水动力多值性.
(3)切换或启停燃烧器对炉内火焰燃烧的稳定性影响较大.
(4)切换或启停燃烧器对炉膛出口烟温的影响较大,影响过热器的安全性和汽温调节.
(5)一、二次风的气流太厚,不利风粉混合.
(6)燃烧调节不太灵活.
[此处图片未下载成功]五、旋转火焰的特性根据气流的旋流强度的大小,旋流式燃烧器形成的火焰形状可能有三种:封闭式火焰、开放式火焰、飞边火焰.
[此处图片未下载成功]第四节煤粉炉炉膛一、燃烧煤粉对炉膛的要求(1)创造良好的着火、稳燃条件,并使燃料在炉内完全燃尽;(2)将烟气冷却至煤灰的熔点温度以下,保证炉膛内所有的受热面不结渣;(3)布置足够的蒸发受热面,并不发生传热恶化;(4)尽可能减少污染物的生成量;(5)对煤质和负荷变化有较宽的适应性能以及连续运行的可靠性.
[此处图片未下载成功]二、评价炉膛结构的参数1、炉膛结构着火稳定性参数.
netA、炉膛截面热负荷qAqAAA-炉膛横截面积,m2.
通常用燃烧器区域的炉膛水平断面面积表示.
QB-燃煤量,kg/s.
ar.
net-燃料的收到基低位发热量,kJ/kg.
[此处图片未下载成功]B、燃烧器区域的壁面热负荷qR.
netqR2(ab)HR、b——炉膛深度、宽度;HR——燃烧器区域高度,一般取上层一次风喷口上方1.
5米处和下层一次风喷口下方1米处的距离;ζ——围燃带面积修正系数;[此处图片未下载成功]2、炉膛结构燃尽性参数、炉膛容积热负荷qv.
netqVVLVL——炉膛容积,m3.
炉膛容积热负荷qv的意义是指在单位时间内、单位炉膛容积内,燃料燃烧放出的热量://www.
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com/doc/b640086476f75c93fe028058r[此处图片未下载成功]B、燃料在炉内的停留时间燃料在炉内的停留时间可用下述关系表示:LWymin——燃烧器上一次风中心至屏下端距离,m;——烟气在炉内的平均上升速度,m/s;、炉膛结构结渣性参数与着火稳定因素相同,用Jz表示:JZ=qAqR[此处图片未下载成功]三、炉膛受热面结渣的影响因素1、受热面结渣的形成过程当熔融的灰渣接近受热面时,若未被冷却凝固,并与受热面相碰,大块渣积聚在受热面外壁上,便形成了"结渣"现象.
、受热面积灰或结渣的危害(1)使炉内传热变差,加剧结渣过程.
(2)炉膛出口的受热面超温.
(3)水冷壁积灰、结渣较多时,多数并发高温腐蚀.
(4)使锅炉效率降低.
(5)水冷壁尤其是过热器结渣严重时,大块渣落下,可能扑灭火焰或砸坏炉底水冷壁,造成恶性事故.
[此处图片未下载成功]3、影响受热面结渣的主要因素(1)煤灰特性和化学组成(2)炉膛温度水平(3)火焰贴墙(4)过量空气系数(5)煤粉细度(6)吹灰(7)燃用混煤[此处图片未下载成功]4、防止受热面结渣的基本条件一是炉内应布置足够的受热面来冷却烟气,使烟气贴近受热面时,烟气温度降低到灰的熔点温度以下,即保证灰渣贴近受热面时被凝固;二是组织一、二次风形成良好的气流结构,保证火焰不直接冲刷受热面.
[此处图片未下载成功]四、火焰充满度因为死滞漩涡区的存在会给锅炉运行带来下述问题:(1)炉膛容积利用不好.
五、炉膛负压(2)造成热偏差.
1、煤粉炉的正常炉膛负压炉内压力比外界大气压力低2~6Pa(mm水柱).
维持正常的炉膛负压,不仅对锅炉经济运行作用很大,而且对运行调节十分有益.
[此处图片未下载成功]2、炉膛负压太大的危害(1)炉膛负压太http://www.
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com/doc/b640086476f75c93fe028058大,说明引风机抽吸力过大.
此时,炉内气流明显向上翘,火焰中心上移,炉膛出口烟温升高,引起汽温升高或过热器结渣.
(2)气流上翘,火焰行程缩短,导致不完全燃烧.
(3)对于四角燃烧炉,由于气流上翘,使四股气流的相互作用变差,甚至切圆形成不好,煤粉气流相互点燃的作用变弱,燃烧变得不稳定.
如果煤质着火性能变差时,还可能引起灭火.
(4)漏风增大,使烟气体积增加,烟气流速相应升高.
这时排烟损失增加;受热面磨损加剧;汽温升高;炉膛温度降低,影响燃烧稳定性;火焰向上运动速度增大,一部分燃料未来得及完全燃烧就被排出炉外,因而造成不完全损失增大等一系列不良影响.
[此处图片未下载成功](5)炉膛负压急剧升高时,可能发生炉膛内爆事故,造成水冷壁损坏或人身事故.
内爆的原因一是:引风机运行不正常,静压头过高或挡板运行不良;二是因灭火而切断燃料供应时,炉膛负压急剧升高.
因此,在切断燃料的同时,应适当关小引风机挡板,以免负压剧增.
此外,大型机组应设置炉内压力报警和安全保护装置.
(6)炉膛负压波动时,也可能是炉内压力波变化造成的.
此时表明燃烧处于不稳定状态.
燃烧脉动时,负压也随着脉动.
(7)炉膛负压由负压值极高突变正压,此过程发生的时间极短,只有1~2秒,正压值极高.
这种情况下,极可能发生炉膛爆炸或"打炮".
对于自动化程度比较高的锅炉,炉膛负压超限时,控制系统会自动发出报警或保护动作.
但当控制系统处于手动状态时,则必须做出准确、迅速的判断和处理.
[此处图片未下载成功]六、炉膛内的爆炸性燃烧炉膛爆炸的原因是数量过多的燃料和空气在炉膛内未能及时着火燃烧,而以极高的速度进行化学反应,当具有足够的着火热源时,在瞬间形成可燃性气体,气体容积急剧增加,炉内压力和温度急剧升高.
[此处图片未下载成功]第五节煤粉气流的着火燃烧一、影响煤粉气流着火的因素燃料品质燃料挥发分水分灰分发热量煤粉细度及煤粉颗粒分布一次风量、一次风温、一次风速二次风速,二次风温配风方式及燃烧器结构型http://www.
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com/doc/b640086476f75c93fe028058式单只燃烧器的热功率qA,qR,qV炉膛散热强度和放热强度燃烧器结构运行锅炉负荷调节方式[此处图片未下载成功]第六节低负荷稳燃及低NOx煤粉燃烧技术一、低负荷稳燃技术1、提高一次风气流中的煤粉浓度、提高煤粉气流初温3、提高煤粉颗粒细度[此处图片未下载成功]二、低NOx煤粉燃烧技术(1)温度型NOx,是指空气中的氮在超过1500℃的高温下,发生氧化反应,温度越高NOx的生成量越多.
热分解和氧化生成NOx.
进一步说,主要指挥发份中的氮化合物生成NOx,其占NOx总量的80~90%,这部分NOx在燃烧器出口处的火焰中心生成.
、NOx的生成机理温度型NOx,NOx的生成机理有三种:(2)燃料型NOx,是指燃料中的氮受燃料型NOx,快速温度型NOx.
(3)快速温度型NOx,是指空气中的氮和碳氢燃料先在高温下反应生成中间产物N、NCH、CN等,然后快速与氧反应,生成NOx.
这部分NOx占NOx总量的5%.
[此处图片未下载成功]2、低NOx煤粉燃烧器(1)、PM型燃烧器PM型燃烧器是在燃烧器内将煤粉气流分为浓度气流和煤粉气流.
浓煤粉气流在上,淡煤粉气流在下.
[此处图片未下载成功](2)宽调节比燃烧器宽调节比燃烧器实际上也是一种浓、淡型煤粉燃烧器.
这种燃烧器的主要性能是在低负荷下,不投油仍然能稳定燃烧.
故其对锅炉负荷变化时的燃烧调节范围比较宽.
[此处图片未下载成功](3)A—PM型浓淡浓燃烧器主要技术是将原来的PM型浓、淡燃烧器改进为A-PM型浓、淡、浓燃烧器,[此处图片未下载成功](4)新型低NOx旋流式燃烧器新型低NOx旋流式燃烧器是在燃烧器一次风管中设置调节杆,一次风管出口装有环形稳焰http://www.
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com/doc/b640086476f75c93fe028058器,在环形二次风管内装有隔板.
[此处图片未下载成功]3、炉内脱氮新技术(1)两级燃烧与MACT燃烧技术两级燃烧是把燃烧所需要的空气量两段送入炉膛,第一级的空气量大约为80%左右,从燃烧器的下部送入;第二级的空气量大约为20%左右,从燃烧器的上部送入,两级喷口之间的距离为1.
5~2米.
采用两级燃烧方式,主要用于降低NOx的生成量.
[此处图片未下载成功](2)A—MACT炉内脱氮技术其核心技术是控制主燃烧区的燃料与空气比为0.
8~0.
9,在主燃烧器上方设置OFA供风,使主燃烧区产生的碳氢化合物被活化,并在OFA的上部留有足够的空间,使主燃烧区生成的NOx到达OFA区时,由于缺氧又被还原成N2,从而为NOx充分还原创造条件.
[此处图片未下载成功](3)扩大还原燃烧技术技术的核心是在主燃烧区与燃尽区之间留有较大的空间,并注入IAP供风,形成HCN、NH3、HC等还原性气氛,促使NOx还原[此处图片未下载成功]第七节W型火焰燃烧技术一、W型火焰锅炉的炉膛形状[此处图片未下载成功]第八节循环流化床燃煤锅炉一、流态化的描述及其性质当气体通过布风板自下而上地穿过固体颗粒随意填充状态的床层时(见图6-51),整体床层将依气体流速的不断增大而呈现完全不同的状态.
[此处图片未下载成功]第九节常规燃煤粉火电厂低氮氧化物燃烧技术(洁净燃烧)随着燃烧运行中烟气中含氧量的增加,NOX的生成量和增加的幅度与燃料的种类、燃烧方式以及排渣方式有关3000º¬ü¯ÒÌÅÔÂÍӢݺµ»··Ã£mg/mhttp://www.
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com/doc/b640086476f75c93fe0280583¬ßӢݺ¸»··Ã̬ü¯¹ÌÅÔÂ012345¼Õ÷öÚõ¿¬ÈÉƳ¿ÑÁ£%图3—1不同燃烧方式和煤种的NOX排放浓度比较[此处图片未下载成功]燃煤排放的众多污染物中,NOX是唯一可通过改进燃烧方式来降低排放量的气体污染物,选择合理燃烧参数和合理地组织燃烧过程减少在燃料燃烧阶段NOX的形成量,是比较经济且合理的降低NOx排放的技术措施.
表3—1燃煤火力发电厂NOX的排放浓度范围燃烧系统NOX排放值(mg/m3)600~1200固态排渣炉600~1000直流燃烧器850~1200旋流燃烧器950~1800液态排渣炉900~1300直流燃烧器1300~2000旋流燃烧器500~680褐煤炉200~700流化床锅炉300~800炉排炉[此处图片未下载成功]二、抑制NOx生成的理论依据降低火焰峰值温度、降低最高温度区域的局部氧浓度,降低燃料在最高温度区域的停留时间燃煤粉电站锅炉降低NOX的燃烧技术措施1、改进锅炉燃烧运行参数2、燃烧空气分级技术3、组织炉内燃料分级再燃还原NOX[此处图片未下载成功]内容第一讲纳米减摩与自修复技术第二讲快速粘接堵漏技术第三讲快速贴体封存技术第四讲划伤快速修复技术第五讲纳米固体润滑技术第六讲纳米电刷镀修http://www.
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com/doc/b640086476f75c93fe028058复技术第七讲高速电弧喷涂技术第八讲电子装备快速清洗技术第九讲无电焊接技术[此处图片未下载成功]二、纳米复合电刷镀技术的基本特点及原理2.
纳米复合电刷镀原理电化学机理共沉积机理吸附机理镶嵌机理[此处图片未下载成功]三、纳米复合电刷镀设备电源镀笔纳米电刷镀液纳米电刷镀维修箱[此处图片未下载成功]四、纳米复合电刷镀工艺纳米电刷镀参数选择刷镀电压刷镀电压与工件被镀面积大小、镀笔与工件相对运动速度、复合镀液种类、镀液中纳米粒子含量和镀液温度等因素有关.
为了使纳米粒子很好地在刷镀层中沉积,其正常刷镀电压一般比相应基质金属镀液刷镀电压稍高刷镀温度相对运动速度[此处图片未下载成功]四、纳米复合电刷镀工艺纳米电刷镀参数选择刷镀电压刷镀温度影响复合刷镀液特性、纳米粒子沉积、复合镀层组织生长、复合镀层内应力等复合镀层组织和性能的多个方面.
工件的理想施镀温度为室温,最低应不低于15oC,最高不宜高于50oC.
刷镀温度相对运动速度[此处图片未下载成功]四、纳米复合电刷镀工艺纳米电刷镀参数选择刷镀电压纳米复合电刷镀过程中,工件与镀笔的相对运动速度一般为6~10m/min.
相对运动速度太快时,不利于纳米粒子的沉积,且易引起纳米复合镀层应力过大.
速度太慢时,局部发热量大,容易引起复合镀层表面发黑,且易造成组织疏松、表面粗糙.
刷镀温度相对运动速度[此处图片未下载成功]五、纳米复合电刷镀复合镀层的组织和性能1.
镀层的表面形貌及组织与金属刷镀层形貌相比较,纳米复合刷镀层组织更加细小、致密,其镀层表面粗糙度小.
c)n-Al2O3/Ni复合刷http://www.
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com/doc/b640086476f75c93fe028058镀层(镀液中含30g/Ln-Al2O3))快镍刷镀层)n-Al2O3/Ni复合刷镀层(镀液中含10g/LnAl2O3);[此处图片未下载成功]纳米电刷镀复合镀层的微观组织特征为:纳米粒子在复合镀层中弥散分布,纳米粒子与基质金属良好结合;复合镀层中含有大量纳米晶和非晶.
五、纳米复合电刷镀复合镀层的组织和性能2.
镀层的性能纳米复合电刷镀层中由于存在大量的硬质纳米粒子,且组织细小致密,因此其硬度、耐磨性、抗疲劳性能、耐高温性能等均比相应的金属刷镀层好.
[此处图片未下载成功]五、纳米复合电刷镀复合镀层的组织和性能2.
镀层的性能显微硬度HV磨损失重10-3g镀层种类镀液中纳米粒子含量,g/L:快镍镀层;B、C、D、E:镀液中纳米Al2O3粉含量分别为10、20、30、40g/L时的复合镀层.
[此处图片未下载成功]五、纳米复合电刷镀复合镀层的组织和性能接触疲劳特征寿命,106周次.
镀层的性能镀液中纳米粉含量,g/LAl2O3/Ni复合刷镀层的抗接触疲劳性能(试验载荷300Kgf/mm2)刷镀层磨痕深度随温度的变化曲线[此处图片未下载成功]五、纳米复合电刷镀复合镀层的组织和性能2.
镀层的性能刷镀层硬度与温度的关系[此处图片未下载成功]六、纳米复合电刷镀技术的应用1.
应用领域和前景目前,纳米复合电刷镀技术主要用来进行零部件表面损伤的修复、新品零部件表面的强化和防护.
各种机械设备的耐磨件和密封件,在工业、民用和军事装备中均具有良好的应用前景,可以创造巨大的经济效益.
[此处图片未下载成功]六、纳米复合电刷镀技术的应用http://www.
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com/doc/b640086476f75c93fe0280581.
应用领域和前景在设备维修中,纳米复合电刷镀技术可以应用的典型场所主要包括:轴、轴承、轴瓦类零部件的密封或配合表面;壳体、箱体、衬套类零部件密封或配合表面;孔、槽类零部件的内表面.
[此处图片未下载成功]热喷涂是将熔融状态的喷涂材料,通过高速气流使其雾化喷射在零件表面,形成涂层的一种金属表面加工方法.
根据热源来分,热喷涂有四种基本方法:火焰喷涂、电弧喷涂、等离子喷涂和特种喷涂.
[此处图片未下载成功]一、火焰喷涂技术(一)丝材火焰喷涂[此处图片未下载成功](三)火焰粉末喷熔技术原理:以氧-乙炔火焰为热源,把自熔性合金粉末喷涂在经过制备的工件表面上,在工件不熔化的情况下,加热涂层,使其熔融并润湿工件,通过液态合金与固态工件表面的相互溶解和扩散,形成一层呈冶金结合并具有特殊性能的表面熔敷层.
