作为冶金行业的一家世界领先的工程设计和设备制造公司, 普锐特冶金技术的最高目标是, 确保所有提供的设备 系统和技术完全可靠, 全面达到合同规定和项目要求 为此, 公司 及其合作伙伴 在全球 23 处地点建立了大约 60 套装备齐全的测试和优化设施, 涵盖了钢铁生产流程的每一个环节以及有色金属技术

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1 38 配备相机的 LIQUIROB 机器人系统在钢厂环境中执行操作 : 它是普锐特冶金技术研发测试和优化设施的创新成果之一 试金石 普锐特冶金技术及其合作方的全球研发测试和优化设施

2 作为冶金行业的一家世界领先的工程设计和设备制造公司, 普锐特冶金技术的最高目标是, 确保所有提供的设备 系统和技术完全可靠, 全面达到合同规定和项目要求 为此, 公司 及其合作伙伴 在全球 23 处地点建立了大约 60 套装备齐全的测试和优化设施, 涵盖了钢铁生产流程的每一个环节以及有色金属技术

3 40 1. 美国 2. 英国 液压厚度自动控制 (HAGC)测试台 轧机仪表测试实验室 包括 测宽仪相机标定 轧制工艺 光学模拟器 静电涂油机刀 梁测试设备 动态空气轴承 式板形仪(ABSM)测试台 喷淋阀测试装置 生物发酵实验室 Morgoil油膜轴承测试设备 铝材双辊铸轧试验设备 相变监测器系统测试台和演 示器 长材和中厚板轧制测试设备 (包括出借给塔塔钢铁公司 研究部的自有热轧机) 图1 普锐特冶金技术及其合作方 的全球研发测试和优化设施 的地理分布和技术能力 与大学合建的轻金属成形 设备(轧机 材料性能测试 设备) 与知名研究和技术机构合 建的金属成形设备和高温 材料测试设备 材料加工和化学分析用高 温设备 3. 法国 灵活型冷轧和带钢矫直/光 整测试设备 表面检验实验室 HAGC测试台(单台液压缸 能力高达5,000 t) 4. 德国 电气和自动化集成测试 压块试验设备 自动液压连接试验系统 标准喷枪Sinamics测试系统 炉料分布激光探测试验系统 RH脱气设备提升模拟 混合浮选技术试验 5. 意大利 钢轨硬化试验设备

4 41 6. 奥地利 混合浮选技术试验 煤压块试验设备 造块锅试验 铁矿石还原研究 Corex和Finex设备煤种测试 高炉渣干法粒化研究(实验 室和半工业试验规模) 石灰溶解度测试 设备振动模拟 干法除尘半工业试验 (Mercon) 冷却喷嘴测试台 7. 印度 HAGC测试设备 层流冷却测试设备 减振测试台 退火线测试设备 机电一体化设备(机器人 非接触式测量 状态监测 诊断技术 检测系统 在线 测量工具 等等) 电气自动化集成测试 8. 中国 9. 日本 HAGC测试设备 热轧机测试设备 连铸辊测试设备 带钢连铸半工业试验设备 超级万能凸度控制轧机 (Hyper UCM) 处理线测试设备 交叉缝焊机(CSW)

