|
|
十五管还原炉舟皿自动卸料单元——文献综述
学生：张XX，惺惺惜惺惺想然后让他忽然寻
指导教师：服务费，工作单位，打不过人隔热啊
（1）前言
现如今的制造行业，为提高生产效率，进一步保证产品质量，降低工人的劳动强度，改善工人的劳动环境，必须提升工厂生产的自动化水平；同时，随着人工成本的逐年上升，通过对机械设备自动改造，使其足以代替人工完成生产动作，是降低企业生产成本、增强企业竞争力的有效手段和必经之路。
通过自主研发，对钨粉、钼粉等的专用生产设备进行自动化改造，既可以实现与现有设备、生产工艺、人员操作的无缝兼容，又可以节省大量费用成本，效益在后期的维护、培训、改进等环节尤为明显；同时培养了一批优秀专业人才，填补自身及国内此类设备的空白。改造后，设备实现全自动生产，将人为因素的干扰降至最小，从而使设备的产能、产品质量及其稳定性均获得大幅提高，人工及其劳动强度则均大幅减小。
（2）主体
2.1 国内研究情况
2.1.1 十五管还原炉自动化改造国内发展背景
十五管还原炉，是多管还原炉的一种，是一种生产冶炼金属粉末的传统设备，其产品主要有钨、钼、铬、镍等。其具体工作原理为：①先将物料装入装料舟皿；②由电机带动推杆将装料舟皿推入还原炉炉内；③在满足工艺要求的氢气(还原介质)气氛和温度下，物料逐步与氢气完成还原反应；④经过冷却装置冷却；⑤产品出炉(人工钩舟)。设备主要由推舟(进料)装置、加热带及耐高温(保温)炉体、耐高温炉管(定制)、气体流量计、配电系统、微机控制系统、温控仪表等组成[1]。
现有的十五管还原炉是一种大型电热还原炉，是生产纯钨粉的关键设备。在上世纪八十年代末，我国相继从德国引进四管还原炉，此后又先后吸收研制了十五管还原炉。因此，对十五管还原炉实施以全自动化生产为目的的改造势在必行，其意义也自不言而喻。
我国的钨钼冶炼加工行业，多管还原炉类设备的研发和制造，大多数是于20世纪的80年代期间，在分析、吸收并消化了国外同类设备、产品及技术的基础上完成的。但是，其在确保产品质量的稳定性和设备生产的节能降耗等方面，这么多年来一直存在着较为明显的不足[1]。在原料一定的情况下，影响钨粉质量的主要因素为还原温度、氢气质量与流速、装舟量及推舟速度，只要能找出这些因素的最佳条件，就能获得高质量、多品种的钨粉。而实现这些条件的还原炉是一个关键。引进的多管还原炉就是能较好的适应各种工艺条件的设备[2]。
我国在20世纪80年代技术改造的大潮中所引进的4台套(含氢回收纯化装置)多管还原炉，分别安装使用于厦门、株洲、天津和成都。国家“八五"期间，由有色总公司立项攻关、四川的自贡硬质合金厂承接并研发、制造出了15管天然气加热还原炉；而1994年，有公司亦自费研发、制造15管电阻加热还原炉；同年年末，两种国产化的多管还原炉同时投入生产运行。至此，完成了由新式国产化还原炉替代老式进口还原炉的更新换代，也标志着我国钨行业设备及系统生产技术改造依赖于国外引进的历史的终结[3]。
十五管还原炉是生产纯钨粉的专用设备，国内尚无同类自动化设备可供借鉴，国外只有少数的几个国家拥有此类技术。现有的信息是简陋的；由于技术保密等原因，设备引进代价极高，而且不能保证与现有设备的无缝兼容；设备的后期维护和相关培训的代价也很高。综上所述，我国只能走自主研发创新的道路，填补自身乃至国内此类设备的空白。
2.1.2 钼粉冶金工业国内研究现状
四管炉以来都是我国工业生产钼粉的主要设备。但是四管还原炉还是上个世纪五六十年代的产品,设备性能落后,严重影响生产的发展,因此很多工厂已经引进十五管还原炉来替代以前陈旧的四管还原炉[4]。