两个过程:喷涂过程;重熔过程.
[此处图片未下载成功]二、电弧喷涂技术电弧喷涂是热喷涂技术中的后起之秀,它是以电弧为热源,将熔化了的金属丝材用高速气流雾化,并以较高速度喷射到工件表面形成涂层的一种工艺.
[此处图片未下载成功](一)电弧喷涂设备、原理电源2喷枪3送丝机构4冷却装置水分离器6储气罐7空气压缩机油[此处图片未下载成功]电弧喷涂是以两根丝状金属喷涂材料在喷枪端部短路产生的电弧为热源,将熔化的金属丝用压缩空气气流雾化呈微熔滴,高速喷射到工件表面形成喷涂层的一种工艺.
原理简图如图所示.
[此处图片未下载成功]高速电弧喷涂是一个不断重复进行熔化-雾化-喷射-沉积的过程.
熔化熔化熔化熔化雾化喷射://www.
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com/doc/b640086476f75c93fe028058ar沉积[此处图片未下载成功](二)电弧喷涂材料电弧喷涂丝材包括两类,实芯丝材,粉芯丝材.
1.
实芯丝材实芯丝材按材质可分为两种:一是有色金属丝材.
主要包括铝、锌、铜、钼、镍等金属及其合金;二是黑色金属丝材.
主要是碳钢、不锈钢等.
[此处图片未下载成功]1)锌及锌合金:锌喷涂层已广泛应用于室外露天的钢铁构件,如水门闸、桥梁、铁塔和容器等的常温腐蚀防护.
2)铝及铝合金:用于储水容器、硫磺气体包围的钢铁构件、食品储存器、燃烧室、船体和闸门等的腐蚀防护.
)铜及铜合金:纯铜主要用作电器开关和电子元件的导电喷涂层及塑像、工艺品、水泥等建筑表面的装饰喷涂层.
黄铜喷涂层广泛应用于修复磨损和加工超差的零件,修补有铸造砂眼、气孔的黄铜铸件,也可以用作装饰喷涂层.
铝青铜的结合强度高,抗海水腐蚀能力强,并具有很好的耐腐蚀疲劳性和耐磨性.
主要用于修复水泵叶片、气闸阀门、活塞、轴瓦,也可用来修复青铜铸件及用作装饰喷涂层.
[此处图片未下载成功]4)镍及镍合金:镍合金中用作喷涂材料的主要为镍铬合金.
这类合金具有非常好的抗高温氧化性能,可在880℃高温下使用,是目前应用很广的热阻材料.
它还可以耐水蒸汽、二氧化碳、一氧化碳、氨、醋酸及碱等介质的腐蚀,因此镍铬合金被大量用作耐腐蚀及耐高温喷涂层.
)钼:钼在喷涂中常作为粘结底层材料使用.
还可以用作摩擦表面的减摩工作涂层,如活塞环、刹车片、铝合金气缸等.
6)碳钢及低合金钢:碳钢和低合金钢是应用广泛的高速电弧喷涂材料.
它具有强度较高、耐磨性好、来源广泛、价格低廉等特点.
高速电弧喷涂一般采用高碳钢,以弥补碳元素的烧损.
[此处图片未下载成功]2.
粉芯丝材粉芯丝材包括外皮和粉芯两部分,是由金属外皮内包装着不同类型的金属、合金粉末或陶瓷粉末构成的,因而同时具备丝材和粉末的优点,能够进行柔性加工制造,拓宽了涂层材料的成分范围,并可制造特殊的合http://www.
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com/doc/b640086476f75c93fe028058金涂层和金属陶瓷复合材料涂层.
[此处图片未下载成功]常用粉芯丝材及应用领域类别7Cr13耐磨丝材低碳马氏体丝材奥氏体不锈钢丝材Al2O3复合防滑丝材WC复合丝材主要成分FeCCrMnFeCrNiMoFeCrNiAl/Al2O3Fe3Al/WC主要应用领域马氏体不锈钢组织,涂层硬度高,可用于造纸烘缸、压力柱塞、曲轴等零部件修复低碳马氏体组织,膨胀系数小,可以喷涂较厚的涂层,具有较好的韧性和耐磨性,可以用作打底涂层.
奥氏体不锈钢组织,配合适当的封孔剂,涂层具有良好的耐晶间腐蚀与点蚀性能铝基复合陶瓷涂层,具有较高的摩擦系数和良好的摩擦系数保持能力,可用作防腐防滑耐磨涂层可制备Fe3Al金属间化合物复合涂层,可应用于电厂燃煤锅炉管道等的高温冲蚀磨损防护[此处图片未下载成功](三)电弧喷涂工艺1.
预处理工艺工件表面预处理包括以下内容:表面清洗--表面预加工表面粗糙化[此处图片未下载成功]2.
喷涂工艺高速电弧喷涂工艺参数对雾化粒子的温度和雾化效果有较大的影响.
工艺实践表明,喷涂电流一般不超过200A为宜.
喷涂电流一定时,电弧电压越高,输入的电功率增加,金属丝材熔化加快,熔融粒子温度升高,粒子氧化严重,继续增加电压,由于送丝速度不变(由喷涂电流决定),容易造成电弧熄灭,不能进行正常喷涂,所以喷涂电压一般不高于36V.
[此处图片未下载成功](三)高速电弧喷涂技术高速电弧喷涂是在传统电弧喷涂的基础上,采用气体动力学原理优化设计喷枪结构,通过产生高速气体射流强烈雾化和加速熔化粒子,形成高度致密喷涂层的新型电弧喷涂技术.
最可贵的是该技术仍然保留了传统电弧喷涂技术的优质、高效、低成本的特点.
[此处图片未下载成功]高速电弧喷涂枪的结构根据空气动力学的有关原理,高速电弧喷涂枪采用雾化空气通过缩-放(C-D)喷管的方案来提高雾化气流http://www.
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com/doc/b640086476f75c93fe028058的速度,实现高速电弧喷涂.
[此处图片未下载成功]特点1:粒子速度显著提高在距喷涂枪喷嘴轴向80mm范围内的气流速度达700~580m/s,而传统电弧喷涂为375~200m/s.
雾化粒子平均直径为普通枪的1/3~1/8.
工作喷涂距离内(150~300mm)粒子飞行的平均速度高于350m/s.
[此处图片未下载成功]特点2:涂层的结合强度显著提高用于防腐的铝涂层和用于耐磨的3Cr13涂层的结合强度分别达到35MPa和43MPa,分别是普通电弧喷涂的2.
2倍和1.
5倍.
[此处图片未下载成功]特点3:涂层的孔隙率低、耐磨耐蚀性好高速电弧喷涂3Cr13涂层孔隙率<2%(相应的普通电弧喷涂为8%).
高速电弧喷涂耐磨涂层的相对耐磨性是普通电弧喷涂的2倍.
[此处图片未下载成功]3Cr13丝材喷涂雾化粒子形貌图1.
高速枪喷涂锌涂层截面形貌(200×)图2.
普通枪喷涂锌涂层截面形貌(200×)高速电弧喷涂普通电弧喷涂[此处图片未下载成功]特点4:喷涂枪的通用性强利用普通电弧喷涂的电源及送丝机构,仅更换一把HAS01型高速电弧喷涂枪即可实现高速电弧喷涂.
[此处图片未下载成功]§5电磁感应和暂态过程(Electromagneticinductionandtransientprocess)电磁感应现象是电磁学中最重大的发现之一,它揭示了电与磁相互联系和转化的重要方面.
它的发现在科法拉第[此处图片未下载成功]§5-1电磁感应定律1820年,奥斯特的发现第一次揭示了电流能够产生磁,从而开辟了一个全新的研究领域.
当时不少物理学家想到:既然电能够产http://www.
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com/doc/b640086476f75c93fe028058生磁,磁是否也能产生电然而他们或者是因为固守着稳恒的磁能够产生电的成见,或者是因为工作不够细致,实验都失败了.
法拉第开始也是这样想的,实验[此处图片未下载成功]没有成功.
但他善于抓住新事物的苗头,坚信磁能够产生电,并以他精湛的实验技巧和敏锐地捕捉现象的能力,经过十年不懈的努力,终于在1831年8月29日第一次观察到电流变化时产生的感应现象.
紧接着,他做了一系列实验,用来判明产生感应电流的条件和决定感应电流的因素揭示了感应现象的奥秘.
虽然他没有用数学公[此处图片未下载成功]式将他的研究成果表达出来(电磁感应定律的数学公式是1845年诺埃曼给出的),但是,他对电磁感应现象的丰富研究,这一发现的荣誉归功于他是当之无愧的.
1.
电磁感应现象下面结合几个演示实验来说明:什么是电磁感应现象产生电磁感应现象的条件是什么[此处图片未下载成功]2.
法拉第电磁感应定律在上述实验中看到,穿过导线回路的磁通量变化得越快,感应电动势越大.
此外,在不同的条件下,感应电动势的方向亦不同.
为了表述电磁感应的规律,设在时刻t1穿过导线回路的磁通量是1,在时刻t2穿过导线回路的磁通量是2,那么,在dtt2t1这段时间内穿过回路的磁通量[此处图片未下载成功]的变化是d21,则磁通量的变化率dt反映了磁通量变化的快慢和趋势.
精确的实验表明,导体回路中感应电动势dt的大小与穿过回路的磁通量的变化率d成正比.
这个结论叫做法拉第电磁感应定律.
用公式来表示就是d,dt或式中,k是比例常数,它的数值决定于式中k,dt[此处图片未下载成功http://www.
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com/doc/b640086476f75c93fe028058]各量的单位.
如果d的单位用韦伯,时间单位用秒,的单位用伏特,则k1,d,(5-1)dt式中的负号代表感应电动势方向,这个问题将在下面讨论.
在有些场合中不着重研究方向问题,这个负号也可不写.
此式只适用于单匝导线组成的回路.
如果回路不是单匝线框而是多匝线圈,那么[此处图片未下载成功]当磁通量变化时,每匝中都将产生感应电动势.
由于匝与匝之间是互相串联的,整个线圈的总电动势就等于各匝所产生的电动势之和.
令1、2、…分别是通过各匝线圈的磁通量,则Nd1d2dtdtdtdd12N,(5-2)dtdt[此处图片未下载成功]式中叫做磁通匝链12N数或全磁通.
如果穿过每匝线圈的磁通量相同,均为,则N,dNdtdt(5-3)[此处图片未下载成功]图5-5电磁感应现象演示之五[此处图片未下载成功]图5-7电磁感应现象演示之七[此处图片未下载成功]感应电动势的方向问题是法拉第电磁感应定律的重要组成部分.
在每个具体场合里,可以根据实验记下感应电动势的方向.
然而为了把各种场合中感应电动势的方向用一个统一的公式表示出来,就得先规定一些正负号法则.
电动势和磁通量都是标量(代数量),它们的方向(更确切地说,应是它们的正负)都是相锐角对于[此处图片未下载成功]某一标定方向而言的.
为了描述电动势的方向,先得标定回路的绕行方向.
有了它,电动势取正http://www.
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com/doc/b640086476f75c93fe028058值表示其方向与此标定方向一致;取负值表示其方向与此标定方向相反.
磁通量是磁感应强度矢量B沿以回路为边界的曲面的积分,的正负有赖于此曲面法线矢量n方向的选择.
选定n的方向之后,若B与n的夹角为锐角,则取[此处图片未下载成功]取正值;若B与n的夹角为钝角,则取负d的正负值.
有了的正负,其变化率dt也就有了确定的意义.
,3楞次定律年楞次提出了另一种直接判断感应电流方向的方法,从而根据感应电流的方向可以说明感应电动势方向.
我们回顾一下,把磁棒的N极插入线圈和从线圈[此处图片未下载成功]中拔出的实验,并将实验中感应电流的方向示于图5-2中,在图所示把N极插入线圈的情形,磁棒的磁感应线的方向朝下,可以看出磁棒插入过程中穿过线圈的向下的磁通量增加.
根据右手定则可知,这时感应电流所激发的磁场方向朝上,其作用相当于阻止线圈中磁通量的增加.
在图所示把N极拔出的情形,穿过线圈向下的磁通[此处图片未下载成功]量减少,而这时感应电流所激发的磁场方向朝下,其作用相当于阻止磁通量的减少.
具体分析其他的电磁感应实验,也可以发现同样的规律.
因此,可以得到结论:闭合回路中感应电流的方向,总是使得它所激发的磁场来阻止引起感应电流的磁通量的变化(增加或减少).
这个结论叫[此处图片未下载成功]做楞次定律.
1)用楞次定律来判断感应电流的方向,可按照下面的步骤:首先判明穿过闭合回路的磁通量沿什么方向,发生什么变化(增加还是减少);然后根据楞次定律来确定感应电流所激发的磁场沿何方向(与原来的磁场反向还是同向);最后根据右手定则从感应电流产[此处图片未下载成功]生的磁场方向确定感可见,运用楞次定律判断感应电流的方向与用法拉第定律是一致http://www.
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com/doc/b640086476f75c93fe028058的.
还可以从另一个角度来理解上述实验结果.
当把磁棒的N极插入线圈时,线圈因有感应电流流过时也相当于一根磁棒,如图5-2所示,线圈的N极出现在上端,与磁棒的N极相对,两者互相排斥,其效果是反抗磁棒的插入.
同样,当把磁[此处图片未下载成功]棒的N极从线圈内拔出时,如图5-2所示,线圈的S极出现在上端,它和磁棒的N极互相吸引,其效果是阻止磁棒的拔出.
)楞次定律还可以表述为:感应电流的效果总是反抗引起感应电流的原因.
这里所说的"效果",既可理解为感应电流所激发的磁场,也可理解为因感应电流出现而引起的机械作用,这里所说的"原因',[此处图片未下载成功]既可指磁通量的变化,也可指引起磁通量变化的相对运动或回路的形变.
3)感应电流取楞次定律所述的方向并不奇怪,它是能量守恒和转化定律的必然结果.
我们知道,感应电流在闭合回路中流动时将释放焦耳热.
根据能量守恒和转化定律,能量不可能无中生有,这部分热只可能从其它形式的能量转化而来.
在上[此处图片未下载成功]述例子里,按照楞次定律,把磁棒插入线圈或从线圈内拔出时,都必须克服斥力或引力做机械功,实际上,正是这部分机械功转化成感应电流所释放的焦耳热.
设想感应电流的效果不是反抗引起感应电流的原因,那么在上述例子里,将磁棒插入或拔出的过程中,既对外做功,又释放焦耳热,这显然是违反能量守恒和转化定律的[此处图片未下载成功]因此,感应电流只有按照楞次定律所规定的方向流动,才能符合能量守恒和转化定律.
4涡电流和电磁阻尼(1)涡电流在许多电磁设备中常常有大块的金属存在(如发电机和变压器中的铁芯),当这些金属块应电流.
例如,处在变化的磁场[此处图片未下载成功]薄壳的磁通量都在不断地变化,所以沿着://www.
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com/doc/b640086476f75c93fe028058par一层层的壳壁产生感应电流.
从铁芯的端电流的流线呈闭合的涡旋状,因而这种感应电流叫做涡电流,简称为涡流.
(2)涡电流的应用由于大块金属的电阻很小,因此涡流可达非常大的强度.
强大的涡流在金属内流动时,会释放出大量的焦耳热.
工业上利[此处图片未下载成功]用这种热效应,制成高频感应电炉来冶炼金属.
高频感应电炉的结构原理见图5-9.
在坩埚的外缘绕有线圈,当线圈同大功率高频交变电源接通时,高频交变电流在线圈内激发很强的高频交变磁场,这时放在坩埚内的被冶炼的金属因电磁感应而产生涡流,释放出大量的焦耳热,结果使自身熔化.
这种加热和冶炼方法的独特优[此处图片未下载成功]点是无接触加热.
把金属和坩埚等放在真空室加热,可以使金属不受沾污,并且不致在高温下氧化;此外,由于它是在金属内部各处同时加热,而不是使热量从外面传递进去,因此加热的效率高,速度快.
高频感应电炉已广泛用于冶炼特种钢、难熔或活泼性较强的金属,以及提纯半导体材料等工艺中.
[此处图片未下载成功](3)涡流损耗涡流所产生的热在某些问题中非常有害.
在电机和变压器中,为了增大磁感应强度,都采用了铁芯,当电机或变压器的线圈中通过交变电流时,铁芯中将产生很大的涡流,白白损耗了大量的能量(叫做铁芯的涡流损耗),甚至发热量可能大到烧毁这些设备.
