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先進(jìn)鋼鐵流程及材料國家重點實驗室中試基地建設(shè)可行性研究報告(3)報告建設(shè)材料鋼鐵研究可行性研究報告中試基地-在線瀏覽

2025-03-26 01:46本頁面
  

【正文】 藝流程,大幅度降低能耗和減少污染物的排放。 通過 中試基地的建設(shè) 和技術(shù)輻射,起到以點帶面的作用,加速21 世紀(jì) 我國自主知識產(chǎn)權(quán)的熔融還原煉鐵新工藝 的推廣應(yīng)用,實現(xiàn)鋼鐵行業(yè)可持續(xù)發(fā)展,為實現(xiàn)“十一五”節(jié)能減排目標(biāo)和 2020 年我國實現(xiàn)人均 GDP 翻兩番提供支撐條件。 ( 1)工業(yè)化的 COREX 工藝 迄今為止,可以 商業(yè)化生產(chǎn)的 熔融還原 只有 COREX, 上世紀(jì) 70年代末形成該工藝的 概念流程 ,由德國 Korf 公司和奧鋼聯(lián)( VAI)合作開發(fā), 1981 年在德國克爾 (Kehl/Rhine)建成了年產(chǎn) 6 萬噸鐵水的半工業(yè)性試驗裝置 (即 KR 法 ),先后進(jìn)行了 6000 小時的各種試驗,證明了工藝的可行性。這是世界上第一套 COREX 熔融還 原生產(chǎn)裝置。接著這一技術(shù)在世界上進(jìn)一步推廣:第二套 C2021 型 COREX 裝置 (見圖 21 和 圖 22) 于 1995 年 11月在韓國浦項( POSCO)建成投產(chǎn);第三套 C2021 型于 1998 年 12 月在南非薩爾達(dá)納建成投產(chǎn);第四、第五套 C2021 型分別于 1999 年 8月和 2021 年 4 月在印度京德爾公司建成投產(chǎn)。 2021 年寶 鋼向奧鋼聯(lián)引進(jìn) COREX 技術(shù)并進(jìn)一步擴(kuò)容為 C3000,將其設(shè)計產(chǎn)能從 80 萬噸擴(kuò)大到 150 萬噸 /年,計劃 9 2021 年 10 月出鐵,這將是世界上第一座大型的 COREX 煉鐵爐。 Hismelt 是 1982~1984 年由 CRA 公司和 KLOCKNER公司合作,在德國的 Maxhutte 用 60 噸的底吹氧氣轉(zhuǎn)爐成功地試驗了HIsmelt技術(shù) 。 1987 年 KLOCKNER公司退出后, 1989 年 CRA 公司與 Midrex 公司合作共同開發(fā)此項技術(shù),在 1991年耗資 Kwinana建設(shè) 10萬噸 /年的臥式熔融還原爐并于 1993年生產(chǎn)出第一爐鐵水。 2021 年由 HIsmelt 有限公司、 Nucor 澳大利亞有限公司、日本三菱 MC 鋼鐵有限公司和我國的首鋼國際貿(mào)易工程公司共同參股(股份依次為: 60%、 25%、 10%、5%),在西澳 Kwinana 修建爐缸直徑為 6m、產(chǎn) 能 80 萬噸 /年的商業(yè)化示范工廠, 于 2021 年 4 月投產(chǎn),投產(chǎn)后各種外圍問題不少,不能保持連續(xù)生產(chǎn),但最近有較大的進(jìn)步。 