5 2. 一种技术产品在能够工业化推广之前, 必须达到一定的标准并得到确认 产品需要重复性使用, 因此必须能够长期承受周围的环境条件 新设备和部件都需要经过全面的测试和验证, 以确保它们的使用安全性和可靠性 测试是设计的保障 不仅要对准备向客户发货的单件最终产品进行测试, 还要对产品所组成的系统进行测试 测试贯穿于技术开发的每一个阶段以及设备制造的每一个环节 普锐特冶金技术每天都要执行复杂的设计任务 从确认产品的性能到保证所供设备和系统的质量, 公司的大部分工作都必须进行测试 测试对于优化工艺和检查新方案的实际效果至关重要 设计出的复杂系统 ( 比如炼钢转炉 轧机或处理线 ) 的测试, 需要在许多方面掌握大量不同的技能 测试设备本身往往是定制设计的, 造价昂贵 因此, 测试需要合作, 需要将自有设施和外部合作方的设施结合起来 测试的最终目标包括 : 开发新技术 ; 优化冶金工艺 ; 确认新式设备设计的功能性 高效性 实用性和经济性 ; 无缺陷集成所有相关电子 机械 自动化和环境系统 ; 等等 以下介绍普锐特冶金技术使用的各种测试和优化设施 ( 图 1) 它们涵盖了整个冶金价值链, 从选矿设备直到最终金属产品 炼铁关于含碳材料加工 铁矿石处理 产品质量改善和耐材稳定性的研究归于炼铁领域, 包括了铁矿石浮选试验, 铁矿石还原试验, 以及煤粉 铁矿粉 烧结矿粉 球团矿粉和淤泥的冷压块 ( 随后将用在冶金工艺中 ) 试验, 见图 2 6

6 43 图 2: 普锐特冶金技术的混合浮选技术试验设备 图 3 6, 自左至右 : 压块试验使用的粉煤和粘结剂强力混料机 ; 对辊式压块机 ; 煤冷压块试验的结果 ; 造块试验设备 所有照片均摄自 ARP( 奥地利 LE- OBEN) 混合浮选技术 : 浮选工艺的效率对矿山的效益有决定性影响 普锐特冶金技术推出了混合浮选技术, 其原理是 : 1) 将矿浆气动喷入浮选槽上部区域, 以分离和回收细和超细铁矿石颗粒 ;2) 将空气喷入浮选槽下部区域, 以分离和回收粗颗粒 普锐特冶金技术的混合浮选技术试验设备用于工艺和设计问题的研究和优化, 目的是使硫化矿石中的金属更有效地富集 使用试验设备还能研究反浮选工艺, 以从铁矿石中去除氧化硅 该设备的容量为 30l, 产能为 0.72 m3/h 它非常适合于各种铁矿石 浮选溶液化学 工艺参数和浮选槽设计的快速研究 造块锅试验 : 普锐特冶金技术的新建球团锅试验设备于 2015 年在奥地利 Leoben 的 ARP(Aufbereitung, Recycling, Prüftechnik) 有限责任公司完成安装和调试 该设备能够对各种混合球团原料和 / 或精矿快速进行综合测试, 以确定它们在球团工艺中的稳定性 球团锅试验与选矿试验 计算和 CFD 模拟相结合, 能够优化固结设备的设计 另外, 使用这套全自动造块锅试验设备还能进行材料和工艺行为的基础研究 在奥钢联林茨钢厂的研发设施上可以进行烧结锅试验, 包括强力混料和制粒系统 (IMGS) 原料的制备 另外, 还能进行选择性废气循环 (SWGR) 试验, 以确定 SWGR 工艺中循环风箱的最佳选择 全面的化学和物 理分析将帮助优化烧结原料配方和工艺参数»

