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24年攻克冶金炉窑强化供热技术难题 智能“黑匣子”助力节能增效

文章来源: 矿冶园       发布时间:2019-08-21

冶金炉窑是冶金行业生产中的重要设备,针对冶金炉窑加大富氧/燃料供应量影响炉体寿命、产品成材率低等问题,昆明理工大学教授王华率项目团队开展长达24年的科技攻关,取得3项创新成果。日前,由昆明理工大学、云南铜业股份有限公司、北京赛维美高科技有限公司、金川集团股份有限公司共同开发的《冶金炉窑强化供热关键技术及应用》项目获2019年度国家科学技术奖初评二等奖。


多年来,王华率领项目团队通过系统研究,解决了冶金炉窑传统强化供热带来的一系列问题。项目团队建立了冶金炉窑最低燃耗强化供热理论模型,研发了熔池熔炼炉富氧旋流混沌搅拌强化供热技术等,用最小的搅拌动能促进了氧-硫的放热反应,实现冶金炉窑炉体寿命提高42.8%,喷枪寿命提高120.0%,炉渣中金属含量降低22.4%,产能提高44.3%、能耗下降26.1%;研发了加热炉旋流混沌燃烧强化供热技术,开发智能“黑匣子”温度检测技术及设备,实现了用最小的燃料均匀加热,达到金属工件的实际加热温度曲线与理论值的精准匹配,该技术已应用于航空航天、高铁等领域,使大尺寸高性能铝板的加热均匀度控制在3摄氏度以内,成材度突破99.8%。


24年攻克冶金炉窑强化供热技术难题 智能“黑匣子”助力节能增效


供热技术难题凸显


有色冶金炉窑主要有冶炼炉和加热炉,其中熔池熔炼炉和热处理用加热炉由于供热的复杂性最为典型。强化供热技术是决定冶金炉窑节能增效的关键,当前有色冶金炉窑主要存在以下问题:


1.搅拌过度或不均匀导致炉渣中有价金属含量高,喷溅冲刷导致炉体寿命短;


2.加热炉炉温不均匀导致金属工件过热过烧及产品成材率低。


持续攻关 成果丰硕


针对上述问题,项目团队进行了长达24年的持续科技攻关,取得的创新成果如下:


1、建立了有色冶金炉窑最低燃耗强化供热理论模型。针对传统的强化供热是用增大热负荷的方式来实现因而导致能耗高等问题,基于混沌数学和拓扑学提出了旋流混沌强化方法和最低燃耗供热法则,建立了有色冶金炉窑最低燃耗强化供热数学模型。并用于指导技术研发,以实现用最小的搅拌动能达到充分搅拌熔池、减小喷溅,氧气与矿中硫的放热反应彻底、实现自热熔炼或用最低的燃料消耗达到均匀加热、提高产品质量。


2、研发了熔池熔炼炉强化动量传递的富氧旋流混沌搅拌供热技术及装备。针对熔体喷溅导致设备寿命短的难题,提出了旋流混沌搅拌方法,开发了富氧浸没式顶吹旋流混沌搅拌强化供热技术、炉膛底部富氧旋流脉动振荡混沌搅拌强化供热技术、富氧侧吹射流泉涌混沌搅拌强化供热技术、全氧超音速旋转射流顶吹混沌搅拌强化供热技术和富氧旋流混沌搅拌效果测控技术。


24年攻克冶金炉窑强化供热技术难题 智能“黑匣子”助力节能增效


3、研发了加热炉旋流混沌燃烧及强化供热制度调控技术与装备。针对金属工件加热均匀性难以精准化的难题,提出了旋流混沌燃烧方法,开发了最佳加热制度精准调控技术、火焰旋流混沌燃烧效果测控技术,以及绝热耐高温并能在高温炉膛内保存记录同时向炉外无线传送数据的智能"黑匣子"温度检测技术及设备。率降低55%以上,延伸率提高90%以上,抗拉强度平均提高10%以上。


24年攻克冶金炉窑强化供热技术难题 智能“黑匣子”助力节能增效


全面覆盖 效益颇丰


该项目获授权专利20项,发表论文84篇,出版专著1部,获中国有色金属工业技术发明一等奖和云南省科技进步一等奖。与此同时,项目已培养硕士、博士生46人及一批企业专业技术人员,推动了我国有色冶金炉窑的科技进步。


除此之外,项目先后应用于云铜、金川等有色冶炼企业及中信戴卡等车轮制造企业,在铝合金轮毂热处理及车轮涂装领域应用113家,行业企业覆盖率超过50%。部分技术及设备还推广应用于宝钢、天津钢管、马钢等钢铁企业,范围覆盖国内超过 45% 的大中型钢铁企业。


24年磨一剑,智能“黑匣子”助力冶金炉窑节能增效


与此同时,近三年项目成果取得了显著的经济与社会效益。部分技术已出口德国、澳大利亚、日本、加拿大、俄罗斯等21个国家,全球累计用户达1608 家。


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