POSCO 在 1992~1995 年進(jìn)行了實驗室規(guī)模的流化床還原的基礎(chǔ)性研究, 1996~1998進(jìn)行了 15噸 /日規(guī)模的流化床操作小試,1999~2021年進(jìn)行了 150噸 /日規(guī)模的中試和煤壓塊及熱壓鐵塊試驗, 11 2021 年 1 月 ~2021 年 5 月,在引進(jìn)的 COREX2021 旁邊建設(shè)了 60 萬噸/年規(guī)模的 Finex 示范性工廠并于 2021 年 6 月投產(chǎn)。最近 POSCO 計劃在印度投資的獨資公司一期工程將投資37 億美圓建設(shè) 400 萬噸 /年的聯(lián)合鋼廠其中建設(shè) 2 座 200 萬噸 /年的Finex 爐,其發(fā)展勢頭令人矚目。如 FINEX 生產(chǎn)示范裝置生產(chǎn)的穩(wěn)定性或設(shè)備利用率還不高,迄今為止最長連續(xù)運行時間僅 93 天,譬如流化床的產(chǎn)能問題、流化床的粘結(jié)和失流問題,熱壓成型機(jī)的作業(yè)率問題等還是不明朗。 ( 3)以轉(zhuǎn)底爐還原為基礎(chǔ)的熔融還原技術(shù)也在發(fā)展 圖 24 直接用粉礦和粉煤冶煉的 FINEX技術(shù) 圖 25 FINEX示范工廠 12 圖 26 轉(zhuǎn)底爐工藝流程 示意圖 最近,以粉礦、粉煤混合造球通過轉(zhuǎn)底爐(見圖 26)還原,連接電爐或轉(zhuǎn)爐煉鋼的技術(shù)也在悄然興起。 熔融還原技術(shù)更趨于成熟、理性,技術(shù)的趨向更加集中,這就是主要采用二步法:預(yù)還原裝置主要是豎爐、流化床、轉(zhuǎn)底 爐; 終還原裝置主要有半焦填充床、鐵浴爐、電爐,主要形成 3 大類型:一是以較高預(yù)還原度和半焦填充床為終還原爐相連接,低二次燃燒率的COREX、 Finex;二是低預(yù)還原度和豎式鐵浴爐相 連接、高二次燃燒率的 HIsmelt;三是以鐵碳球團(tuán)通過轉(zhuǎn)底爐還原,連接電弧終還原爐的Fastmelt、 Itmk3 技術(shù)等。特別是“九五”攀登計劃項目“熔融還原技術(shù)基礎(chǔ)研究”,在充分吸收了國外各種流程的經(jīng)驗和教訓(xùn)的基 礎(chǔ)上, 13 形成了適合于我國資源與能源結(jié)構(gòu)具有中國特色的煤氧熔融還原工藝 ,而且完成了半工業(yè)試驗,并在一些重大關(guān)鍵技術(shù)與環(huán)節(jié)上取得 了突破,同時申報并獲批了多項發(fā)明專利。只是由于缺乏后續(xù)的資金支持,沒能繼續(xù)進(jìn)行工業(yè)化試驗。 因此,開發(fā)熔融還原技術(shù)將是我國鋼鐵工業(yè)非常緊迫的現(xiàn)實任務(wù)和長期的發(fā)展趨勢。 1984 年在原冶金部的支持下東北大學(xué)開始了實驗室規(guī)模的流化床預(yù)還原 —— 豎爐熔融還原法的研究,經(jīng)過 2 年多的時間研究了 16 項課題,做了 13 次實驗室小型豎爐熱模擬試驗,最終煉出了合格生鐵,可是這一工作沒有繼續(xù)進(jìn)行下去,到 5kg 的實驗室裝置為止, 1987 年完成了結(jié)題報告后就偃旗息鼓了。 在實施“攀登計劃”的五年中,圍繞我國提出的 煤氧熔融還原煉 14 鐵工藝 (中國專利)主體流程,開展了大量基礎(chǔ)研究和工程化研究。 在實施“攀登計劃”中取得基礎(chǔ)研究成功后, 1999 年鋼鐵總院在承德煉鋼試驗廠建成了 2 噸 /小時的半工業(yè)試驗裝置 (見圖 27 和圖 28),進(jìn)行了中試熱態(tài)試驗。 圖 27 熔融還原 流程示意圖 圖 28 熔融還原 工藝出鐵照片 15 熔融還原半工業(yè)試驗分兩個階段進(jìn)行。