7 图 7: MERCON 半工业试验设备 大幅度削减转炉炼钢排放和能源回收

8 45 图 8: 研究使用熔盐临时储存电弧炉废气热能的半工业试验设备 图 9: 在日本广岛进行的带钢连铸试验 高炉渣干法粒化 : 奥钢联林茨钢厂正在建设一套工业规模的干法渣粒化 (DSG) 原型设备, 它将被用来确定回收液态高炉渣热能以制造蒸汽和发电的可行性 此前已在合作方奥地利 Leoben 大学成功进行了实验室规模的 DSG 试验 转炉炼钢通过向转炉渣内加入石灰, 能够进行石灰溶解度测试, 从而确定石灰在不同成分炉渣中的溶解速度 测试的目的是更好地研究转炉工艺的动态行为和更精确地预测 LD(BOF) 炼钢吹炼期的终点 还在林茨 Johannes Kepler 大学 (JKU) 进行 AOD 不锈钢炼钢转炉振动行为的模拟研究, 并在研究结果基础上开发了一种液压减振系统以抑制 AOD 转炉的振动 太原钢铁公司 ( 太钢 ) 安装了该系统并已成功投入使用 2015 年 9 月, 又从北美不锈钢公司获得了一套类似的 AOD 转炉减振系统的合同 化先进布袋过滤器使用的材料, 以最大限度提高高温稳定性和气体净化效率, 尤其是对于超细颗粒物 排放目标值是低于 5 mg/nm 3 电炉炼钢普锐特冶金技术拥有一套用于研究以熔盐为蓄热介质临时储存电弧炉废气热能的半工业试验设备 ( 图 8) 该设备在德国图林根钢厂得到全面的测试, 确定了关键的工艺参数和合适的防腐材料 熔盐凝固时放出的热量能够被用来制造蒸汽, 从而达到节能效果 这套半工业试验设备如今安装在奥地利维也纳技术大学, 它可以用于同潜在客户的合作研究以进一步优化工艺 普锐特冶金技术 ( 德国 Willstätt-Legelshurst) 正在开展一系列改进电弧炉和真空脱气设备及工艺的试验研究, 比如 : Mercon: 目前, 普锐特冶金技术正在同一家欧洲钢铁企业联合开发一种新型干法转炉废气除尘系统 ( 图 7) 这种除尘系统称为 Mercon, 是 大幅度削减转炉炼钢排放和能源回收 的英文首字母缩写 向废气流中喷入一种惰性材料, 以消除非吹炼期灰尘再次氧化的风险 研究的重点是优 用于废钢料篮自动装料的废钢分布激光探测系统试验 竖炉式电弧炉废钢料篮的自动液压连接 Sinamics 系统在标准喷枪测试中的应用 真空脱气炉壳提升模拟»

9 10. 图 10 11: 连铸机二冷喷嘴设计的优化, 奥地利林茨 11.

10 47 连铸在连铸领域, 普锐特冶金技术 ( 广岛 ) 正在进一步开发钢和有色金属的带材连铸技术 ( 图 9) 英国 Brunel 大学在开发铝带连铸的配套工艺, 满意的研究成果将被提交给广岛, 以对这种商业前景诱人的技术进行优化 在公司的喷嘴测试台 ( 林茨 ), 连铸机二冷喷嘴的设计和 控制得到持续改进, 为优化铸流冷却参数而对喷嘴性能进行全面检测 ( 图 10 11) 为了研究提高拉速 改善产品质量和优化设备设计的措施, 还在客户现场进行连铸工艺试验 另外, 还在 Leoben 大学实验室测试不同成分钢种在凝固过程中的热力学性质, 为专有二级过程控制方案包 ( 比如 Dyna- Phase Dynacs 3D 和 DynaGap 3D) 扩充知识库 图 12: CSM RINA 实验室的 IDRHA+ 半工业试验设备, 意大利 DALMINE 长材轧制普锐特冶金技术和意大利技术中心 Centro Sviluppo Materiali (CSM) 联合开发了 idrha+ 系统, 能够有效地改善轨头硬度分布 这对重载和高速铁路尤其重要 idrha+ 的开发以热模型 机械模型和冶金模型为基础, 其有效性已在半工业试验设备 ( 图 12) 上得到验证 该方案提供了定制在线冷却的能力, 保证了准确地 获得细化珠光体组织和期望的轨头硬度分布 世界首套 idrha+ 钢轨硬化系统安装在中国包钢轨梁厂 图 13: 热轧机测试设备, 日本广岛 扁平材轧制热轧试验, 包括焊接试验, 在日本广岛的一套小型 4 辊热轧机上进行, 其轧制力达到 300 MN( 图 13) 这里还进行了接合中间坯以实现连续热轧的大量试验 除了进一步优化轧制参数和改进设计, 还使用轧机稳定装置 (MSD) 进行减轻热带钢轧机精轧机组振动的试验 普锐特冶金技术英国的一套实验用轧机目前被塔塔钢铁公司 Swinden 技术中心用于研究 ( 图 14) 该轧机由 塔塔钢铁公司和普锐特冶金技术共同用来改进热轧工艺 钢铁生产企业和技术供应商之间的研发合作为轧机 方案的开发 优化和实施提供了一个理想的平台» 图 14: 普锐特冶金技术实验用轧机, 塔塔钢铁公司英国 SWINDEN 技术中心

