科技成果

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成果名称: 钒氮合金新工艺与装备产业化开发应用

成果登记号: 9612019Y0580

第一完成单位: 陕西华银科技股份有限公司

联 系 人: 巴运炜

成果类型: 应用技术

成果体现形式 : 新材料

技术领域: 新材料及其应用

应用行业: 制造业

成果简介:

1.技术背景与研究目标

钒氮合金是一种优质的炼钢添加剂,可以显著提高钢材的强度和韧性。国家质检总局最新颁布的两个建筑钢材标准(GB/T1499.2-2018、GB50017-2017),从源头上取缔了地条钢和穿水工艺的使用,确立了含钒钢材在建筑领域的地位,未来钒氮合金的用量将大幅度提高。

钒氮合金生产一般采用推板窑工艺,该工艺具有生产连续、自动化程度高的优点,但也存在能耗高、反应周期长和设备易损坏等问题。该项目针对实际生产中存在的问题,开展新型钒氮合金推板窑工艺与装备研究,以期降低生产电耗、提升反应速率和降低设备维护成本,进一步改善推板窑生产钒氮合金的技术现状。

2.技术创新性

项目属于冶金材料领域,有效解决了钒氮合金生产的能耗高、反应周期长、设备易损坏和大修时间长等问题,提升了推板窑工艺的技术水平。主要创新点如下:

(1)针对高热值、并含有一定还原性气体的钒氮合金生产尾气,开发了尾气综合利用技术。生产尾气通过降尘室降尘后,直接用于烘干和预还原生球团料,以充分利用其中的热量和CO成分,在提升球团烘干速度的同时,降低原料的配碳比,从而节省还原剂碳粉。

(2)开发了新型推板窑装备。采用自主研发方式,对推板窑关键技术及结构进行研究。包括易腐蚀段的大炉膛结构和新型配方耐材,延长炉窑寿命;对炉腔进行湍流设置,实现立体多点进气,提升氮气利用效率;创建模块化组合式窑体,提升炉窑的大修速度,避免能量空耗。

(3)创立了新型推板窑热工制度。对推板窑生产钒氮合金热平衡进行计算,利用ANSYS Workbench Fluent平台对推板窑典型工作段进行模拟,建立温度场模型,提出炉窑分区温度制度,提高产品质量和生产效率。

(4)开发了推板窑“氮气预热+冷却段强化冷却”新技术。将空分后得到的低温氮气,通入推板窑空冷段夹层内,利用炉体温度加热。既充分利用氮气的低温状态,强化冷却段冷却效果,又使入炉氮气温度得到有效提升。

3.应用效果

该项目首次针对钒氮合金生产推板窑进行了相对系统研究,相关成果已经在陕西华银科技股份有限公司年产1万吨钒氮合金项目上应用,项目年产值50亿元,通过还原炉综合利用节能技术改造,提高生产效率40%以上、单位产品降低电耗40%,使综合吨产品电耗降低到了3800kW·h。该技术在行业里有重要的推广应用价值。

4.主要技术指标

(1)产品氮含量高:在保证钒氮合金渗氮均匀程度前提下,提升产品含氮量,由原来14wt%提升到16 wt%以上。

(2)生产效率高:优化各区间段长度,提升推板推进速度,缩短压制球团烘干时间和钒氮合金冷却时间,使生产周期由原来40h左右降低到22h以下。

(3)节能降耗:通过热工制度优化、充分利用冷却段炉体热量及尾气热量等手段降低生产能耗,使吨产品耗电由原来的6500 kW·h降低到3800 kW·h。

(4)炉窑寿命长:对炉窑易腐蚀段,进行炉膛结构及耐蚀材料研发,提升窑炉使用寿命,易蚀段运行周期由原来6个月提升到24个月以上。

(5)单炉产能大:通过改进加热室,提升温度场均匀性,从而保证厚料层生产,加大产能,单条推板窑产能由原来2.5t/d提升到4.8t/d。

5.取得的成果

该项目创造性地解决了推板窑生产钒氮合金工艺存在能耗高、反应周期长、大修时间长等问题,突破了核心关键技术,有效降低了推板窑生产能耗,降低了反应周期,提升了炉体使用寿命,降低了设备维修时间,提升了设备产能和钒氮合金产品质量稳定性,技术和装备的工程化应用达到国际领先水平;项目取得了一系列具有自主知识产权的专利技术,引领了我国推板窑生产钒氮合金技术的发展,显著提升了行业科技水平;该成果成功应用于陕西华银科技股份有限公司1万吨/年钒氮合金生产项目,提升了我国钒氮合金制备的技术水平;累计发表学术论文15篇,申请专利26件,培养研究生5名;两年累计产值15亿元,利税2亿元。