第二階段的主要目的是實現(xiàn)連續(xù)穩(wěn)定運行,全面實現(xiàn)攻關(guān)目標(biāo)。 ? 驗證了終還原工藝原理,積累了工藝控制經(jīng)驗。 針對第一階段的問題,對設(shè)備進(jìn)行了全面改進(jìn)和完善。第二階段工作主要由烘爐開爐、 72 小時連續(xù)試驗和全煤煉鐵等構(gòu) 成。試驗結(jié)果歸納如下: ? 設(shè)備連續(xù)熱運行 10 天,其中無故障運行 82 小時,超過規(guī)定的 72 小時的考核指標(biāo); ? 累積產(chǎn)鐵量 120 噸,平均產(chǎn)鐵率 噸 /小時,接近 2 噸 /小時產(chǎn)鐵率的考核指標(biāo),利用系數(shù)達(dá)到 ; ? 氧氣消耗 525m3/t,優(yōu)于 600~650Nm3/t的考核指標(biāo); ? 綜合煤耗 1271kg/t,按 AISI 同口徑算法推算出工業(yè)化后所能達(dá)到的綜合煤耗水平為 780 kg/t,低于當(dāng)時同等規(guī)模的各種熔融還原工藝的能耗指標(biāo); ? 終還原爐爐襯平均侵蝕速度 (最低侵蝕速度),比日本 DIOS 法和美國 AISI 法的終還原爐爐襯侵蝕速度( 35mm/h)明顯降低,有利于實現(xiàn)工業(yè)化; ? 終還原正常煤氣成分和變化規(guī)律基本滿足預(yù)還原要求,CO/(CO+CO2)92%; ? 解決煤氧槍在渣焦床中大量噴煤的關(guān)鍵技術(shù),累計噴煤 92噸,安全可靠; ? 進(jìn)行了全煤煉鐵試驗,試驗證明在維持一定的渣焦床可以穩(wěn)定運行; ? 正常冶煉條件下,鐵水可以滿足質(zhì)量要求: %、%、 %。試驗中存在的問題,主要來自設(shè)備的選型不盡合理,如除塵器的除塵效率低,造成粉塵堵塞管道等。 我國經(jīng)過 20 多年的開發(fā)研究,培養(yǎng)了一批熔融還原的專門人才,積累了豐富的實踐經(jīng)驗,為今后的工業(yè)化試驗奠定了扎實的基礎(chǔ)。根據(jù)傳統(tǒng)高爐煉鐵系統(tǒng)與 COREX 熔融還原煉鐵系統(tǒng)一次能耗對比發(fā)現(xiàn),單位鐵水的能耗分別為 和 ,意味著COREX 過程副產(chǎn)煤氣比傳統(tǒng)高爐煤氣載能高出 (相當(dāng)于 277 公斤標(biāo)煤 /噸鐵)。目前比較簡單的方法是直接用于燃?xì)獍l(fā)電,從副產(chǎn)煤 氣使用的經(jīng)濟(jì)性看,直接用于發(fā)電似乎不是最佳使用方法。煉鐵過程直接使用粉礦或部分使用粉礦,并逐步取消燒結(jié)或球團(tuán)過程,是煉鐵界長期夢寐 18 以求的目標(biāo)。它是利用 COREX 過程副產(chǎn)煤氣對部分粉礦進(jìn)行預(yù)還原,得到一定金屬化率的海綿鐵粉,經(jīng)熱壓塊后,再返回送入 COREX 的熔融氣化爐中。但這是一種中間環(huán)節(jié)造塊的方式,難度更大。 ( 3)利用熱風(fēng)替代純氧,降低煉鐵成本 利用熱風(fēng)替代純氧(如 HIsmelt 技術(shù)),降低生產(chǎn)成本。但利用熱風(fēng)代替純氧必須走一步法還原的路子,因為,用熱風(fēng)代替純氧使煤氣的化學(xué)能和還原勢很低,使預(yù)熱還原的效率很低。 ( 4)直接還原鐵接熔分爐的工藝 技術(shù) 2021 年日本新日鐵建成世界第一套商業(yè)化轉(zhuǎn)底爐生產(chǎn)線,生產(chǎn)直接還原鐵( DRI),每年可回收 19 萬噸軋鋼鐵皮、轉(zhuǎn)爐塵泥等鋼廠廢棄物,還可以用來回收含鋅粉塵,變廢為寶。據(jù)報道,轉(zhuǎn)底爐流程的能耗(按噸鐵水折算)為 ,比目前高爐鐵水的能耗低( 18GJ),生產(chǎn)過 19 程排放的 CO2 約 噸 /鐵水,也比高爐指標(biāo)( 噸 /鐵水)先 進(jìn)。 在開發(fā)熔融還原的過程中,我們應(yīng)密切關(guān)注國外的熔融還原發(fā)展動向和趨勢,認(rèn)真加以總結(jié),汲取經(jīng)驗和教訓(xùn),逐漸完善我們自己的工藝流程,加快開發(fā)步伐,盡快縮小與國外的差距,使我國自主知識產(chǎn)權(quán)的熔融還原工藝實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。 中試基地在突破冶金關(guān)鍵共性技術(shù)、研究 開發(fā) 熔融還原新工藝和節(jié)能減排 技術(shù)的同時,將注重人才的培養(yǎng)與流通,培養(yǎng)造就一批具有 20 創(chuàng)新能力的開發(fā)人才,特別是高層 冶金新工藝和節(jié)能減排技術(shù)的開發(fā)和工程化 人才,為我國冶金行業(yè)培養(yǎng)一批創(chuàng)新能力突出的高層次 人才創(chuàng)造良好的環(huán)境,形成國際一流、結(jié)構(gòu)合理的創(chuàng)新團(tuán)隊。 中試基地 的主要功能與任務(wù) 熔融還原煉鐵新工藝、冶金渣干法粒化與余熱回收、高效長壽集約型新式冶金煤氣干法除塵技術(shù)等已被列為國家科技部重點支撐計劃項目的重大課題。中試基地將采用集成式設(shè)計和建設(shè)方案,在一條半工業(yè)試驗線上,同時可以開發(fā)多項冶金新工藝和新技術(shù),實現(xiàn)試驗裝置的多功能化。 通過開發(fā)熔融還原煉鐵新工藝和關(guān)鍵的節(jié)能減排技術(shù) ,為提高鋼鐵生 產(chǎn)資源利用效率和降低污染排放提供技術(shù)支撐,解決鋼鐵行業(yè)資源能源消耗高、污染重等突出問題。 建成一條 每小時產(chǎn)3 噸鐵水 的熔融還原 半工業(yè)試驗線 ,打通工藝路線, 并 實現(xiàn)以下目標(biāo): (1) 無故障穩(wěn)定連續(xù)運 行半年以上; (2) 燃耗小于800 kg/T 鐵 ,氧耗小于500M 3 /T 鐵 ,噴煤量 占總?cè)剂舷?80% 以上 ,焦炭用量 100 kg/T 鐵 ; (3) 生鐵質(zhì)量滿足煉鋼要求; (4) 鐵損小于1%; (5) 煤氧槍使用壽命大于半年。 “十二五”期間: 建成年產(chǎn) 150 萬噸的熔融還原生產(chǎn)示范線,在生產(chǎn)示范線上實現(xiàn): ( 1) 噸鐵燃耗小于 560kg/T鐵,氧耗小于 400M3/T鐵,完全不用焦炭 ; 23 ( 2)爐 役超過 20 年; ( 3)年工作時間大于 350 天; ( 4)與傳統(tǒng)高爐流程相比: CO2 減少 10%以上, SO2 減少 60%以上,NOx 減少 70%以上。 