为了减小涡流及其损失,通[此处图片未下载成功]常采用叠合起来的硅钢片代替整块铁芯,并使硅钢片平面与磁感应线平行.
以变压器的铁芯为例来说明.
变压器中间的矩形铁芯,铁芯的两边绕有多匝的原线圈(或称初级绕组)A和副线圈(或称次级绕组),电流通过线圈所产生的磁感应线主要集中在铁芯中.
磁通量的变化除了在原、副线圈内产生感应电动势之外,也将[此处图片未下载成功]://www.
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com/doc/b640086476f75c93fe028058par在铁芯的每个横截面(例如CC截面)内产生循环的涡电流.
若铁芯是整块的,对于涡流来说电阻很小,因涡流而损耗的焦耳热就很大;若铁芯用硅钢片制作,并且硅钢片平面与磁感应线平行,一方面由于硅钢片本身的电阻率较大,另一方面各片之间涂有绝缘漆或附有天然的绝缘氧化层,把涡流限制在各薄片内,使涡流大为减小,从而减少了电能的损耗.
[此处图片未下载成功](4)电磁阻尼涡流除了热效应外,它所产生的机械效应在实际中有很广的应用,可用作电磁阻尼.
为了说明电磁阻尼的原理,把铜(或铝)片悬挂在电磁铁的两极间,形成一个摆.
在电磁铁线圈未通电时,铜片可以自由摆动,要经过较长时间才会停下来.
一旦当电磁铁被励磁之后,由于穿过运动导[此处图片未下载成功]体的磁通量发生变化,铜片内将产生感应电流.
根据楞次定律,感应电流的效果总是反抗引起感应电流的原因,因此,铜片摆锤的摆动便受阻力而迅速停止.
在许多电磁仪表中,为了使测量时指针的摆动能够迅速稳定下来,就是采用了类似的电磁阻尼.
电气火车中所用的电磁制动器也是根据同样的道理制成的.
涡流的电磁阻尼作用是一种阻碍相对运动的作用.
[此处图片未下载成功]5趋肤效应在直流电路里,均匀导线横截面上的电流密度是均匀的.
但在交流电路里,随着频率的增加,在导线截面上的电流分布越来越向导线表面集中.
图5-10所示,图5-10趋肤效应图[此处图片未下载成功]为一根半径R=0.
1厘米的铜导线横截面上电流密度分布随频率变化的情况.
可以看出,在=1千周的情况下,导线轴线和表面附近电流密度的差别还不太大,但当=100千周时,电流已很明显地集中到表面附近了.
这种现象叫做趋肤效应.
[此处图片未下载成功]讨论:(1)趋肤效应使导线的有效截面积减小http://www.
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com/doc/b640086476f75c93fe028058从而使它的等效电阻增加.
了,在高频下导线的电阻会显著地随频率增加.
为了减少这种效应,频率不太大(f10-l00千周)常采用辫图5-11趋肤效应的说明线,即用相互绝缘的细[此处图片未下载成功]导线编织成束来代替同样总截面积的实心导线.
而高频线圈所用的导线表面还需镀银,以减少表面层的电阻.
(2)趋肤效应在工业上可用一于金属的表面淬火.
用高频强电流通过一块金属,由于趋肤效应,它的表面首先被加热,迅速达到可淬火的温度,而内部温度较低.
这时立即淬火使之冷却,表面就会变得很[此处图片未下载成功]硬,内部仍保持原有的韧性.
(3)严格地说,趋肤效应本质上是衰减电磁波向导体内传播引起的效应,但是在趋肤效应不太显著的情况卜,可作如下粗浅说明.
如图5--11所示,当一根导线中有电流I0通过时,在它周围产生环形磁场B.
当I0变化时,B也跟着变化.
变化的磁场在导体内产生感应电动势和涡流I0如[此处图片未下载成功]果分析一下涡流I1和原来的电流I0在各瞬时的方向,将会看出,在一个周期的大部分时间里,轴线附近I1和I0方向相反,表面附近I1和I0方向相同.
于是在导线横截面上电流密度的分布将是边缘大于中心,从而产生趋肤效应.
要仔细地分析这个问题,必须考虑涡流I1和原来电流I0的位相关系.
定量地描述趋肤效应的大小,通常[此处图片未下载成功]引用趋肤深度的概念.
令d代表从导体表面算起的深度,计算表明,电流密度j随深度d的增加按指数律衰减:j0edds,(5-4)其中j0代表导体表面的电流密度,ds是一个具有长度量纲的量,它代表电流密度已减小http://www.
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com/doc/b640086476f75c93fe028058到的1/0≈37%时的深度,叫做趋肤深度.
e[此处图片未下载成功](4)理论计算表明,趋肤深度由下式决定:503ds(5-5)0f2这里f2是频率.
上式表明,趋肤深度与频率f、电导率和磁导率的平方根成反比.
定性地看,交流电的频率越高,感生的电动势就越大;导体的电导率越大,即它的电阻率越小,产生的涡流也越大.
这都会使得趋肤效应变得显著,即趋肤深度变[此处图片未下载成功]小.
上式所反映的就是这个道理.
§5-2动生电动势和感生电动势A为了对电磁感应现象有进一步的了解,下面按照磁通量变化原因的不同,分为两种情况具体讨论.
图5-12动生电动势[此处图片未下载成功]1)在稳恒磁场中运动着的导体内产生感应电动势,2)导体不动.
因磁场的变化产生感应电动势,前者叫做动生电动势,后者叫做感生电动势.
1.
动生电动势动生电动势可看成是洛伦兹力所引起的.
如图5-12,当导体以速度v向右运动时,[此处图片未下载成功]导体内的自由电子也以速度v跟随它向右运动.
按照洛伦兹力公式,自由电子受到的洛伦兹力为f=e(vB),式中为电子所带的电量,f的方向如图所示由D指向C.
在洛伦兹力的推动下,自由电子将沿着方向运动,即电流是沿着ABCD方向的.
如果没有固定的导体框与导体CD相接触,洛伦兹力将使自由电子向C聚集,使C[此处图片未下载成功]端带负电,而D端带正电;也就是说把运动的这一段导体看成电源时,C端为负极,D端为正极.
作用在电子上的洛伦兹力是一种非静电性的力.
电动势是反映电源性能的物理量,是衡量电源内部非静电力K大小的物理量.
电动势定义为单位正电荷从负极通过电源内部移动到http://www.
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com/doc/b640086476f75c93fe028058正极的过程中,非静电力[此处图片未下载成功]所做的功.
在这里,非静电力就是作用在单位正电荷上的洛伦兹力:fvBKe于是,动生电动势就是KdIvBdI(5-6)DC在图5-12情形,由于vB,而且单位正电荷受力的方向,即(vB)的方向[此处图片未下载成功]d与dI方向一致,上式积分化为.
vBdlBlvCD这一结果与上节例题1通过回路磁通量变化所计算的结果相同.
讨论:1)从以上的讨论可以看出,动生电动势只可能存在于运动的这一段导体上,而不动的那一段导体上没有电动势,它只是[此处图片未下载成功]提供电流可运行的通路,如果仅仅有一段导线在磁场中运动,而没有回路,在这一段导线上虽然没有感应电流,但仍可能有动生电动势.
至于运动导线在什么情况下才有动生电动势,这要看导线在磁场中是如何运动的.
例如导线顺着磁场方向运动,根据洛伦兹力来判断,则不会有动生电动势;若导线横切磁场方向运动,则有[此处图片未下载成功]动生电动势,因此,有时形象地说成"导线切割磁感应线时产生动生电动势".
2)上面讨论的只是特殊情况(直导线,均匀磁场,导线垂直磁场平移),对于普遍情况,在磁场内安放一个任意形状的导线线圈L,线圈可以是闭合的,也可以是不闭合的,当这个线圈在运动或发生形变时,这一线圈中的任意一小段的的dl都可[此处图片未下载成功]d都可能有一速度v,一般地不同dI的速度v不同,这时在整个线圈中产生的动生电动势为方法.
3)也许会发生这样的问题:由于fv,洛伦兹力永远对电荷不做功,而这里又说://www.
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com/doc/b640086476f75c93fe028058rvBdl.
L(5-7)上式提供了另外一种计算感应电动势的[此处图片未下载成功]动生电动势是由洛伦兹力作功引起的,两者是否矛盾其实并不矛盾,这里的讨论只计及洛伦兹力的一部分.
全面考虑的话,在运动导体中的电子不但具有导体本身的速度v,而且还有相对导体的定向运动速度u,正是由于电子的后一运动构成了感应电流.
因此,电子所受的总的洛伦兹力为euvB[此处图片未下载成功]它与合成速度(uv)垂直,总的洛伦兹力不对电子做功.
然而F的一个分量fevB,却对电子做正功,形成动生电,动势;而另一个分量feuB它的方向沿v,它是阻碍导体运动的,从而作负功.
可以证明两个分量所做的功的代数和等于零.
因此,洛伦兹力的作用并不提供能量,而只是传递能量,即外力克服洛伦[此处图片未下载成功]兹力的一个分量f所作的功通过另一分量f转化为感应电流的能量.
3感生电动势涡旋电场导体在磁场中运动产生动生电动势,其非静电力是洛伦兹力;在磁场变化产生感生电动势的情形里,非静电力又是什么呢实验表明,感生电动势完全与导体的种类和性质无关.
这说明感生电动势是由[此处图片未下载成功]变化的磁场本身引起的.
麦克斯韦分析了一些电磁感应现象之后,敏锐地感觉到感生电动势现象预示着有关电磁场的新效应.
他相信即使不存在导体回路,变化的磁场在其周围也会激发一种电场,叫做感应电场或涡旋电场.
这种电场与静电场的共同点就是对电荷有作用力;与静电场不同之处,一方面在于这种涡旋电场不是由[此处图片未下载成功]电荷激发,而是由变化的磁场所激发;另一方面在于描述涡旋电场的电力线是闭合的,从而它不是保守场(http://www.
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com/doc/b640086476f75c93fe028058或叫位场),用数学式子来表示则有涡旋电场E旋,即E旋dl0,而产生感生电动势的非静电力K正是这一E旋dl.
(5-8)dt[此处图片未下载成功]涡旋电场的存在已为许多实验所证实,下面将要介绍研究核反应所用的电子感应加速器就是例证.
在一般的情形下,空间的总电场E是静电场E位(它是一个保守场或位场)和涡旋电场E旋的迭加,即E=E位E,旋(5-9)[此处图片未下载成功]其中E位dl0,所以感生电动势又可写成E位E旋dlE,dl另一方面,按照法拉第电磁感应定律,dBdBdSdtdtS式中的面积分的区间S是以环路L为周界的曲面.
当环路不变动时,可以将对时[此处图片未下载成功]间的微商和对曲面的积分两个运算的顺序颠倒,则得BdSEdlt.
(5-10)LS此式是电磁学的基本方程之一.
d0或变化,dt在稳恒的条件下,一切物理量不随时间,B0,式(510)变为tEdl0L[此处图片未下载成功]这便是静电场的环路定理.
由此可见,式(510)是静电场的环路定理在非稳恒条件下的推广.
最后应当指出,上面把感应电动势分成动生的和感生的两种,这种分法在一定程度上只有相对的意义.
例如在图5-2所示的情形,如果在线圈为静止的参照系http://www.
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com/doc/b640086476f75c93fe028058内观察,磁棒的运动引起空间磁场的变化,线[此处图片未下载成功]圈中的电动势是感生的.
但是如果我们在随磁棒一起运动的参照系内观察,则磁棒是静止的,空间的磁场也未发生变化,而线圈在运动,因而线圈内的电动势是动生的.
所以,由于运动是相对的,就发生了这样的情况,同一感应电动势,在某一参照系内看,是感生的,在另一参照系内看,变成动生的了.
然而,我们也必须看[此处图片未下载成功]到,坐标变换只能在一定程度上消除动生和感生电动势的界限.
在普遍情况下不可能通过坐标变换把感生电动势完全归结为动生电动势,反之亦然.
[此处图片未下载成功]例题:一无限长直导线载有5.
0A直流电流,旁边有一个与它共面的矩形线圈ABCD,已知l=20cm,a=10cm,b=20cm;线圈共有N=匝,以v=3.
Om/s的速度离开直导线,如图所示.
试求线圈里的感应电动势的大小和方向.
解:由于I为稳恒电流,所以它在空间各点产生的磁场为稳恒磁场.
当矩形线圈ABCD[此处图片未下载成功]运动时,不同时刻通过线圈的磁通量发生变化,故有感应电动势产生.
取坐标系如图(a)所示.
设矩形线圈以速度v以图示位置开始运动,则经过时间t之后,线圈位置如图(b)所示,取[此处图片未下载成功]面积元ds=ldx,距长直导线的距离为x,按无限长直载流导线的磁感应强度公式知,的大小为0IB2x通过该面积元的磁通量为0IdBdSldx2x[此处图片未下载成功]于是通过线圈的磁通量为bvtI0Ibvtldx0thttp://www.
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com/doc/b640086476f75c93fe028058dldxavt2x2avtx0Ilbvtln2avt由法拉第电磁感应定律可知,N匝线圈内的感应电动势为Nd0lINavtavtvbvtv2dt2bvtavt0lINavtvbvtvbvtavt2[此处图片未下载成功]令=0,并代人数据,则得线圈刚离开直导线时的感应电动势dNdtt00lIN110NlIvba()2ab2ab1071030.
25.
03.
00.
20.
120.
10.
23.
0103(V)按楞次定律可知的方向为图(b)中的顺时针方向.
[此处图片未下载成功]讨论:这是法拉第电磁感应定律的直接应用.
当线圈中的磁通量发生变化时,在线圈中就会激发出感应电动势,对于闭合线圈,就会在其内部产生感应电流.
求解这类问题的关键是确定磁通量的变化关系.
[此处图片未下载成功]例题:如图(a)所示,无限长直导线中的电流为I,在它附近有一边长为2a的正方形线圈,可绕其中心轴OO以匀角速度旋转,转轴OO与长直导线[此处图片未下载成功]的距离为b.
试求线圈中的感应电动势.
解由于线圈ABCD在磁场中旋转,穿过其上的磁通量发生变化,则由法拉第电磁感应定律可知,将在线圈中产生感应电动势,当线圈转过任意http://www.
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com/doc/b640086476f75c93fe028058角度t时,如图(b)所示,这时通过线圈的磁通量与通过=0位置时某一等效线圈的两侧磁通量相等,此等效线圈的两侧边分别与长直[此处图片未下载成功]导线相距r1和r2,则通过此等效线圈的磁通0aIr2dBdSlnSr1式中r1,r2可由余弦定理求得量为ab2abcosab2abcost212222ab2abcosab2abcost22222[此处图片未下载成功]代入上式,得0aIa2b22abcostln2ab22abcost不难看出,随时间变化.
于是,线圈中的感应电动势为ddt0a2bI11(22)sint22ab2abcostab2abcost[此处图片未下载成功]的方向作周期性变化.
本题关键是确定线圈ABCD的磁通量变化关系,再由法拉第电磁感应定律,确定出线圈中的感应电动势.
[此处图片未下载成功]4电子感应加速器前面提到,即使没有导体存在,变化的磁场也在空间激发涡旋状的感应电场.
电子感应加速器便应用了这个原理.
电子加速器是加速电子的装置.
它图5-13(a)的主要部分如图5-13所示,划斜线区域为电磁铁[此处图片未下载成功]的两极,在其间隙中安放一个环形真空室.
电磁铁用频率约每秒数十周的强大交变电流来励磁,使两极间的磁感应强度B往返变化,从而在环形室内感应出很强的涡旋电http://www.
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com/doc/b640086476f75c93fe028058场.
用电子枪将电子注入环形室,图5-13(b)它们在涡旋电场的[此处图片未下载成功]作用下被加速,同时在磁场里受到洛伦兹力的作用,沿圆形轨道运动.
在励磁电流交变的一图5-141个周期中,只有4区间能用于加速电子.
下面我们分析一下这个问题.
如图5-14,把磁场变化的一个[此处图片未下载成功]周期分成四个阶段,在这四个阶段中磁场B的方向和变化趋势各不相同,因而起的涡旋电场的方向也不相同,如图中所示.
图5-14所示的情况下,为使电子得到加速,涡旋电场应是顺时针方向,即磁场1的第一个或第四个周期可以用来加速电4子;其次,为使电子不断加速,必须维持电子沿圆形轨道运动,电子受磁场的洛伦[此处图片未下载成功]兹力应指向圆心.
可以看出,只有第一或第二个周期的区间才能做到.
统观考虑,只有在磁场变化的第一个1周期的区间内,44电子才能在涡旋电场的作用下不断加速.