11 15. 对于扁平材和长材的热轧, 英国曼彻斯特大学和华威大学在普锐特冶金技术的指导下正在进行一项通用技术的研究, 目的是在线测量相变比例和确定晶体结构特征 ( 晶粒度和织构 ) 该技术商业化应用需要的仪器测试和标定在普锐特冶金技术英国 Christchurch 进行 奥钢联林茨钢厂正在进行试验, 目标是进一步提高公司热带钢轧机层流冷却段水流控制的精度, 确保同时打开或关闭水流, 避免延迟 这对电工钢等特殊钢种尤为重要 另外, 普锐特冶金技术的多家制造厂和技术中心都能进行油膜轴承测试和液压厚度自动控制 (HAGC) 测试 ( 图 15) 冷轧普锐特冶金技术广岛建有一套全尺寸 6 辊超级万能凸度控制轧机 (Hyper UCM), 能够进行全面的冷轧试验和设备优化研究 该轧机安装了边降控制系统, 能够有效地防止带钢边缘厚度过薄现象 这对先进钢种非常重要 ( 图 16) 普锐特冶金技术还在法国 Montbrison 建有一套冷轧测试设备 ( 图 17), 用于验证工艺参数和改进设备, 以优化不同钢种的轧制工艺 酸洗冷轧联合机组使用的新型交叉缝焊机也得到优化, 尤其是对于高强钢的焊接 ( 图 18) 最后, 在林茨的减振测试台上, 冷轧机的振动现象和各种振动抑制方案得到研究»

12 49 普锐特冶金技术广岛建有一套全尺寸 6 辊超级万能凸度控制轧机 (HYPER UCM), 能够进行全面的冷轧试验和设备优化研究 图 15: HAGC 油缸测试台, 普锐特冶金技术中国上海制造厂 图 16: 6 辊超级万能凸度控制轧机 (HY- PER UCM), 日本广岛 图 17: 灵活型冷轧和带钢矫直 / 光整测试设备, 法国 MONTBRISON 图 18: 冷连轧测试设施内的交叉缝焊机, 普锐特冶金技术日本 18.

13 50 铝轧制在英国, 普锐特冶金技术利用一套静电涂油机测试设备来根据不同合同的要求测试和进一步开发静电涂油机刀梁 测试台操作非常灵活, 能够可靠地量化刀梁的喷涂性能和油脂沿产品宽度的分布 它还能被用来确认客户的油品是否适合于采用静电方式喷涂到带钢上 ( 图 19) 处理线公司的带钢处理测试和检验设施安装在法国 Montbrison( 图 17) 日本广岛和奥地利林茨( 图 20) 在这些地方, 涂镀 退火 表面质量监测和处理等工艺使用的关键设备部件得到改进和优化, 目标是为不同的钢种和应用开发出最佳方案 ( 图 25) 与在工业退火线或镀锡线上进行试验相比, 使用这些设施进行新钢种开发显著节省了时间和成本 机电一体化如果没有机电一体化产品, 难以想象冶金生产工艺方案能够达到如今的先进水平 普锐特冶金技术及其母公司拥有全世界最大的机电一体化专家团队, 致力于冶金设备和工艺的持续改进, 并取得了出色的成果 来自不同领域并拥有丰富经验的专家合作打造优化的系统, 从独立的测量装置直到全集成式机电方案包 产品方案实例包括 : 用于钢厂危险区域 ( 尤其是钢水操作区 ) 的先进机器人系统 ; 非接触式测量和检验系统 ; 离线模拟系统 ; 状态监测和其他诊断系统 ; 用以确定带钢机械性能的在线测量工具 ; 等等 机电一体化产品在改善产品质量, 提高人员和设备安全性以及保护环境等许多方面都发 挥了重要的作用 ( 图 21)» 图 19: 静电涂油机刀梁测试设备, 英国 CHRISTCHURCH 图 20: 退火线模拟装置, 奥地利林茨图 21: LIQUIROB 机器人系统的相机定位装置, 奥地利林茨