尽管如此，从国外引进的十五管还原炉只是实现了部分自动化，其中舟皿出炉之后的舟皿分离，倒料，清洗，加料，匀料以及舟皿叠加的过程都需要人工来完成，工人操作环境非常恶劣，作业现场温度很高（可以达到50℃以上）[5]。此外，钼粉是重金属，工人操作的时候如果吸入钼粉对人体的损害是永久的。更重要的，工业自动化已经是提高生产效率，保证产品质量的主要途径，因此对十五管还原炉进行优化，提供自动化辅机是非常必要的。
目前，国内的钼粉还原生产还停留在人工操作的阶段。过于依赖于人工不但使得生产效率低下，对操作人员的身体伤害更是非常严重。本项目的完成，首先降低了工人的劳动强度，使他们远离对人体有害的环境，更重要的还可以改善还原质量，提高生产效率，对于钼粉还原工业有着重要的意义[6]。
中国是钼生产量大、消费量小的国家，约 2/3 的钼产量出口，其占世界钼供应的28%左右。由于目前国内的消费需求只占产量的20%左右，因此主要依靠国际市场。目前中国的钼产品继续依靠于单一的市场，主要是欧洲市场，因为中国是世界上最大的钼产品出口国，而欧洲则是消费的主要市场[7]。
2.2国外研究情况
2.2.1 十五管还原炉自动化改造国外发展背景
艾立诺(ELIN0)工业炉公司，是德国的一家专业研发、制造工业炉的知名企业，其制造的电加热式多管(如10或14管)还原炉，被广泛地应用于硬质合金行业和钨钼生产及加工行业。西方发达国家(如美、德、英等)的硬质合金企业，应用该类工业炉设备冶炼、制取钨金属粉末；而日本的同类企业(如日本钨公司、东邦金属公司等)，则用这类工业炉设备冶炼、制取钨和钼等金属粉末。20世纪80年代期间，我国的部分硬质合金企业先后从德国艾立诺(ELIN0)工业炉公司引进了10管或14管还原炉，用于金属钨的粉末生产，钨粉质量有很大的提高[8]。
国外先进厂家应用最多的是推进式还原炉，监控手段的自动化程度,是衡量还原设备先进与否的主要标志[9]。
隧道式钨粉还原炉采用气密横向传送带将两台炉子连接成为一整体，全套设备采用 PLC 计算机过程控制，实现了煅烧、还原过程一次完成，对减少人为因素造成的不利影响，保证还原钨粉质量，提供了有力保证[10]。
发生在一个多层炉焙烧过程的还原炉是更重要的一个阶段，碳酸铵提取技术从红壤的镍矿石提取出来,因为数量获得镍烧结，在很大程度上取决于有效减少的发展。但目的还原过程是最大化的变换零价态镍和钴,最小化的减少铁。对于一个好的还原过程必须以这两个为前提[11]。
2.2.2 钼粉冶金工业国外研究现状
国外相关设备的研制起步较早，目前在温度控制、氢气流量控制等方面已经趋于完善。其中典型的代表是德国 ELLNO 公司生产的全自动多管还原炉，如图 2-1 所示：
图 2-1ELINO 公司生产的全自动多管还原炉
全自动多管原炉可以实现整个工作流程的自动化，包括自动化入炉，出炉，钼粉收集，料粉称重及上料。其工艺参数（包括温度，氢气流量等等）的控制和实时监控都非常完善，并且可以根据用户的需求进行定制。国外一些产品在虽然性能上比较有优势，但是结合我国的实际情况，依旧存在一些问题：
（1）产品价格昂贵，目前国内的一些中小型企业还没有能力引进此类设备，所以开发出具有自主知识产权的产品非常必要。
（2）维修过程复杂。工业还原钼粉的环境非常恶劣，导致很多易损件需要频繁更换（如炉管）。国外的设备结构复杂，更换时通常需要国外相关技术人员操作，造成很多麻烦。如果设备因故障出现停产，而维修人员又没有及时赶到，造成的损失是巨大的。
国外虽有自动卸料装置，只是单件卸料，生产率难以提高，而且设备昂贵，为改善目前的状况，所以，我们如果能设计铝棒自动生产线上的自动卸料装置，将会走在制造业的前列[12]。
半连续氢气还原炉，可以高效而经济地用于钼粉等的还原。生产率高，炉气消耗少，投资少，既经济又能确保产品的质量[13]。