因此,连续将电子注入,在每第一个周1期末,利用特殊的装置将电子束引离轨道4射在靶上,即可进行试验.
电子感应加速器的另一个基本问题是如何使电子[此处图片未下载成功]维持在恒定的圆形轨道上加速,这对磁场的径向分布有一定的要求.
设电子轨道处的磁场为BR,电子作圆形轨道运动时所受的向心力为洛伦兹力,因此,evBRR,得ReBR.
(5-11)[此处图片未下载成功]式(5.
11)表明,只要电子动量随磁感应强度成比例地增加,就可以维持电子在一定的轨道上运动.
[此处图片未下载成功]§5-3互感和http://www.
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com/doc/b640086476f75c93fe028058自感Mutualinductanceandselfinductance[此处图片未下载成功]§5-4暂态过程当一个自感与电阻组成LR电路,在0跃变到或跃变到0的阶跃电压的作用下,由于自感的作用,电路中的电流不会瞬间跃变;与此类似,电容和电阻组成的RC电路在阶跃电压的作用下,电容上的电压也不会瞬间跃变.
这种在阶跃电压作用下,从开始发生变化到逐渐趋于定态的过[此处图片未下载成功]程叫做暂态过程.
暂态过程的产生可以看成是由于物质所具有的能量不能跃变.
自然界任何物质在一定的恒定状态下都具有一定的能量,条件改变时能量随之改变,但是能量的积累或衰减需要一定的时间.
电路中电感元12件所储的磁能为合Li,在跃变电压的作2用下磁能不能跃变,因而电感里的电流i[此处图片未下载成功]12不能跃变;电容元件所储的电能为奋2Cu,在跃变电压的作用下电能不能跃变,因而电容上的电压u不能跃变.
虽然暂态过程在时间上并不算长,但在不少实际工作中却颇为重要.
例如在研究脉冲电路时,经常要遇到电子器件的开关特性和电容的充放电,它们就是在脉冲的跃变信号作用下的暂态过程;在电子技术中也常利[此处图片未下载成功]用电路中的暂态过程来改善和产生特定的波形;此外电路中的暂态过程会产生过电压或过电流,导致电气设备或器件遭受损坏,这是必须要预防和消除的.
通常暂态过程延续一定的时间,变化不快,可以看成是准恒的,因此欧姆定律和基尔霍夫方程组都适用,它们是解决暂态过程问题的理论基础.
本节将研究暂态过程的一些基本特性.
[此处图片未下载成功]电动势LL,dt按照楞次定律,这个电动势是反抗电流增加的.
设电源的电动势为,内阻http://www.
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com/doc/b640086476f75c93fe028058为0,接通电源后,在任何瞬时电路中总的电动势为LL,dt[此处图片未下载成功]按欧姆定律得LiR,dtdiLiR.
或(5-13)dt这就是电路中变化着的瞬时电流i所满足的微分方程,它是一个一阶线性常系数非齐次的微分方程,可用分离变量法求解.
[此处图片未下载成功]将它写成dtLiR,对上式两边积分,得R,lnitKLR或RK1etL,(5-14)式中K1为积分常数,需由初始条件t=0时的[此处图片未下载成功]电流值确定.
我们选取接通电源的时刻作为计时的零点.
从物理上来看,在未接通电源之前,电流中不存在电流;接通电源之后,电感线圈中的电流增加,随即产生反方向的感应电动势阻碍电流的增加.
因此,在接通电源的开始,电流只能从0逐渐增加而不能跃变,将初始条件代人.
(5.
39)式,得积分常数K1方程式R[此处图片未下载成功](5-15)满足初始条件的解则为Rti1eL.
R(5-15)如图5一16a,按照(5-15)式画出不同L/R比值下电流i随时间t的变化曲线.
可以看出,接通电源后,i是经过一指数增长过程逐渐达到恒定值I0/R的.
电路的L/R比值不同,达到恒定值的过程持续的[此处图片未下载成功]时间不同.
比值Lhttp://www.
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com/doc/b640086476f75c93fe028058/R具有时间的量纲,用表示,即=L/R.
由(5.
40)式可以看出,当t时1iI01e0.
63I,0也就是说,等于电流从0增加到恒定值的63%所需的时间.
当t=5时,由(5-15)式算出i=0.
994I0,可以认为,经过5这段时间后,暂态过程已基本结束.
由此可[此处图片未下载成功]见,=L/R是标志LR电路中暂态过程持续时间长短的特征量,叫做LR电路的时间常量.
L愈大,R愈小,则时间常量愈大,电流增长得愈慢.
图5-16LR电路的暂态曲线在图5-15中将开关[此处图片未下载成功]K由1很快拨向2,作用在LR电路上的阶跃电压从到0,但电流的变化所产生的自感电动势使电流还将延续一段时间.
这时按照欧姆定律,电流i所满足的微分方程为或(5-16)LiRdtLiR0.
dt[此处图片未下载成功]将(5-16)式改写成两边积分后可得R,dtiL图5-16LR电路的暂态曲线K2etL,(5-17)式中K2的积分常量需由初始条件确定.
在K拨向2之前,电路中的电流为i=/R;将[此处图片未下载成功]K由1很快拨向2时,电路中的外加电动势由变为0,电流的减小在线圈中产生的自感电动势将阻止电流减小.
因此在K与2短接的开始,电流从i=/R逐渐减小,即初(5-17)式,得K2/R.
于是,方程式=http://www.
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com/doc/b640086476f75c93fe028058(5-16)满足初始条件的解则为RtRL(5-18)ieL始条件为t=0时,i0=/R.
将初始条件代人[此处图片未下载成功](5-18)式表明,将电源撤去时,电流下降也按指数递减,递减快慢用同一时间常量=L/R来表征(参看图5-16b).
总之,LR电路在阶跃电压的作用下,电流不能跃变,电流滞后一段时间才趋于恒定值,滞后的时间由时间常量志.
=L/R标[此处图片未下载成功]2RC电路的暂态过程RC电路的暂态过程也就是RC电路的充放电过程.
在图5-17所示的电路中如将电键K接到位置1,则电容器被充电,这时图5-17RC电路电源电动势应为[此处图片未下载成功]电容器C两极板上电压与电阻R上电势降落之和,即iR,(5-19)Ci为电路中的瞬时电流.
当把电键接到位置2时,电容器C通过电阻R放电.
这时电路的方程为中未接电源,令上式中=0,则得放电时iR0,C(5-20)[此处图片未下载成功]将i=dq/dt代人(5-19)式和(5-20式,得1RqdtC(5-21),(5-22)dq1Rq0(5-21)式和(5-22)式都是电量q的一阶dtC常系数常微分方程.
在RC电路中电容器内的电量q只能逐渐增减而不能跃变.
在[此处图片未下载成功]充电的开始电容器极板上没有电荷,因此,充电过程的初始条件为t=0时q=0;0在放电开始时,电容器极板上已经充有q=C0的电荷,放电过程的初始条件为t=0时q=Chttp://www.
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com/doc/b640086476f75c93fe0280580,采用与前相同的方法可求得(5-21)式和(5-22)式满足各自初始条件的解[此处图片未下载成功]分别为放电充电C(1eqCe1tRCtRC,.
(5-23)图5-18a、b中分别画出充电和放电时电容器极板上电量q图5-18RC电路的暂态曲线随时间变化的曲线[此处图片未下载成功]可以看出,RC电路的充电和放电过程按指数规律变化,充放电过程的快慢由=RC的大小表示,RC愈大,充电和放电过程愈慢.
=RC值称为RC电路的时间常量.
例如当R=1k,C=1F时,时间常量RC=110=110s=1ms.
3F10由于电容器上的电压为u=q/C,因此,36[此处图片未下载成功]电容器上电压uC在充放电时的变化规律与q一样不能跃变,只能逐渐变化.
变化的快慢由时间常量RC表示.
充放电时的电流以及电阻上的电压降都可以根据以上结果进行讨论.
RC电路的暂态过程在电子学,特别是脉冲技术中有广泛的应用.
LR电路和RC电路的暂态过程有一些共[此处图片未下载成功]同特点:(1)应该抓住暂态过程的起始状态、终态和中间过程三个环节.
起始状态取决于初始条件,终态是恒定态,它们需要根据具体情况通过物理上的分析来确定;的快慢由电路的参数所决定的时间常量表征.
(2)中间过程是负指数变化过程,变化[此处图片未下载成功](3)对于其它更复杂电路中的暂态过程,抓住上述三个环节,往往也能作出://www.
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com/doc/b640086476f75c93fe028058ar一些定性的结论.
2LCR电路的暂态过程现在讨论LCR电路的暂态过程.
电路如图5-19所示,与上述RC和LR电图5-19LCR电路路类似,这个电路[此处图片未下载成功]的微分方程为q(K接于1),LiRdtC0(K接于2).
其中i=dq/dt,代人上式,得qdqq,L2R(5.
24)dtC0.
dt2这是二阶线性常系数常微分方程,在附录[此处图片未下载成功]中专门介绍了这类方程式的解,这里就直接引用那里的结果.
附录C中研究的方程是dxdxa2bcxd,dtdt2与(5.
24)式对比一下可以看出,两式变量和系数的对应关系是xq,tt,1aL,bR,c,d.
C[此处图片未下载成功]附录中指出,这方程式解的形式决定于阻尼度1.
2ac根据上面的对应关系,电路方程(5.
24)的阻尼度为C.
2L(5-25)[此处图片未下载成功]中q随时间t变化的曲线.
图中三条曲线对应>1、=1和1三种情形.
这三种情<形分别称为过阻尼、临界阻尼和阻尼振荡.
下面着重从能量的角度定性讨论LCR电路放电过程的特点,说明过阻尼、临界阻尼和阻尼振荡的含义.
)电容和电感是储能元件,其中能量的转换是可逆的,而电阻是耗散性元件,[此处图片未下载成功]其中电能单向地转化为热能.
阻尼度与电阻成正比,的大小反映http://www.
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com/doc/b640086476f75c93fe028058着电路中电磁能耗散的情况.
首先我们看电路中R=0的情形,此时=0.
放电过程开始时,电容器中原来积累的电量减少,线圈中的电流增大,这时电容器中储存的静电能转化为电感元件中的磁能.
当电容器中积累的电量释放完毕时,全部静电能转化为磁能,[此处图片未下载成功]电路中的电流在自感电动势的推动下持续下去,使电容器反向充电,于是,磁能又转化为电能.
如此的过程反复进行下去,形成等幅振荡.
振荡的频率0.
和周期T0分别为02,LC2LC.
(5-26)0和T0分别称为电路的自由振荡频率和自[此处图片未下载成功]由振荡周期.
)如果电路中的电阻不太大使得<1,每当电流通过电阻时,便消耗掉一部分能量,振荡的振幅逐渐衰减,这便是阻尼振荡情形,其振荡频率和周期T分别为12R2,(5-27)LC4L[此处图片未下载成功]1R2LC4L2.
(5-28)当电阻增大时,振荡的周期增大,衰减的程度增加.
4)当电阻的数值达到一定的临界值,使得=1时,(5.
56)式中周期T趋于无穷大,这表明衰减的过程不再具有周期性,[此处图片未下载成功]这便是临界阻尼情形.
)当电阻再大使得>1时,放电过程进行得更缓慢,这便是过阻尼情形.
[此处图片未下载成功]学习目的与要求:富氧与富氧反应掌握冶金中富氧反应的特点.
结合冶金中富氧反应的实例,了解富氧在冶金中运用http://www.
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com/doc/b640086476f75c93fe028058的意义.
掌握气体变压吸附制氧技术.
了解典型变压吸附设备的结构及工作原理.
了解变压吸附的特点.
掌握深冷蒸馏法制氧技术.
了解深冷蒸馏法制氧设备的结构及工作原理.
了解深冷蒸馏法制氧的特点.
[此处图片未下载成功]11.
1冶金中的富氧反应(1)化学反应速度加快,强化生产金隆闪速炉97年4月8日开始工业性生产试验,同年11月试验结束转入正式生产.
一年内,生产能力和主要技术经济指标达到或超过预期水平.
充分显示了冷风富氧闪速熔炼生产能力大、能耗低、环保好的优点.
熔炼系统生产能力已超过计划能力20%.
提出"常温富氧送风节能"新概念,攻克常温送风下生料技术关键,实现常温送风闪速炼铜.
形成闪速炉熔炼的"高投料量,高冰铜品位,高富氧浓度,高热强度"发展趋势.
[此处图片未下载成功]几种反应器中的化学反应速度与氧浓度的关系[此处图片未下载成功](2)节能降耗,节约生产高炉熔炼采用鼓富氧后,鼓风中氧浓度每增加1%,产量可以提高3%~5%.
充分显示了富氧熔炼生产能力大、能耗低、环保好的优点.
鼓风中氧浓度每增加1%,可以降低焦比约1%.
改善燃料喷吹效果.
鼓风中氧浓度每增加1%,可以提高喷吹率6%.
氧浓度%焦比kg/tFe喷吹率%21.
0041226.
623.
7234440.
624.
2232845.
0综合冶炼强度t/(m3·d)1.
2201.
4991.
585[此处图片未下载成功](3)降低废气排放,绿色生产鼓风中氧浓度每增加1%,可以降低废气量约4%.
鼓风中氧浓度每增加1%,废气含尘处理量可以下降约5%.
鼓风中氧浓度每增加1%,可以降低修炉废料排放量12%.
在炼钢过程中,还需要鼓入工业纯氧.
[此处图片未下载成功](4)氧气使惰性矿物在水溶液中的反应成为现实金属硫化物在酸性浸出过程中,鼓入液体中氧浓度://www.
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com/doc/b640086476f75c93fe028058par每增加10%,可以提高反应速度约20倍.
金属硫化物在酸性浸出过程中,鼓入液体中氧浓度一定时,反应温度每增加10℃,可以提高反应速度约5倍.
金属硫化物在酸性浸出过程中,鼓入液体中氧浓度一定时,催化剂可以提高反应速度.
硫化物在酸性浸出时通常需要鼓入工业纯氧.
[此处图片未下载成功](4)富氧反应的负面作用澳斯麦特熔炼工艺的基础是一种直立浸没式喷枪,称为赛洛喷枪,采用富氧反应,大大强化热量传递、质量传递和化学反应的速率.
该工艺可以采用一台炉间断作业,也可采用两台炉(一台氧化,一台还原)连续作业.
顶吹炉是一个固定立式圆筒形炉子,设有一个浸没式喷枪供给炉子的富氧或部分燃料,顶吹炉补热所用的燃料为气体、液体或固体,不同燃料加入方式不一样.
但富氧会使熔炼炉渣中的Fe3O4含量超过极限(10%),处理不当就产生泡沫渣喷炉.
[此处图片未下载成功]反应系统的安全性富氧空气的预热温度酸性溶液中钛材与氧气发生爆炸性燃烧.
因此,要求带料通氧.
[此处图片未下载成功]11.
2深冷蒸馏制氧技术深冷法的概况空气的液化空气的分离制氧设备深冷法典型装置[此处图片未下载成功]11.
3变压吸附制氧技术吸附是一种表面现象,指多孔固体吸附剂与流体相接触时溶质选择性传递的过程.
分为四种类型:①选择性吸附.
②分子筛效应.
③通过微孔的扩散.
④微孔中的凝聚.
[此处图片未下载成功]吸附、离子交换和色谱通称为吸着操作.
在这个操作中,流动相中的溶质选择性地传递到不溶性固体吸着剂颗粒上.
吸附:气体净化.
例铝电解产出含氟烟气的净化.
气体分离.
例变压吸附产出富氧或纯氢气.
溶液净化.
除去主金属以外的少量杂质.
溶液主体分离.
氰化液中提取金离子交换:水软化和水的脱盐从发酵液中回收抗生素从溶液中回收稀少元素色谱:糖的分离香料拼料的分离Chttp://www.
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com/doc/b640086476f75c93fe0280584-C10正构和异构链烷烃的分离[此处图片未下载成功]11.
3.
1吸附平衡——描述吸附等温线的方程亨利定律Langmuir等温方程Freundlich等温方程Gibbs等温方程Polanyi吸附势理论kpqq1kp=k'·p或q=k·C=k·1/npRTpq==R·ln(Po/P)T·Dubinin-Raduskeich方程[此处图片未下载成功]11.
3.
2吸附动力学和传递吸附机理:吸附质从流体主体通过分子扩散与对流扩散穿过边界层到吸附剂表面(外扩散);吸附质通过孔扩散从吸附剂的外表面传递到微孔的内表面(内扩散);吸附质沿孔表面扩散;吸附质被吸附在孔表面.