14 21. 普锐特冶金技术及其母公司拥有全世界最大的机电一体化专家团队, 致力于冶金设备和工艺的持续改进, 并取得了出色的成果

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16 53 图 22: 电气 电子和自动化集成测试设施, 德国 ERLANGEN 图 23: LANZATECH 生物发酵实验设备, 美国伊利诺伊斯州 SKOKIE 图 24: 普锐特冶金技术上海制造厂实验室的显微分析和微观硬度测试图 25: SIAS( 自动表面检验系统 ) 表面质量监测实验室, 法国 MONTBRISON 25. 自动化在发往客户生产现场之前, 电气 电子 自动化和软件包都在普锐特冶金技术自动化技术中心经过全面的功能测试 首先进行单独自动化模块的测试, 然后进行集成测试, 以确保所有自动化方案包和接口功能正常 ( 图 22) 这样, 现场系统投运时间将大幅度缩短, 充分体现了 即装即用 的理念 工业 4.0: 普锐特冶金技术积极参与钢铁行业工业 4.0 方案的开发和实施 钢厂内的设备和系统通过数字化方式相互连接并构成网络, 像生产计划和适时维修这样的决定均自动和自主地作出 工业 4.0 将把工艺优化提升到一个全新的水平, 同时大幅度降低成本 生态方案 LanzaTech 和普锐特冶金技术签署了一项排他性合作协议, 共同开发 优化和推广 LanzaTech 生物发酵技术 该技术对焦炉煤气 高炉炉顶煤气 直接还原煤气和 LD(BOF) 转炉煤气等富含碳和氢的废气进行微生物发酵, 以生产乙醇或其他基础化学品, 同时大幅度减少 CO2 排放 在美国伊利诺伊斯州 Skokie( 靠近芝加哥 ) 的 LanzaTech 专用实验室, 进行了利用细菌培养将 CO2 转化成化学品和燃料 ( 比如乙醇和 2,3 丁二醇等 ) 的试验 ( 图 23) 在试验结果的基础上, 将针对不同客户的情况确定并优化设备和工艺的相关参数 质量控制当然, 普锐特冶金技术研发测试和优化设施开发的方案 工艺和产品在推广到工业应用之前需要经过全面而严格的质量检查 ( 图 24 和 25) 严把质量关是公司的承诺和责任 让客户受益在测试领域同有关各方的合作不仅是分担专用设施的建造和使用成本的需要, 而且为研究 开发和工艺改进的联合开展搭建了一个平台 它涉及了供应商和客户, 而且是世界上知名度很高的一些设计公司和冶金企业 冶金价值链的所有环节 从原料到金属成品 都因这种合作而受益匪浅 经验告诉我们, 分享想法能够更好地满足业界的需要, 也能更快地将想法成功付诸实现 普锐特冶金技术各处测试和优化设施开展的研发工作有一个共同的目标 开发 优化和实施让客户最大限度受益的技术方案 这是确保冶金生产可持续性和竞争力的基础 让我们携起手来, 齐心协力创造冶金行业的未来 Franka Leitlmeier 博士, 技术管理 Lawrence Gould 博士, 冶金杂志 主编 ( 两人均来自普锐特冶金技术奥地利 ) 作者谨此感谢所有合作方在大量研发项目中的密切配合和对测试设备 材料及人员的精心安排

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