第 四 章 組織機(jī)構(gòu)、管理與運行機(jī)制 建設(shè)項目法人單位概況 有限責(zé)任公司 有限責(zé)任公司 是由中國五礦集團(tuán)公司、 五礦發(fā)展 股份有限 公司及5 家民營企業(yè)共同 投資創(chuàng)建的 股份制企業(yè) , 是 集燒結(jié)、球團(tuán)、煉鐵、鑄鐵、煉鋼、連鑄、軋鋼、制氧、發(fā)電于一體的鋼鐵聯(lián)合生產(chǎn)企業(yè) ,公司 注冊資本 億元 , 總資產(chǎn) 63 億元人民幣 , 在國內(nèi) 鋼 鐵行業(yè)85家重點企業(yè) “ 經(jīng)濟(jì)效益評價考核指標(biāo) ” 排序中始終位于前列 。 公司所處的營口市位于環(huán)渤海經(jīng)濟(jì)圈內(nèi),背倚東北腹地,是全國重點沿海開放城市之一,東北第二大港口城市,也是東北地區(qū)最近的出??冢还揪嚯x鲅魚圈新港 40 公里,營口老港 10 公里,沈大高速公路 3 公里;運輸成本低,原料的 83%以及產(chǎn)品的 80%通過水路運輸。 公司是中國五礦集團(tuán) 唯一投資控股的鋼鐵生產(chǎn)企業(yè),中國五礦集團(tuán)公司是中央直屬企業(yè),在世界上具有強(qiáng)大的貿(mào)易優(yōu)勢,能夠充分保證 公司 的原料供應(yīng)。 項目 采用世界上最先進(jìn)的板形控制技術(shù)、凸度及平面度控制技術(shù) , 熱裝( HCR)工藝技術(shù) 、 控制軋制和控制冷卻 (TMCP)技術(shù) ,在 粗軋機(jī)后設(shè)置近接式立輥軋機(jī) , 采用全液壓矯直機(jī)及自動化控制技術(shù) 、 滾切式剪機(jī)及自動化剪切技術(shù) 、 全數(shù)字式交流傳動控制 等 技術(shù) 。 25 鋼鐵研究總院 鋼鐵研究總院 創(chuàng)建于 1952 年,直屬原冶金工業(yè)部, 1999 年 7月轉(zhuǎn)制為中央直屬大型科技型企業(yè)。 建院 50 余年來,鋼鐵研究總院在材料科學(xué)、冶金工藝與工程、分析測試等領(lǐng)域共取得了 4000 余項科研成果,授權(quán)專利 677 項( 60%以上為發(fā)明專利)。為 兩彈一星 、 長征系列運載火箭 和 神舟號 飛船等諸多國家重點工程研制生產(chǎn)了大量的關(guān)鍵材料,為我國的國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)做出了重大貢獻(xiàn)。多年來,承擔(dān)了 50%以上冶金行業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵、共性和重大前沿技術(shù)的開發(fā)任務(wù),在鋼鐵行業(yè)的每一個重要技術(shù)變革時期,鋼鐵研究總院都起到了先鋒和推動作用。 鋼鐵研究總院作為國家冶金分析測試技術(shù)的權(quán)威機(jī)構(gòu),與 30 多個國家實現(xiàn)了金屬 材料化學(xué)分析數(shù)據(jù)的有效互認(rèn),在國際實驗室能力對比實驗中多次名列第一。 “九五 ”和“十五”期間,作為牽頭單位,承擔(dān)了國家攀登計劃項目“熔融還原技術(shù)基礎(chǔ)研究”的重大課題,在基礎(chǔ)研究的基礎(chǔ),建設(shè)了半工業(yè)試驗生產(chǎn)線并進(jìn)行了半工業(yè)試驗,取得重大突破,并形成了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的熔融還原技術(shù)( Coal Oxygen Smelti
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