[此处图片未下载成功]Q4Q3吸附量EDC吸附量Q3EDCA压力真空P大气压P2压力B升压;B-C吸附;C-D顺放;D-E逆放;E-A吹扫B升压;B-C吸附;C-D顺放;D-E逆放;E-A抽空[此处图片未下载成功](2)连续逆流吸附逆流操作提供了最大的传质推动力.
连续吸附设备为移动床或模拟移动床.
[此处图片未下载成功]流程简单,常温运行,设备便易,投资少;吸附法的特点:全自动控制,制氧快速,能耗低,生产1M3氧气的能耗只有0.
4KWHhttp://www.
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com/doc/b640086476f75c93fe028058;产品单一,不能同时生产氧和氮;纯度低,氧纯度只有90%~93%;分子筛体积大,不适合大型化生产,一般用在小于4000M3/H氧气的场合;分子筛切换时间太短(两分钟),系统容易出故障,不适合连续运转.
[此处图片未下载成功]11.
4制氧技术比较电解法:将水电解而产生氧气:2H2O=O22H2化学法:将氯酸钾加热分解出氧气,1公斤氯酸钾能放出270升氧气;氧化钡加热生成过氧化钡,再加热放出氧气,2BaOO2=2BaO22BaO2=2BaOO2,1公斤氧化钡可以制取100升氧气.
空气分离法:深冷法、变压吸附法和膜分离法.
深冷法将空气压缩、冷却,使空气饱和液化,利用氧、氮组分的沸点差,用精馏的方法将氧氮分离,从而获得高纯度的氧和氮.
低温法是实现空气分离是深冷与精馏的组合,是目前应用最为广泛的空气分离方法,在国内外的制氧行业中占统治地位.
[此处图片未下载成功]水电解的特点:可以同时生产氧气和氢气;较危险,氢气属于易燃易爆气体;每生产1M3的氧气同时可以生产氢气2M3;纯度高;耗电量大,每生产1M3的氧气耗电量约12~15度;不适宜大量生产氧气.
化学法的特点:原料贵重,消耗量大;生产能力小;不适宜大量生产氧气.
[此处图片未下载成功]低温法(深冷法)的特点:产量大:目前国内最大的制氧机在宝钢,制氧能力为72000M3/h,国外最大的制氧机在巴西,制氧能力为110000M3/h.
氧气和氮气纯度高:氧气的纯度可达99.
6%以上,氮气纯度可达99.
999%;电耗低;适宜大规模生产;可以同时生产氩气等稀有气体.
[此处图片未下载成功]冶金新技术——稀贵金属冶金新技术2008年稿[此处图片未下载成功]11X.
0离子交换理论(1)离子交换速度离子交换过程:http://www.
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com/doc/b640086476f75c93fe028058①离子从溶液主体向颗粒表面扩散,穿过颗粒表面液膜.
②穿过液膜的离子继续在颗粒内交联网孔中扩散,直至达到某一活性基团位臵.
③目的离子和活性基团中的可交换离子发生交换反应.
④被交换下来的离子沿着与目的离子运动相反的方向扩散,最后被主体水流带走.
上述几步中,交换反应速率与扩散相比要快得多.
因此总交换速度由扩散过程控制.
由Fick定律,扩散速度可写成dq/dtDc1c2/[此处图片未下载成功](2)影响离子交换扩散速度的因素1.
树脂的交联度越大,网孔越小,则内扩散越慢.
2.
树脂颗粒越小,由于内扩散距离缩短和液膜扩散的表面积增大,使扩散速度越快.
3.
溶液离子浓度是影响扩散速度的重要因素,浓度越大,扩散速度越快.
4.
提高水温能使离子的动能增加,水的粘度减小,液膜变薄,这些都有利于离子扩散.
5.
交换过程中的搅拌或流速提高,使液膜变薄,能加快液膜扩散,但不影响内孔扩散.
6.
被交换离子的电荷数和水合离子的半径越大,内孔扩散速度越慢.
[此处图片未下载成功]离子交换过程通常分为五个阶段:待交换离子从溶液扩散通过颗粒表面外层的液膜——膜扩散;进入颗粒,在颗粒内部孔隙内进行扩散——粒扩散;达到交换位置后进行交换——交换反应;交换下来的离子经过微孔扩散达到交换剂颗粒外表面——粒扩散;从交换剂表面穿过液膜而扩散进入溶液中——膜扩散.
[此处图片未下载成功](3)离子交换剂离子交换剂是一种带有可交换离子(阳离子或阴离子)的不溶性固体物.
离子交换剂是由骨架(母体)和交换基团所组成.
通常根据母体(骨架)材质,可分为有机和无机两大类.
无机离子交换剂(沸石天然合成)有机离子交换剂(煤、褐煤及泥煤天然合成)[此处图片未下载成功](4)离子交换的工艺离子交换反冲洗再生清洗交换阶段是利用离子交换树脂的交换能力,从http://www.
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com/doc/b640086476f75c93fe028058废水中分离脱除需要去除的离子的操作过程.
反冲洗阶段反冲洗是在离子交换树脂失效后,逆向通入冲洗水和空气.
其目的一是松动树脂层,使再生液能均匀渗入层中,与交换剂颗粒充分接触;二是把过滤过程中产生的破碎粒子和截留的污物冲走.
树脂层在反冲洗时要膨胀30~40%.
经反洗后,便可进行再生.
[此处图片未下载成功](5)离子交换设备间歇式把交换剂与被处理溶液混合加以适当搅拌,使之达到交换平衡.
设备简单,操作要求不严,常用于实验室及小批量废水处理中.
固定床离子交换交换剂置于交换柱内不动,被处理液不断流过树脂层进行交换,当树脂失去交换能力后,需进行反洗和再生.
按操作方式的不同,交换柱也有单床、多床、复床、混合床、联合床之分.
单床:只有一根交换柱,内装一种树脂.
多床:多个单床串联,较单床交换的效率高、效果耗.
复床:阳离子交换柱与阴离子交换柱串联使用.
混合床:在一个柱内装有混合的阳离子交换树脂和阴离子交换树脂的混合物.
联合床:复床和混合床联合使用.
[此处图片未下载成功]11X.
1离子交换的应用除去杂质用强碱性阴离子交换树脂净化Na2WO4溶液中的杂质As、P、Si、Sn等离子转换废水处理从金的氰化电镀液中回收金Au(CN)2分离与富集有价金属WO4溶液中的钨钼分离[此处图片未下载成功](1)树脂矿浆法从氰化矿浆中提金树脂矿浆法:是用离子交换树脂从浸出矿浆中提取已溶的组分的工艺方法.
适用:传统氰化工艺难于处理的含有粘土、石墨、沥青页岩、氧化铁等天然吸附剂的矿石和砷金矿石等复杂金矿石.
树脂矿浆法包括:RIP(ResininPulp):氰化浸出后—加树脂吸附提金;RIL(ResininLeach):边氰化浸出,边树脂吸附提金.
[此处图片未下载成功]树脂矿浆工艺的主要设备:帕丘卡氰化搅拌槽http://www.
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com/doc/b640086476f75c93fe028058帕丘卡吸附槽再生柱空气提升器溶液分离器图X-1帕丘卡氰化搅拌槽1-槽体;2-带中间空气提升器的循环器;3-接风机支管;4-加试剂溶液的管头;5-带盖观察和取样孔;6-分散器;7-带盖人孔;8-支管;9-阀门[此处图片未下载成功]图X-3树脂从氰化矿浆中吸附金的典型流程(RIP)矿浆除木屑木屑矿浆10%氰化钠溶液、石灰乳氰化树脂吸附浸出筛分矿浆树脂跳汰饱和载金树脂矿浆检查筛分矿砂矿浆净化工段树脂解吸再生工段树脂在摇床上精选树脂矿砂去再磨去跳汰[此处图片未下载成功]方法一(硫脲溶液解吸)由下列步骤完成:1)洗泥:载金饱和树脂于再生柱中,用热水进行逆洗;(2)载金树脂的解吸)氰化除铁铜:5%NaCN解吸除去树脂中的铁、铜等的氰络合物;R2Cu(CN)32CN2RCN[Cu(CN)3]2R4Fe(CN)64CN4RCN[Fe(CN)6]4)洗涤氰化物:用清水洗除树脂床中的氰化物溶液;4)酸处理除锌、钴:用0.
5%~3%H2SO4解吸除去锌和部分钴的氰络合物并使CN-呈HCN气挥发;5)硫脲溶液解吸金[此处图片未下载成功]方法二(NaSCN溶液解吸)由下列步骤完成:1)反洗:载金饱和树脂于再生柱中,用热水进行逆洗;2)NaSCN溶液解吸金:(2)载金树脂的解吸:Au(CN)2SCNRSCNAu(CN)2)正洗:用硝酸铁水溶液洗除树脂床中的硫氰化物溶液;4)洗涤:用清水洗除树脂床中的硝酸铁溶http://www.
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com/doc/b640086476f75c93fe028058液;5)再生树脂返回吸附[此处图片未下载成功]11X.
2.
1膜分离原理及其设备膜分离:利用膜的选择透过性进行分离或浓缩水中的离子或分子的方法.
常用的膜分离方法及特征:扩散渗析渗析膜电渗析离子交换膜反渗透反渗透膜超滤超滤膜液膜渗析液膜隔膜电解离子交换膜离子选择透过离子选择透过分子选择透过分子选择透过促进迁移离子选择透过浓度梯度电位梯度压力梯度压力梯度浓度梯度电能膜分离技术的特点:无相变;适于热敏性物料.
本节主要介绍反渗透、电渗析和超滤技术及常用设备.
[此处图片未下载成功]11X.
2.
2反渗透法的基本原理及设备1)反渗透原理渗透和反渗透示意图[此处图片未下载成功]2)反渗透装置常用的反渗透装置有四种型式——板式、管式、螺旋卷式和中空纤维式[此处图片未下载成功]11X.
2.
3电渗析法的基本原理及设备1)电渗析原理[此处图片未下载成功]2)电渗析器膜堆:包括阳膜、隔板、阴膜,一个结构单元也叫一个膜对,许多膜对总称为膜堆;电极:包括电极、极水框和导水板电渗析器锁紧装置:其作用是把电极部分和膜堆组成不漏水的电渗析器整体,可采用压板和螺栓拉紧,也可采用液压压紧.
[此处图片未下载成功]11X.
3活性炭吸附技术1934年,用活性炭从浸出矿浆中提取金银,但活性炭无法返回使用;1952年,扎德拉(Zadra)发现:热NaCN溶液可从载金炭上解吸金,这一发现奠定了当代炭浆工艺的基础,使活性炭的循环使用变为现实;简1961年,美国科罗拉多洲卡林顿选金厂首次用炭浆工艺进行小规模生产;史1973年,美国南达科它洲霍母斯特克金矿选矿厂首次用炭浆法进行生产,矿石处理量为2250t/d;之后,在美国、南非、菲律宾、澳大利亚、津巴布韦等http://www.
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com/doc/b640086476f75c93fe028058国相继建成几十座炭浆提金厂;年,我国在灵湖矿和赤卫沟矿建成炭浆提金厂,此后,相继建成十几座炭浆提金厂.
[此处图片未下载成功]X.
3.
1炭浆工艺原则流程图X-4碳浆法回收金的简明设备流程[此处图片未下载成功]炭浆工艺原则流程矿石精矿破碎、磨细粗粒水力旋流器分级电解沉积金泥熔铸合质金阳极电解精炼熔铸金锭或NaOH、冲空气NaCN活性炭浓密机浓缩调整槽调整矿浆pH氰化浸出活性炭吸附尾浆NaCNNaOH载金炭解吸槽解吸解吸炭再生解吸炭解吸贵液[此处图片未下载成功]X.
3.
2活性炭吸附工序(1)浸出前的原料准备含金矿石-破碎-磨矿-分级-选矿-浓缩→~45%矿浆(2)搅拌氰化浸出(在多个串联的冲气机械搅拌槽中进行)~45%浓度的矿浆—冲气、调整pH—氰化浸出;[此处图片未下载成功](3)活性炭逆流吸附在多个串联的活性炭吸附槽中逆流进行.
固定的周边筛槽间筛主要为桥式筛浸没筛矿浆流入下一槽;筛分后活性炭被送至前一槽.
[此处图片未下载成功](4)活性炭的再生活性炭再生的原因:活性炭与矿浆长时间接触,炭粒会吸附各种无机物和有机物,而这些物质即使经过解吸也不可能被除掉,造成炭粒的污染,降低了炭对贵金属的吸附活性.
CaCO3及大部分碱金属络合物;原理:酸洗除去、水洗操作:用稀HCl或HNO3浸洗活性炭,后经中和第一步至中性;注意:过程中可能会产生剧毒的HCN气,应加以防护.
炭粒中的其它无机和有机杂质.
原理:加热活化,除去第二步操作;将活性炭在间接加热的回转窑中隔绝空气加热30.
持续至650度左右,http://www.
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com/doc/b640086476f75c93fe028058分钟,后经风冷或水冷分钟,后经风冷或水冷30.
[此处图片未下载成功]X.
3.
3活性炭从氰化液提金的发展炭浸法氰化提金:金的氰化与金的活性炭吸附作业部分或全部同时进行的提金工艺.
1~2个槽为预浸槽;炭浸法中8~9个槽为浸出吸附槽.
[此处图片未下载成功]磁炭法氰化提金磁性活性炭的制备:粒粘结在一起;(1)将活性炭颗粒与磁性颗(2)将炭粒与磁性颗粒一起制成活性炭粒.
磁炭法氰化提金的操作与炭浆法和炭浸法基本相同,但由于可采用弱磁选机回收浸出吸附尾浆中的载金细粒炭,因此磁炭工艺可克服活性炭易磨损而造成细粒载金炭损失的缺点.
[此处图片未下载成功]黑色金属冶金技术主要内容钢铁基础知识钢铁的冶炼钢铁行业的产业政策电解锰产业可持续发展[此处图片未下载成功]一、钢铁基础知识铁是元素周期表上第26位元素,原子量为55.
85,在大气压下于1534℃熔化,2740℃气化.
固态铁的密度是7870Kg/m3.
高纯度的铁是很柔软的,没有多少使用价值.
但当纯铁中含有一定量的碳后,就变成我们在各方面使用的钢铁了.
钢与生铁都是以铁为主,并含有少量碳、硅、锰、硫等元素的铁碳合金,根据碳和其它元素含量的不同而区分为钢和生铁,特别是碳含量的差别,引起铁碳合金在不同温度下所处的状态和结构的变化,因而使钢和生铁具有不同的性能和用途.
[此处图片未下载成功]结构钢碳素钢工具钢钢合金结构钢合金工具钢合金钢合金模具钢黑色金属特殊性能钢炼钢铸铁生铁合金铸铁铸造生铁铁合金白口铸铁灰口铸铁钢可锻铸铁球墨铸铁图1-1钢铁的分类[此处图片未下载成功]第二章钢铁的冶炼铁的化学性质较为活泼,自然界中的铁都是以铁的化合物形式存http://www.
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com/doc/b640086476f75c93fe028058在的.
炼铁用的多数是铁的氧化物.
含铁比较多的、并且具有冶炼价值的矿物称为铁矿石.
炼铁就是从铁矿石中提取铁及有用元素形成生铁的过程.
炼铁方法主要有高炉法、直接还原法、熔融还原法等,其原理是矿石在特定的气氛中(还原物质CO、H2、C;适宜温度等)通过物化反应获取还原后的生铁.
生铁除了少部分用于铸造外,绝大部分是作为炼钢原料.
下面分别介绍这三种冶炼方法的工艺.
[此处图片未下载成功]2.
2.
1高炉炼铁法1概述高炉炼铁是一种古老的冶炼方法,高生产率、低消耗、低成本是它的最大优势,加上不断地吸收新技术,高炉炼铁法仍然不断地在发展.
因而在可以预见的将来,高炉炼铁仍然是炼铁的主力军.
经过了几个世纪的发展,现代高炉技术已经达到非常高的水平.
现代巨型高炉的炉容积已有4000-5000m3,年产生铁达250万-300万吨.
高炉的寿命很多都达到了10-15年.
[此处图片未下载成功]2原料高炉炼铁使用的原料是块状的铁矿石、燃料、熔剂和鼓风形态的空气.
(1)含铁原料铁矿石种类较多,在自然界中已发现的有300多种含铁矿物.
目前世界上常用的铁矿石,主要有磁铁矿石,赤铁矿石,褐铁矿石和菱铁矿石等.
各种矿石的组成及性能见表2-1.
[此处图片未下载成功]表2-1常用铁矿石的分类、组成及性能颜色含Fe强度矿石矿物及化学式密度(t/m3)名称量,%磁铁Fe3O4矿石赤铁Fe2O3矿石褐铁mFe2O3.
nH2O(矿石m=1-3,n=1-4).