通氢条件下的炉管内部温度与各温带工艺温度比较：电炉在较短的时间（距离）内使管内实际温度达到控制要求，说明它满足工艺的能力强[14]。
若采用带式无舟皿连续还原炉，不使用舟皿，将粉末直接平铺在钢带上，消除了气流不均匀现象，并解决了多根炉管之间温度不均匀的问题，从而可以保证粉末的还原速率一致，制备出均匀的粉末。这也将是钨、钼行业制备均匀细颗粒粉末和高性能合金的发展方向[15]。
综上所述，国外已经存在一些可以实现全自动的钼粉还原炉，但是由于其高昂的价格，以及维护与维修的问题，目前很难被国内的中小型企业所接受。因此，自主开发具有柔性的自动化辅机配合十五管还原炉实现全自动化生产非常必要。
（3）总结
工业生产钨粉、钼粉环境非常恶劣，因此开发功能完善，系统稳定的还原炉非常必要。总的来说，还原炉的发展趋势如下：（1）自动化。钨粉、钼粉工业生产条件非常恶劣，属于高危行业，不适于人工操作，因此自动化已经成为大趋势；（2）安全性能。在此前的设计中，炉门入口、出口处的“起火”或者“放炮”现象亟需解决；（3）实现无尘作业。工业生产钨粉、钼粉作业现场粉尘较多，会对设备造成损害。要无尘，这就要求在收集与上料部分需要密封操作。
（4）参考文献
[1]巫晓华，罗小林．多管还原炉使用中的缺陷分析与改进措施[J]．机械研究与应用，2008—10，21(5)：46～48．
[2]宁华. 对制取钨粉引进多管还原炉的探讨[J]. 工程设计与研究,1996,01:39-42.
[3]林小芹，贺跃辉.钼粉的制备技术及其进展〔J〕.中国钼业.2003.27(1):39-42.
[4]关珍祥．我国研制的多管还原炉的特点[J]．中国钨业，1997，1：21～23，20．
[5]WernerV.S，M.O.Hugo，Mechanisms of the hydrogen education of molybdenum oxides，Inter .J. Ref Metals & Harder Mater，2002，20(7):261 一 269
[5]宁华，方志良．德国E1ino工业炉公司多管还原炉简述[J]．中国钨业，1997，3：11～14．
[6]于晓东,汤漾平. 钼粉还原炉辅机控制系统的设计[J]. 机械与电子,2014,01:34-36.
[7]付静波,赵宝华. 国内外钼工业发展现状[J]. 稀有金属,2007,S1:151-154.
[8]宁华,方志良. 德国E1ino工业炉公司多管还原炉简述[J]. 中国钨业,1997,03:13-16.
[9]关珍祥．浅谈还原炉[J]．中国钨业．1997．7、8：33～37．
[10]谌启明. 隧道式钨粉还原炉——难熔金属粉末还原新设备(Ⅰ)[J]. 稀有金属与硬质合金,2000,03:31-35.
[11]Mercedes Ramírez-Mendoza,Pedro Albertos. MULTIVARIABLE CONTROL OF A REDUCTION FURNACE[J]. IFAC Proceedings Volumes,2010,405:.
[12]陈海真,薛菊. 一种铝棒自动卸料装置的设计[J]. 山东理工大学学报(自然科学版),2006,06:78-80.
[13]魏葆春. 半连续氢气还原炉[J]. 工业加热,2001,02:47-48.
[14]张华民,蔡新余,王在兴. 多管炉工作状况下的温度分布[J]. 硬质合金,2010,06:370-375.
[15]李新春,易茂中,罗崇玲等.带式无舟皿连续还原炉制备粒度均匀的细颗粒钨粉[J].粉末冶金技术,2008,26(3):163-167,172.