菱铁FeCO3矿石5.
24.
9-5.
32.
5-5.
03.
8黑色或灰40-70色红色至浅55-60灰色黄褐暗褐37-55或绒黑色灰色带黄30-40褐色还原性坚硬致难还原密软,易易还原破碎疏松易还原易破碎焙烧后易还原[此处图片未下载成功](1)磁铁矿石主要矿物是磁铁矿,呈黑色http://www.
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com/doc/b640086476f75c93fe028058金属光泽,磁性强(复合矿可通过磁选富集铁分),在自然界中纯磁铁矿矿石较少,常含有TiO2及V2O3组成复合矿石,即钒钛磁铁矿,由于受氧化作用,磁铁矿易被氧化成赤铁矿,有的仍保留着磁铁矿石的结晶形态,但无磁性,被称为假象赤铁矿或半假象赤铁矿.
(2)赤铁矿石.
颜色呈红色或红褐色,故又称为红矿.
主要矿物为赤铁矿,无磁性,但组织疏松,易破碎,还原性优于磁铁矿.
赤铁矿石广泛分布于自然界中,常形成巨大的矿床,就世界范围而言,其储量最多(占铁矿石总储量的48.
3%),是炼铁的最主要铁矿石资源.
[此处图片未下载成功](3)褐铁矿石常为含不同分子结晶水的赤铁矿,褐铁矿吸附着大量水分,加热时失去结晶水和游离水,使矿石气孔率增加,故还原性好,同时,由于去掉了水分,相应提高了矿石的品位.
(4)菱铁矿石.
它是含铁的碳酸盐.
在自然界中,有工业开采价值的菱铁矿比其它三种矿石要少,含铁量不高,但受热分解放出CO2后,不仅含铁量显著提高,而且也变得疏松多孔,易还原.
当铁矿石含铁量过低,就需要将它们粉碎(0.
074-0.
044mm),然后富选成含铁高的精矿粉,一般精矿粉的含铁量在63h%之间.
由于高炉炼铁需要气流通畅,所以只能加入块矿,精矿粉要通过烧结的办法制成烧结矿或通过球团的办法焙烧成球团矿.
烧结矿和球团矿统称人造富矿.
[此处图片未下载成功]所谓烧结,就是将精矿粉、富矿粉(小于8mm)与配入的熔剂粉(小于3mm的石灰石粉和白云石粉)和燃料粉(焦粉或无烟煤粉)组成混合料,同时加入一定量的水,将混合料制成小球.
然后将基本上都是小球的混合料铺在有箅子的烧结台车上,厚度在400-700mm.
将混合料中的燃料颗粒点着燃烧,产生1250-1500℃的高温,与此同时,在箅子下面抽空气,使混合料的燃料从上往下燃烧,直到料层底部.
在高温下,混合料中的一些熔化温度低的矿物转变成液体,这些液体将周围的矿粉溶入,形成新的矿物质,当温度降低时,液体冷凝析出晶体,并将周围颗粒较大而没有溶入液体的矿粒粘结在一起,形成大块的多孔蜂窝状的烧结矿.
烧结矿生产的流程见图2-2.
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com/doc/b640086476f75c93fe028058ar[此处图片未下载成功]所谓球团生产就是将极细的精矿粉与添加剂混合后,在旋转着的造球机(圆盘式和圆筒式两种)上加水制成8-15mm的圆球.
这种圆球经过干燥、焙烧成为强度很高的球团矿.
(2)燃料燃料是高炉冶炼不可缺少的基本原料之一,几乎所有高炉都使用焦炭作燃料.
在高炉炼铁中,焦炭起三种作用:(1)提供冶炼所需的热量;(2)还原矿石所需的还原剂;(3)在高温区,焦炭是惟一的固体物,是支撑料柱的骨架和使气流畅通的透气通路.
强度好的块状焦炭是高炉炼不可缺少的燃料.
但因炼焦煤资源的匮乏,而且炼焦生产还给环境造成严重的污染.
因些,向高炉喷吹补充燃料,特别是喷吹煤粉来替代部分焦炭,就是20世纪高炉炼铁技术进步最成功的一项.
[此处图片未下载成功]所谓喷吹煤粉,就是将不能炼焦的煤磨成细粉,与鼓风一起通过风口喷入炉缸的燃烧带,如同焦炭一样,煤粉在燃烧带内与鼓风中的氧反应形成煤气并放出热量,所以喷吹煤粉可以代替焦炭的还原剂和热源两个作用,但是不能代替焦炭的料柱骨架作用.
目前世界各国的喷煤数量占单位生铁总燃料消耗的30-50%.
(3)熔剂矿石中的脉石与焦炭中的灰分,其主要成分是酸性氧化物,它们的熔点均较高(SiO21713℃,Al2O32050℃),在高炉冶炼条件下很难熔化,为使其形成低熔点物质,需加入一定数量助熔剂(简称熔剂),以形成许多低熔点的化合物和共熔体,即所谓的炉渣,并能达到完全熔化,且具有良好的流动性,使渣铁容易分离.
[此处图片未下载成功]熔剂按其性质可分为碱性和酸性两种.
高炉最常用的是碱性熔性,即石灰石和白云石等.
当脉石中碱性氧化物含量较高时,则用酸性熔剂,常用的有硅石等.
为充分利用钢铁工业废弃物,有些高炉用高碱度的转炉钢渣代替碱性熔剂.
(4)鼓风鼓风是经风机压缩后具有很高压强的空气,在现代大高炉上鼓风压强可达0.
4兆帕以上.
为了强化高炉冶炼和向高炉喷吹补充燃料,常将制氧机生产的氧气加入鼓风中,使鼓风的含氧量达到22%-30%.
风机出来的鼓风都http://www.
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com/doc/b640086476f75c93fe028058要经热风加热到1000℃以上,然后送入高炉.
[此处图片未下载成功]3主要设备高炉是用焦炭、铁矿石和熔剂炼铁的一种竖式的反应炉(如图2-3).
高炉是一个竖立的圆筒形炉子,其内部工作空间的形状称为高炉内型,即通过高炉中心线的剖面轮廓.
现代高炉内型一般由圆柱体和截头圆锥体组成,由下而上分为炉缸、炉腹、炉腰、炉身和炉喉五段.
由于高炉炼铁是在高温下进行的,所以它的工作空间是用耐火材料围砌而成,外面再用钢板作炉壳.
[此处图片未下载成功]在高炉炉顶设有装料装置,通过它将冶炼用的炉料(由焦炭和矿石按一定比例组成)按批装入炉内.
在高炉下部炉缸的上沿,沿圆周均匀地布置了若干个风口(100m3小高炉有8-10个,4000m3以上的大高炉则有36-42个).
加热到1000℃以上的热风,经铜质水冷风口送入炉内,供焦炭燃烧形成高温煤气.
在炉缸的底部设有铁口,可周期性或连续性地排放出液态生铁和炉渣.
在风口和铁口之间还设有渣口以排放部分炉渣,减轻铁口负担.
现代高炉采用优质耐火材料,例如炉底、炉缸部位用微碳孔碳砖,炉身下部和炉腰部位用铝碳砖或碳化硅砖,其它部位用优质高铝砖和高致密度的粘土砖等作炉衬.
炉壳用含锰的高强度低合金钢制作,安装有性能好的含铬耐热铸铁、球墨铸铁或铜质立式冷却器,或铜质的卧式冷却器.
[此处图片未下载成功]4工艺流程:高炉冶炼过程是一个连续的生产过程,全过程是在炉料自上而下,煤气自下而上的相互接触过程中完成的.
如图2-4所示.
炉料从受料斗进入炉腔.
在高炉底部的炉缸和炉腹中装满焦炭.
炉腰和炉身中则是铁矿石、焦炭和石灰石,层层相间,一直装到炉喉.
从风口鼓入的热风温度高达1000-1300℃,炉料中焦炭在风口前燃烧,迅速产生大量的热,使风口附近炉腔中心温度高达1800℃以上.
由于底部焦炭很厚,燃烧不完全,因此,炉气中存在大量CO气体,在炉内造成了良好的还原性气氛,产生的CO气体在炉体中上升.
[此处图片未下载成http://www.
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com/doc/b640086476f75c93fe028058功]同时,由于下部的焦炭燃烧产生空隙,上面的焦炭、矿石和熔剂在炉体内缓慢下降,速度大约为0.
51mm/s.
炽热的CO气体在炉内上升过程中加热缓慢下降的炉料,并把铁矿石中铁氧化物还原为金属铁,铁矿石在570-1200℃之间受到CO气体和红热焦炭的还原,形成了海绵铁.
海绵铁在1000-1100℃的高温下溶入大量的碳,因而铁的熔点下降,形成了生铁.
生铁的熔点约为1200℃,以液体状态滴入炉缸.
矿石中未被还原的物质形成熔渣,实现渣铁分离.
最后调整铁液的成分和温度达到终点,定期从炉内排入炉渣和生铁.
上升的高炉煤气流,由于将能量传给炉料而温度不断下降,最终形成高炉煤气从炉顶导出管排出.
[此处图片未下载成功]在高炉中主要进行下面几个步骤:(1)铁的间接还原和直接还原反应这是高炉炼铁的主要反应.
铁矿石在下降过程中,从400℃开始就被CO和H2按Fe2O3→Fe3O4→FeO→Fe逐步从高价铁还原到低价铁,直到金属铁,当矿石进入高温区(850℃-1000℃)后,又被固体碳还原.
铁的间接还原是指铁氧化物与CO、H2反应生成铁的过程.
以FeO与CO为例,反应式是:COFeCO2铁的直接还原是指利用固体碳和铁氧化物反应生成铁的过程.
以FeO还原为例,反应式是:FeOCFeCO[此处图片未下载成功]直接还原反应是不可逆的,虽然它还原单位铁所消耗的还原剂量少,但它是吸热反应,需要燃烧更多的焦炭来补偿反应的吸热量.
间接还原的特点之一是反应可逆.
为使反应向我们所要求的方向-形成低价氧化铁和金属铁的方向进行,就要用过量的还原剂CO和H2.
(2)造渣过程造渣过程是物料尚处在固体状态下就开始的.
脉石与从高价氧化物还原出来的FeO和MnO等形成低熔化点的矿物,在一定的温下软化和熔融成初渣.
它在滴落过程中不断与煤气和焦炭接触,连续发生化学反应,逐渐失去FeO和MnO,同时吸收焦炭灰分及上升煤气中所携带的物质.
也是吸收熔剂[此处图http://www.
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com/doc/b640086476f75c93fe028058片未下载成功]中的CaO、MgO.
随着成分的变化,炉渣的熔点逐步升高,但它进入了高温区,有足够的热量对它加热,保证它透过炉内的焦炭区,而汇集在炉缸中,在铁液的上面形成渣层.
铁液穿过渣层时,在渣铁界面上发生渣铁间的反应,调整生铁成分和炉渣成分,最后形成终渣.
(3)生铁的形成刚从铁矿石还原出来的金属铁呈固体多孔状,几乎不含碳,称为海绵铁.
它的熔化温度很高,在1500℃以上.
随着炉料从还原地带向下方运动,煤气中CO分解形成的碳黑具有很高的活性,它附着或觉积在海绵铁表面的孔隙里,使其渗C,形成铁的碳化物.
随着碳的渗入,海绵铁的熔化熔化温度降低;在到达高炉内的软化熔融带时,海绵铁[此处图片未下载成功]由固体转变为铁滴.
在液态铁滴穿过焦炭区时,渗入的碳量继续增加,最终达到饱和状态.
炼钢生铁的含碳量可达5%以上.
生铁形成过程中,还伴随着有害元素硫,磷等的去除.
[此处图片未下载成功]2.
2.
2直接还原炼铁法1概述直接还原法是指在铁矿石熔化温度下把铁矿石还原成海绵铁的炼铁生产过程,产品叫直接还原铁或海绵铁.
由于低温还原,得到的直接还原铁未能充分渗碳,因而含碳较低(<2%),属于钢的成分.
矿石中的脉石成分既不能熔化造渣脱除,也不能被还原,因而直接还原铁中几乎保留了铁矿石中的全部脉石杂质,实际生产中仍需要用电炉精炼成钢.
电炉精炼的主要任务是熔化脱除杂质和调整钢的成分,而不是氧化脱碳.
直接还原法-电炉串联生产钢,形成了一个新的钢铁冶金生产工艺流程.
[此处图片未下载成功]直接还原炼铁法已有百余年的历史,先后提出各种不同的工艺方法400余种,但是真正成为工业生产方法的只有少数几种,而且是到20世纪60年代才有重大突破,这是因为:(1)冶金焦的价格大幅度上涨,而石油、天然气大量开发使用,特别是高效率天然气转化法的应用,提供了直接还原炼铁法需要的还原煤气,解决能源的来源和价格问题.
(2)电炉炼钢迅速发展,超高功率新技术的应用使电炉炼钢得到高速发展,合http://www.
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com/doc/b640086476f75c93fe028058格的废钢供应不足,大大扩展了直接还原铁的需求.
(3)废钢(多数是从社会收集的废钢)中往往含有某些对钢性能不利的有色金属,如铜、锡、砷、铅等,无论用氧化熔炼或还原熔炼都无法去除它们.
而随着废钢的循环利用,它们在钢中的含量会越积越多.
因而需要加入直接还原铁来稀释它们.
[此处图片未下载成功](4)选矿技术的提高,扩大了直接还原炼铁法的矿石资源.
原来只能使用杂质少且品位高的天然富矿,现在高品位铁精矿粉制造的球团矿,其脉石含量可以降低到不需要在还原生产中脱除,使直接还原技术简化,而且产量提高.
从本世纪70年代中期以来,世界钢产量一直在7亿吨左右,而海绵铁的产量却逐年增加工厂,60年代年产几十万吨到1997年已发展到年产3620万吨.
海绵铁的稳定增长和电炉炼钢的增长有显著关系.
少量金属化率较低的直接还原铁还可用于高炉,以提高产量和降低焦比.
直接还原铁的生产主要在天然气资源丰富的地区,拉丁美洲国家生产的海绵铁占全世界产量的一半以上.
[此处图片未下载成功]2含铁原料品位的高低是最重要的品质,由于直接还原铁大多用于电炉炼钢,它的残留脉石会使电炉炼钢电耗升高,生产率降低,炉衬寿命缩短,危害较大.
所以直接还原炼铁法使用的矿石要求SiO2、Al2O3等的含量<3%-5%.
危害电炉钢品质的有害元素,如铜、砷等则因为电炉钢品种不同而有不同的要求.
直接还原法炼铁法对于还原性和软化温度也有严格要求.
因为还原性是影响直接还原炼铁法生产率的最重要因素,因此这种方法只使用还原性好的球团矿或块矿.
3几种主要的直接还原炼铁法根据使用的燃料不同,直接还原炼铁法分为两大类:用煤气作气体还原剂和载热体的气基法;以固体煤作为还原剂和热源的煤基法.
[此处图片未下载成功](1)气基法气基法中的煤气常用天然气、焦炉煤气、液化石油气、重油等转化制造.
天然气和液化石油气主要使用蒸汽转化,生成CO和H2;重油使用氧气部分氧化法将碳氢化合物转化为CO和H2.
目前为止,无论从产量还是产能上看,气基法占主导地位,约占90%http://www.
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com/doc/b640086476f75c93fe028058左右.
气基法的典型代表是Midrex法.
Midrex气基法属竖炉法,为美国米德莱克斯(Midrex)公司所发明,是目前最完善、生产能力最强、使用最普遍的直接还原炼铁法.
它由供料系统、还原竖炉、烟气处理、天然气重整炉组成.
这种方法生产的海绵铁占直接还原炼铁法生产海绵铁总量的60%以上.
图2-4是它的生产流程示意图.
[此处图片未下载成功]图2-4Midrex法生产流程[此处图片未下载成功]天然气进入转化炉内,在镍基触媒的催化下,通过天然气裂化反应将其转化成煤气和氢气.
CH4H2O→CO3H2(天然气裂化反应)球团矿或天然块矿从炉顶通过布料器(或多个加料管)合理地布入炉中,在还原区与CO、H2进行还原反应.
还原气入炉时温度为750-900℃,送入距竖炉顶部2/3处的还原带.
炉料在炉内停留约6小时,含铁矿石被CO和H2还原,被还原的海绵铁的金属铁含量在92%以上.
然后海绵铁进入下部没有砖衬的冷却带,用专门的冷却气或炉顶气冷却,冷却到30℃时排出炉外,可保证海绵铁在大气中不再氧化,细碎的产品可压制成块存放,供电炉熔炼使用.
直接还原后的废气中仍含有大量的CO和H2(约占70%),通过洗涤器从新返回到重整炉,然后进入竖炉循环使用.
反应方程式为:Fe2O33H2→2Fe3H2OFe2O33CO→2Fe3CO2[此处图片未下载成功](2)煤基法煤基法使用的煤以烟煤为宜,这种煤能够与CO2反应生成CO(生产中称这种性能叫煤的反应性),煤中灰分的熔化温度一般要求在1150℃以上,即高于直接还原法操作温度50-100℃,以避免析出的灰分与炉料和炉墙发生粘连,造成生产操作故障.
煤基法使用的煤还要求灰分含量低(<25%)和含硫量低(<0.
8%).
回转窑法是煤基法中最重要、最有价值、应用较广的工艺.
此法还原铁矿石可按不同的作业温度生产海绵铁、粒铁及液态铁水,但以低温作业的回转窑生产海绵铁最有意义.
回转窑的优点是能够直接使用固体煤作为能源,能有效地除http://www.
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com/doc/b640086476f75c93fe028058去某些杂质;缺点是生产率低,热效率也低,所以应用范围不广泛,仅适用于天然气等资源匮乏地区.
此法的重要设备是回转窑,它的示意图如图2-5所示.
[此处图片未下载成功]窑体稍有倾斜(4%的斜度),窑中装有耐火衬,在窑头、窑中、窑尾设有耐火材料挡圈以增加炉料停留时间.
煤燃烧所需要的空气通过风管沿轴向吹入窑中,风管安装在沿窑长方向的不同部位.
煤不但是还原剂,同时还提供所需要的热量.
沿窑长方向分两个区:预热区-煤燃烧将原料的混合物加热至还原温度;还原区-煤进一步燃烧为生产海绵铁提供热量.
通过控制向窑内吹入的空气量和喷煤量,可以有效控制窑内的反应.
直接还原法煤基回转窑中应用最广泛,而且最具有代表性的一种方法就是SL/RN法.
SL/RN是由美国、德国、加拿大的4家创立此法的各公司名字的字首缩与而成的.
图2-6为SL/RN法工艺流程.
[此处图片未下载成功]原料(铁矿石、煤粒、熔剂)从窑尾加入圆形回转窑中.
窑缓慢旋转使矿和煤在被加热和还原的同时向出料端移动.
窑头外设有烧嘴燃烧燃料.
形成的废气则由窑尾排出.
炉料与炉气呈逆向运动,在运动过程中,炉料在预热段被加热,使水分蒸发和石灰石分解,达到800℃后,煤中的固体碳开始还原铁矿石中的氧化铁,直到获得海绵铁或铁料,而碳则转变成CO气体,CO在氧化区被燃烧成CO2,放出热量以满足还原反应的要求,产品排出窑后进入回转冷却筒冷却得到海绵铁或粒铁,也可热送电炉直接炼钢.
回转内反应温度应控制在1100℃以下,经8-10h完成还原反应后出窑.
回转窑所产生的废气从进料端吸走,高温废气可余热利用.
[此处图片未下载成功]若炉料在回转窑中经过预热和还原后,再进一步提高温度(1250℃)进入粒铁带,金属铁与炉渣开始软化,在半熔化状态下金属铁由小颗粒堆集成卵状粒铁,炉料出炉后经水淬冷却后很容易用磁选或重选把粒铁与脉石分开,这就是回转窑粒铁法.
此法由于作业率低、产量小、耐火材料消耗高等重在缺点,近年来逐渐被淘汰.
但此法适http://www.
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com/doc/b640086476f75c93fe028058应性大,是惟一能直接冶炼SO2含量高的贫铁矿的方法.
[此处图片未下载成功]2.
2.
3熔融还原法1概述熔融还原法是指不以焦炭为燃料,以煤炭为主要能源,使用天然富矿、人造富矿(烧结矿或球团矿)取代高炉生产液态生铁的方法.
熔融还原炼铁法与直接还原炼铁法不同,熔融还原的发展目标是代替高炉炼铁法,产品是与高炉铁水性质相近的液态生质,仍是转炉炼钢的原料;而直接还原炼铁法产品是海绵铁,代替废钢供电炉炼钢使用.
[此处图片未下载成功]熔融还原的特点是在炼铁过程中,使炉渣和生铁熔化而分离,从而可以脱除煤灰分和矿石的脉石.
这样它对原料、燃料的要求不像直接还原炼铁法那样严格.
因此,熔融还原炼铁法是具有相当的竟争能力和广阔的前景的炼铁方法.
2工艺流程熔融还原发展过程中出现过两种方法:一步法和二步法.
一步法熔融还原是在一个反应器内完成铁矿石还原和渣铁分离全部过程的方法.
二步法熔融还原在预还原炉内进行铁矿石预还原,然后进入终还原器内进一步还原和使渣铁熔化分离,并产生还原性气体供预还原使用.
在众多的试验中,一步法都没有获得成功,从20世纪70年代始,国内外研究开发的大多数是二步法.
[此处图片未下载成功]Corex法是奥地利和德国于20世纪70年代末联合开发的,是目前惟一已形成生产能力的熔融还原炼铁法,而且其投资、生产成本、铁水质量等几个方面已经基本上可以与传统的焦炭高炉炼铁法相竟争.
Corex法由预还原竖炉子和熔融制气炉(也称为终还原炉或熔融气化炉)串联,再加上煤气除尘和调温系统组成,它的工艺流程如图2-7所示.
[此处图片未下载成功]Corex法的预还原竖炉类似于Midrex直接还原炼铁法的竖炉,采用天然富块矿或球团矿作为含铁料,从熔融制气炉来的还原煤气(COH2之和大于95%,以CO为主)将铁矿石预还原,由于竖炉是高效率的还原反应器,在短时间内金属化率就可达到90%以上.
然后由下部的的螺旋给料器将金属化的炉料连续均匀地输入熔融制气炉.
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com/doc/b640086476f75c93fe028058熔融制气炉类似于高炉的炉腹和炉缸部位,在上部连续均匀地输入金属氧化物的同时,煤块亦从上部加入,而从其下部炉缸风口鼓入氧气.
氧气将燃烧成CO并放出热量.
落下的炉料中残余的氧化铁在这里得到最终还原.
还原的金属铁渗碳,炉料熔化而使渣铁分离.
形成的煤气上升,从熔融制气炉上部逸出.
逸出煤气经除尘后,部分煤气调温到800-850℃,再输入上部的预还原竖炉供矿石预还原使用,多余的部分煤气则外供给其它用户.
[此处图片未下载成功]2.
3钢的生产工艺2.
3.
1概述2.
3.
2转炉炼钢法2.
3.
3平炉炼钢法2.
3.
4电炉炼钢法[此处图片未下载成功]2.
3.
1概述钢和铁都是以铁元素为基本成分的铁碳合金.
生铁和钢所以在性能上有较大的差异,主要原因是由于含碳量的不同使铁碳合金的组织结构不同而造成的.
生铁除了含有较高的碳外,还含有一定量的的其它杂质.
所谓炼钢,就是通过冶炼降低生铁中的碳和去除有害杂质,再根据对钢性能的要求加入适量的合金元素,使其成为具有高强度、高韧性或其它特殊性能的钢.
因此,炼钢的基本任务可归纳为:1脱碳并将其含量调整到一定范围.
碳含量不但是引起生铁和钢性能差异的决定性因素,同样也是控制钢性能的最主要元素.
钢中含碳量增加,则硬度、强度、脆性都将提高,而延展性能将下降.
[此处图片未下载成功]2去除杂质,主要包括:(1)脱磷、脱硫:对绝大多数钢种来说,P、S均为有害杂质.
P可引起钢的冷脆,而S则引起钢的热脆.
(2)脱氧:由于在氧化精炼过程中,会钢液中溶入一定量的氧,它将大大影响钢的质量.
一般是向钢液中加入比铁有更大亲氧力的元素来降低钢中的含氧量(如Al、Si、Mn等合金)(3)去除气体和非金属夹杂物:钢中气体主要是指溶解在钢中的氢和氟.
非金属夹杂物包括氧化物、硫化物、磷化物、氮化物以及它们所形成的复杂化合物.
在一般炼钢方法中,主要靠碳-氧反应时产生CO气泡的逸出,所引起的熔池沸腾来降低钢中气体和非金属夹杂物.
3调整钢液成分和温度.
为保证钢http://www.
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com/doc/b640086476f75c93fe028058的各种物理、化学性能还应加入适量的合金元素使其含量达到规定.
[此处图片未下载成功]炼钢的基本过程是氧化.
向铁液中吹入纯氧或加入铁矿石使铁被氧化.
生成的FeO溶解在铁液中,与铁液中其它元素发生反应.
铁液中的FeO越多,各种元素被氧化得越剧烈.
碳被氧化成CO气体,直接从铁液中逸出;硅和锰被氧化生成SiO2和MnO2进入熔渣.
铁液中的含碳量降低到一定程度时,氧化即告完成,铁液炼成了钢液.
此时,钢液中剩余相当多的FeO,因此要在炼钢炉中和盛钢桶中加入适量的锰铁、硅铁和铝等脱氧剂进行脱氧,来还原钢液中的FeO,以改善钢的力学性能.
炼钢方法主要有转炉法、平炉法、电炉法等.
[此处图片未下载成功]2.
3.
2转炉炼钢1概述贝塞麦于1856年发明了梨形可动式转炉,将熔化的生铁放入转炉内,吹进高压空气,使生铁中所含的硅、锰、碳、磷燃烧掉,只花10分钟就把10~15吨铁水炼成钢.
若是用搅拌法需几天时间才能完成.
但是,贝塞麦发明的转炉是酸性转炉,在酸性转炉环境中,磷很难被氧化除掉.
1879年,托马斯提出了碱性转炉炼钢法,即采用白云石高温烧成的熟料,混合焦油做成碱性的耐火砖炉衬,冶炼过程中吹入空气并加入生石灰.
这样便使整个反应在碱性高温条件下进行,被氧化的磷与石灰结合起来,残留于渣内而不返回钢内,脱磷问题因此得以解决.
20世纪中叶,由于制氧机的制造成功,成本低廉的氧气在工业中大量使用,氧气炼钢的技术迅速发展起来.
[此处图片未下载成功]氧气炼钢法分为氧气斜吹转炉炼钢法、卧式转炉双管吹氧法、纯氧顶吹的转炉炼钢法等.
氧气顶吹转炉是目前的主要办法,国外称LD转炉,美国称BOF炉.
氧气顶吹转炉炼钢法反应速度快,生产率高,不需要燃料,热效率高,成为冶金史上发展最迅速的新技术,并逐渐取代平炉成为炼钢方法的主流.
与通用的平炉比较,投资少于平炉40%~50%;效率高于平炉3~5倍,所需劳力少,占用场地小,炼钢时间短,钢的成本低,质量高.
纯氧顶吹炼钢法出现后,世界钢产量急剧增长http://www.
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com/doc/b640086476f75c93fe028058,各种高质量的特种钢也炼制出来.
下面主要介绍顶吹转炉工艺技术.
[此处图片未下载成功]2设备(1)转炉主体设备转炉主体设备是实现炼钢工艺的主要设备,它由炉体、炉体支撑装置和炉体倾动机构等组成,见图2-8.
图2-8转炉炉体结构1-炉壳;2-挡渣板;3-托圈;4-轴承及轴承座;5-支撑系统;6-耳轴;7-制动装置;8-减速机;9-电机及制动器[此处图片未下载成功]炉壳:由锥形炉帽、圆筒形炉身及球形炉底三部分组成.
各部分用钢板成型后再焊接成整体.
钢板厚度主要取决于炉子容量,炉壳和损坏主要是产生裂纹和变形.
因此,要求炉壳材质有良好的焊接性能和抗蠕变性能.
为防止炉帽变形,近年来广泛采用水冷炉口.
托圈:其主要作用是支撑炉体,传递倾动力矩.
大、中型转炉托圈,一般用钢板焊接成箱式结构,可通水冷却.
托圈与耳轴连成整体,转炉则坐落在托圈上.
耳轴:转炉工艺要求炉体应能正反旋转3600,在不同操作期间,炉子要处于不同的倾动角度.
为此,转炉有两根旋转耳轴,一侧耳轴与倾动机构相连而带动炉子旋转.
倾动机构:其作用是倾动炉体,以满足兑铁水、加废钢、取样、出钢和倒渣等操作的要求.
(2)供氧系统设备炼钢时用氧量极大,要求供氧及时、氧压稳定、安全可靠.
供氧系统由输氧管道、阀门和向转炉吹氧的吹氧管装置等设备组成.
结构如图2-9所示.
[此处图片未下载成功]吹氧管是枪身、枪尾与喷头组成.
枪尾与进水管、出水管和进氧管相连,枪尾的另一端与枪身的三层套管连接,枪尾还有与升降小车固定的装卡结构,在它的端部有更换氧枪时吊挂用的吊环.
枪身是三根同心管.
内层管通氧气,上端用压紧密封装置牢固地装在枪尾,下端焊接在喷头上.
外层管牢固地固定在枪尾和枪头之间.
当外层管承受炉内外显著的温差变化而产生膨胀和收缩时,内层管上的压紧密封装置允许内层管在其中自由竖直伸缩移动.
中间管是分离流过氧枪的进、出水之间的隔板,冷却水由内层管和中间管之间的环状通路进入,下降至http://www.
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com/doc/b640086476f75c93fe028058喷头后转180°经中间管与外层管形成的环状通路上升至枪尾流出.
[此处图片未下载成功]3工艺流程氧气转炉炼钢,就是利用氧气将铁水中的碳、硅、锰、磷等元素快速氧化到吹炼终点.
在吹氧的全部时间内,熔池中始终进行着强烈的元素氧化反应,只是在吹氧结束后的为时很短的脱氧和合金化时间内,熔池中的反应才主要是还原反应.
氧化反应放出的热量,将主炉铁水(1200℃-1300℃)加热到1560℃-1660℃.
如图2-10所示.
[此处图片未下载成功]顶吹转炉炼钢法的基本流程为:(1)上炉出钢倒渣后,迅速检查炉体,必要时进行补炉,然后堵好出钢口,及时加料.
每炉装入铁水和废钢的数量称为装入量,氧气顶吹转炉不用外来热源,是依靠铁水物理热和铁水中杂质元素氧化反应生成热来提供热量的.
因此,其铁水和废钢的合理配比需根据炉子的热平衡来确事实上,绝大多数情况下,铁水的配比在75-90%之间.
(2)装入废钢和兑入铁水后,摇正炉体,下降氧枪并同时加入第一批渣料(石灰、萤石、氧化铁皮、矿石),其量约为总渣量的2/3-1/2.
当氧枪降至规定枪位时,即调到规定氧压开始吹炼钢.
当氧流与熔池面接触时,产生C、Si、Mn、P的氧化,称为点火.
点火后几分钟,初渣形成并覆盖于熔池面.
随着氧化的进行,熔池温度升高,火焰亮度增加,炉渣起泡,并有小铁粒从炉口喷溅出来,此时应适当降低氧枪高度.
[此处图片未下载成功](3)吹炼中期,脱碳反应剧烈,渣中氧化铁降低,使炉渣熔点增高和粘度加大,并可能出现稠渣现象.
此时应适当提高枪位,并可分批加入铁矿石和第二批渣料,以提高渣中氧化铁含量,并调整炉渣.
(4)吹炼末期,脱碳速度减弱,火焰变短、透明.
最后根据火焰状况、供氧数理和吹炼时间等因素,按所炼钢种的成分和温度要求,确定吹炼终点.
判定终点后,提升氧枪并停止供氧,倒炉进行测温和取样.
根据分析结果,决定出钢或补吹时间.
(5)当钢水成分和温度均已合格,即可出钢.
在出钢过程中,向盛钢桶内加入铁合金,进行脱氧和合金化.
出http://www.
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com/doc/b640086476f75c93fe028058钢完毕,将炉渣倒入渣罐.
通常将相邻两炉之间的间隔时间(从装入钢料至倒渣完毕)称为冶炼周期,一般为20-40分钟.
[此处图片未下载成功]2.
3.
3电炉炼钢法1概述电炉炼钢,主要是指电弧炉炼钢,是目前国内外生产特殊钢的主要方法.
20世纪初赫劳特等发明了电弧炉炼钢,作为熔炼特殊钢和高合金钢的方法,并获得稳步的发展.
目前,世界上95%以上的电炉钢是电弧炉生产的,还有少量电炉钢是由感应炉、电渣炉等生产的.
电弧炉根据炉衬性质不同,分为酸性炉和碱性炉,酸性电弧炉因对炉料要求很严格,一般只有少数机械厂采用.
所以,所谓电弧炉炼钢,通常是指碱性电弧炉炼钢.
[此处图片未下载成功]电弧炉炼钢是以电能作为热源,靠电极与炉料间放电产生电弧,用电弧的热量来熔化炉料并进行必要的精炼,冶炼出所需钢和合金的炼钢方法.
电弧可以通过电流、电压加以控制,因此电弧炉较其它炼钢方法具有独特的优点:废气带走的热量相对较少,热效率比较高,其热效率可达65%以上;温度高,电弧区划温度高达3000℃以上,可快速熔化种种炉料,并使钢水加热到大于1600℃;同时温度容易调整和控制,可满足冶炼不同钢种的要求;炉内气氛可以控制,既可造成氧化性气氛,又可造成还原性所氛,因此,不仅能去除钢中的磷,而且还具有很强的脱氧、脱硫能力,故钢中非金属夹杂物含量相对较低,合金元素收得率也相对较高,钢的成分容易控制,适于冶炼各种合金钢及优质钢;可用100%的废钢进行熔炼,而且与其它炼钢法相比,设备比较简单[此处图片未下载成功]但是,电弧炉也存在一些不足之处,如由于电弧炉的离解作用,使空气和水蒸气离解出大量氢和氧,在还原期易被钢水吸收,因些,电炉钢若不经特殊处理,其氢、氧含量一般比转炉钢高;由于电弧炉是点热源,炉内温度分布不均匀,熔池平静时,各部位的钢水温度相差较大,尤其大炉子更为突出.
2设备电弧炉的构造主要是由炼钢工艺和工艺装备水平来决定的,同时又与电炉的容量大小、装料方式、传动方式等有关.
电弧炉的基本结构如图所示.
现代电弧炉的典型工艺装备如http://www.
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com/doc/b640086476f75c93fe028058图2-13所示.
炉体是电炉的最主要装置,用来熔化炉料和进行各种冶金反应.
电弧炉的炉体由金属构件和耐火材料砌成的炉衬两部分组成,分为炉壳、炉盖、倾动机构、电极装置、炉顶装料系统、电炉电气设备等.
[此处图片未下载成功]3主要工艺流程碱性电弧炉的工艺操作可分为两种:氧化法和不氧化法.
不氧化法也称为返回冶炼法.
两者都是用较好的合金废钢作原料,废钢成分与冶炼钢种的成分基本相近似.
氧化法是以一般废钢为原料,冶炼过程中用矿石或氧气来氧化炉料中的杂质,同时通过氧化沸腾过程去除钢水中大部分气体,此法不能回收废钢中的大部分合金元素,但它是电炉冶炼的基本方法,在我国应用最为广泛.
这里介绍一下碱性电弧炉氧化法的熔炼工艺:氧化法可分为补炉、装料、熔化期、氧化期、还原期、出钢六个阶段.
(1)补炉电炉冶炼时,炉衬在高温下不断受到化学浸蚀和机械冲刷,每炼一炉钢后,炉衬都遭到损坏.
为了保证正常冶炼和延长炉衬寿命,每次出钢后必须进行补炉.
补炉是用补炉机完成.
[此处图片未下载成功](2)装料装料对熔化时间、合金元素烧损和炉衬寿命有很大影响.
对装料的要求是快和密实.
实践中布料为:下部致密、上部疏松、中间高、四周低、炉门口无大料,熔化时最省电.
装料次序为:首先将约为料重1%-2%的石灰均匀地铺在炉底,接着在石灰上加入小料和轻薄料,上面加入大废钢(布置在电弧高温区),中快料一般布在大块料四周,在炉壁处和大块料上方放小料.
这样,熔化初期电极就能很快地"穿井",以减少弧光对炉盖的辐射.
"穿井"后因有难熔的炉料存在,又可使电级缓慢下降,电弧在炉料中埋弧时间长,较好地利用电能,也可避免电弧烧损炉底.
大块难熔炉料装在下部,使下部炉料比上部密实,有助于消除"搭桥"现象.
目前多数电炉采取顶装料.
[此处图片未下载成功](3)熔化期电炉炼钢的熔化期是指从通电开始到炉料熔清这段时间,约占全炉冶炼时间的一半左右,占电能消耗的60%-70%.
由于熔化期"塌铁"常易打坏电极,因此熔化期的电极消耗占电极消耗的http://www.
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com/doc/b640086476f75c93fe028058一半以上.
可见加速炉料的熔化速度和缩短熔化时间对提高产量、降低电耗具有重要意义.
熔化期可分为四个阶段:起弧、穿井、电极回升和熔化.
图2-14为炉料熔化过程示意图.
[此处图片未下载成功]起弧:即装入冷料后开始通电.
开始通电时,电极下降触及到炉料,使变压器二次侧发生短路.
在强大的短路电流作用下,电极与炉料间的空气被电离,形成电弧,同时发出强烈的光和热.
"穿井":即随着电极下面炉料的熔化,电极不断下移,逐渐在炉料中间三个电极下面形成三个洞,即"穿"了三个井.
这个阶段是电弧埋在炉料中,可用长电弧大电流促使炉料快速熔化.
电极回升(熔化中间期):随着熔池和渣层的形成,电流趋于平衡,此时的任务是熔化电极周围的炉料.
电极要随着不断上升的熔池面相应回升.
这个阶段应用长电弧操作.
炉料熔清:主要是熔化低温区的炉料.
这个阶段用中级电压、减少输入功率,可吹氧助熔.
[此处图片未下载成功]在炉料熔化过程中,伴随着一系列物理化学变化,如元素的蒸发、氧化等,引起金属成分的变化.
元素的蒸发因电弧的点热源,温度可高达6000-7000℃,超过了炉料中大部分元素的沸点,使电弧区内的元素产生蒸发例如铁元素在此期间蒸发损失约为2%-3%.
熔化时,因炉料中所含的很多元素与氧的亲和力较大,易被氧化而损失掉,例如Si,Al,Ti等几乎全部被氧化.
熔化期提前造渣对稳定电弧,加速升温,减少合金元素蒸发,减少金属吸气,尤其是对脱磷有重要意义.
[此处图片未下载成功](4)氧化期氧化期的任务是进一步脱磷、去除钢中的气体及非金属夹杂物和加热、均匀钢温到出钢要求.
脱磷是氧化期主要任务,炉渣的氧化性、碱度、渣量及渣的流动性是脱磷效果的重要条件.
脱磷的反应如下2[P]5(FeO)4(CaO)→(4CaO·P2O5)5[Fe]加入强碱性氧化物CaO的目的是使P2O5与其生成稳定的磷酸钙,从而提高渣氧化脱磷能力.
脱碳反应是炼钢过程极其重要的化学反应.
通过http://www.
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com/doc/b640086476f75c93fe028058碳的氧化造成熔池的激烈沸腾以去除钢中的气体和非金属夹杂物,同时还有利于熔池的加热,并使钢液的化学成分和温度均匀.
[FeO][C]→[Fe]CO[此处图片未下载成功](5)还原期还原期也叫精炼期,通常是指氧化末期扒渣完毕到出钢这段时间.
主要任务是脱氧、脱硫、调整钢液的化学成分和钢温.
炼钢氧化期向钢液中吹入大量的氧来完成脱磷、脱碳、去夹杂、脱气等任务,氧化期结束后,残留在钢中的氧对钢质量极为有害.
电炉炼钢脱氧方法有:沉淀脱氧、扩散脱氧和综合脱氧.
1沉淀脱氧又叫直接脱氧,是直接向钢水中加入脱氧剂(如Fe-Si、Fe-Mn、Al等)与氧化合,生成不溶于钢的稳定氧化物,由于生成物密度比钢液小而上浮进入炉渣,以达到脱氧的目的.
这种方法脱氧速度快,操作简单,但脱氧反应在钢水中进行,脱氧产物残留在钢中将危害钢的质量.
[此处图片未下载成功]2扩散脱氧又叫间接脱氧,是通过对炉渣进行脱氧,破坏氧在渣钢间分配的平衡,使钢中的氧不断向渣中扩散,达到脱氧的目的.
此法是电炉炼钢特有而基本的脱氧方法.
这种方法避免了沉淀脱氧法钢中残留大量脱氧产物的缺点,但其脱氧速度慢.
3综合脱氧是在还原过程中交替使用沉淀和扩散脱氧的一种联合脱氧方法.
此法充分发挥了沉淀脱氧反应速度快和扩散脱氧不污染钢水的优点.
目前国内大部分钢种都采用综合脱氧.
[此处图片未下载成功]脱硫:还原期脱硫和脱氧过程是同时进行的.
还原期炉温较高,而且由于扩散脱氧的结果,炉渣中的FeO含量已降到0.
5%以下,炉渣的碱度也比较高,电炉有充分的脱硫条件.
为了提高脱硫能力,在渣中加入强碱性氧化物,通常用石灰.
(FeS)(CaO)→(CaS)(FeO)(6)出钢当钢液具备以下条件时即可出钢:化学成分全部达到标准;钢液脱氧良好;炉渣为流动性良好的白渣,同时白渣要保持适当的时间;温度要满足规定.
[此处图片未下载成功]真空技术的应用1脱气:[H]=k(Phttp://www.
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com/doc/b640086476f75c93fe028058H2)1/2循环脱气法(RH)脱氧:以钢为例(回忆钢脱氧方法):CFeO=COFe3挥发4分解5脱气动力学原理:抽真空,使液面上升1.
5米左右;上升管吹入氩气,带动钢水流动,速度高达5m/s;在真空室内,钢水呈滴状与真空接触.
[此处图片未下载成功]LF(LadleFurnaceprocess);AOD(Argon-oxygendecaburizitionprocess);主要的精炼工艺VOD(Vacuumoxygendecreaseprocess);RH(RuhrstahlHeraeusprocess);CAS-OB(Compositionadjustmentsbysealedargonoxygenblowingprocess);喂线(Insertthread);钢包吹氩搅拌(Ladleargonstirring);喷粉(powderinjection).
[此处图片未下载成功]LF炉精炼方法是由日本特殊钢公司在1971年开发研制的,早先以精炼处理特殊钢为主,是以电弧加热,氩气搅拌和渣精炼为核心的钢包精炼技术,由于LF炉法具有多种冶金功能和使用中的灵活性,在普通钢生产厂也得到广泛的应用.
AOD精炼工艺是美国发明的专利技术.
专利技术的限定内容是氧气和惰性气体(氩气)的混合气体从炉体侧面通过特殊的喷枪直接吹入熔池之中(液面之下)进行精炼.
其原理实质上是熔池中脱碳热、动力学的交替作用,是依靠氧和惰性气体的混合气体而不是纯氧来进行.
氩气泡的模拟真空条件,降低CO气体分压,在一定温度下,具备从高铬含量熔池中去除碳的能力,而不会促进铬的氧化,因而它可利用最廉价的原材料,如高碳铬铁和不锈钢废钢返回料生产纯净超低碳不锈钢.
[此处图片未下载成功]LF工艺优点:精炼功能强,适宜生产超低硫、超低氧钢具备电http://www.
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com/doc/b640086476f75c93fe028058弧加热功能,热效率高,升温幅度大,温度控制精度高具备搅拌和合金化功能,易于实现窄成分控制,提高产品的稳定性采用渣钢精炼工艺,精炼成本较低设备简单,投资较少[此处图片未下载成功]O2和CAS-OB工艺优点:钢液升温和精确控制钢水温度促进夹杂物上浮,提高钢水纯净度精确控制钢液成分,实现窄成分控制均匀钢水成分和温度与喂线配合,可进行夹杂物的变性处理[此处图片未下载成功]VD和VOD在电炉钢厂,VD炉作为真空脱气设备通常与LF炉双联,生产各种合金结构钢、优质碳钢和低合金高强度钢.
在VD炉上增加顶吹供氧系统,构成VOD炉,可以完成真空吹氧脱碳的功能,适宜冶炼超低碳不锈钢.
[此处图片未下载成功]VOD钢包精炼炉具有真空脱气,吹氧脱碳,真空加料、吹氩搅拌、非真空测温取样、喂丝等多种功能.
可以精炼轴承钢、合金结构钢、弹簧钢、优质碳素钢及超低碳不锈钢等.
由于它具有极强的真空脱气能力,因此可保证钢中的氢、氧、氮、碳含量达到最低水平,并精确调整钢水成份,使夹杂物充分上浮、而有效提高钢的洁净度.
设备包括一个真空罐、一个真空罐盖及其罐盖升降移动小车,吹氧装置,真空加料装置,一套真空泵系统,一套连接罐与真空泵的真空管道系统,一套控制和监测设备.
[此处图片未下载成功]RH工艺优点:反应速度快,表观脱碳速度常数kC可达到3.
5min-1.
处理周期短,生产效率高,常与转炉配套使用.
反应效率高,钢水直接在真空室内进行反应,可生产H≤0.
5×10-6,N≤25×10-6,C≤10×10-6的超纯净钢.
可进行吹氧脱碳和二次燃烧进行热补偿,减少处理温降;可进行喷粉脱硫,生产[S]≤5×10-6的超低硫钢.
[此处图片未下载成功]单晶生长意义:无晶界,少位错.
无机物单晶具有功能性.
关键:不形核,http://www.
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com/doc/b640086476f75c93fe028058只生长.
驱动力都是过冷度,所幸生核过冷度大于生长的过冷度.
所以:i.
过冷度小;ii.
准备籽晶.
1)熔体法[此处图片未下载成功]单晶生长2)常温溶液生长法-以水或液体有机物作为熔剂原理:右图分过饱和区和不饱和区;在过饱和区分为不稳定区和亚稳定区.
在不稳定区会生核和生长,而在亚稳定区只能生长.
关键:溶液状态保持在亚稳定区.
[此处图片未下载成功]中国电解锰产业可持续发展中国电解锰产业概况中国电解锰企业污染治理中国电解锰产业可持续发展[此处图片未下载成功]中国电解锰产业概况中国锰资源状况1.
我国锰矿资源并不丰富,储量排名在世界居第七位.
已探明的锰矿区有200多处,保有储量达5.
6亿吨,可用资源约2.
4亿吨.
[此处图片未下载成功]中国电解锰产业概况3.
我国现有锰矿企业420家,总生产能力1200万吨/年.
以中小型企业为主,由于锰矿生产集中度差,技术水平较低,2006年全国锰矿产量为1100万吨.
4.
中国是世界最大的锰矿进口国.
全国2006年锰矿石进口量达620.
7万吨.
进口锰矿石已占国内锰矿石消耗量的36%,预计今后一段时期还要增加.
[此处图片未下载成功]中国电解锰产业概况中国电解锰企业概况1.
中国电解锰产业近年来发展迅速,至2006年底,已建成170家,正常投产的企业151家,年生产能力达118.
17万吨;在建企业6家,年生产能力8.
7万吨.
生产能力超过1万吨/年的企业有34家.
2006年中国电解锰产量73.
0万吨,出口31.
02万吨.
中国电解锰生产量和出口量均占全世界总量的95%以上.
[此处图片未下载成功]中国电解锰企业污染治理中国电解锰产业污染状况1.
近几年电解锰行业快速发展,带来了一些环境问题.
如电解锰产业已成为中国西部湖南、贵州、重庆交界地区的经济支柱,该地区2005年以前,电解锰生产过程排放含锰http://www.
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com/doc/b640086476f75c93fe028058、六价铬、硒、氨氮等多种污染物的废水、废渣,使当地生态环境遭受破坏,河流水体严重污染.
2.
中国金属锰生产采用湿法冶金工艺,每年产生废渣约584万吨,产生废水1.
46亿立方米.
[此处图片未下载成功]中国电解锰企业污染治理3.
废渣处置3.
1电解锰酸浸渣属第Ⅱ类一般固体废物,但总锰的浸出浓度很高,危害厂区和渣库附近水环境.
因此,渣库建设必须进行防渗处理.
为提高资源回收率,便于废渣处置与运输,减少渗滤液产生量,必须确保浸出渣含水率小于30%.
3.
2含铬废渣属于危险固废,在厂区内修建专用危险固废临时存放库,再以县为单位集中处置.
3.
3阳极泥及硫化渣含有大量锰等有价金属,用作生产铁合金、锰盐等产品的原料进行资源综合利用.
[此处图片未下载成功]电解锰企业准入条件(一)1.
工艺与装备1.
1单条生产线规模达到10000吨/年及以上;企业总的生产规模达到30000吨/年及以上.
1.
2化合槽有效容积≥250m3.
1.
3采用高压隔膜压滤机.
1.
4配备含铬废水稳定达标的处理设施和确保废水稳定达标排放的应急池.
1.
5现有电解金属锰企业中单条生产线生产能力3000吨/年及以下的生产设备必须依法淘汰.
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