集约化养猪场废水处理技术及应用
养猪场废水是养殖业废弃物中最典型的一类污
染物,主要包括猪尿、部分猪粪和猪舍冲洗水,属高浓
度有机废水。由于养猪业属传统产业,用于废水处理
的资金有限,所以养猪场废水处理各项指标要完全达
标难度很大。迄今为止,国内外对养猪场废水处理已
进行了大量研究和工程应用实践。文章分析总结了
近3年来集约化养猪场废水处理的工艺研究和工程
应用等方面的情况,现报道如下。
1 猪场废水处理工艺
目前,养猪场废水处理研究的工艺方法有物化处
理、自然生态处理、好氧处理、厌氧处理等,实际工程
应用中常常是这些处理技术的组合工艺。
猪场废水悬浮物质浓度很高,悬浮物质是COD
的主要来源之一,过高的悬浮物质将会影响后续生化
处理的效果,所以在养猪场废水进入生化处理系统之
前进行固液分离处理是必要的。固液分离机有振动
筛、回转筛、水力筛和挤压式分离机等,其中挤压式分
离机可以连续运行,效率较高。德国研制的FAN -
SEPATOR的挤压式离心分离机,具有很好的分离效
果,在我国的应用表明,悬浮物的去除效率较高,分离
出来的泥渣含水率为80%左右。
猪场废水氮磷含量很高, 采用磷酸镁铵
(MgNH4 PO4 ·6H2O,俗称鸟粪石)化学沉淀法处理,
使得废水中的氨氮转化为缓释肥中的营养元素,解决
了氮的回收和氨的污染两大问题,同时达到较好的预
处理效果,为后续的生化处理创造了条件。但该方法
必须考虑废水中N、P、Mg的平衡问题,所以廉价的添
加剂是化学沉淀法能否实际应用的关键。Lee S I等
人利用海水或制盐工业中的废盐卤作为Mg2 + 添加
剂,沉淀速度快,与添加MgCl2 作镁源对磷有等同的
去除效果,是一种处理成本低廉的方法,但去除氨的
效果不如添加MgCl2。
自然生态法是运用生态学原理与工程学方法相
结合的技术,应用较多的是稳定塘工艺和人工湿地系
统。PoachM E[ 1 ]为了研究有机负荷和去除效果的关
系,设计了6个并联的湿地- 池塘- 湿地处理系统,
通过分别进水控制各处理单元的有机负荷,试验研究
表明,最佳TSS、COD、TN、TP去除率分别为35% ～
51%、30% ～50%、37% ～51%、13% ～26%,夏季处
理效果明显优于冬季,处理效果受温度和降雨的影响
较大。自然生态法处理建设费用较低,运行成本低
廉,但受自然条件的影响较大,适宜于土地资源丰富
的地区,具有良好的应用前景。
好氧生化法主要有活性污泥法和生物接触氧化法。
成文[2]采用接触氧化水解(酸化) -两段接触氧化-混凝
工艺处理猪场废水,水解对CODcr有较高的去除率,稳定
在60%～70%;接触氧化对COD的去除效果在50%左右。
整个工艺对氨氮去除效果较好,出水氨氮在13～15 mg/
L, CODcr在200～250 mg/L,经过聚合氯化铝混凝沉
淀后,最终出水CODcr稳定在100 mg/L 以下,出水
达到污水综合排放一级标准(GB8978 - 88) 。但该工
艺程序复杂,占地面积大,对氨氮的去除效果还有待
进一步研究。邓良伟[ 3 ]研究水解- SBR处理猪场废
水,大大简化了处理工艺, 水解去除了大部分的
COD, TP去除率达到55% ,但对氨氮去除效果不好;
SBR对氨氮有较好的去除效果, TN的去除率为74.
1% ,氨氮的去除率在97%以上,但最终出水的COD
残留量较大。猪场废水的高氨氮常常导致生化处理
过程中碳源不够、C /N过低,从而影响总氮的去除效
果,如果采用外加碳源则会增加处理成本。Ju -
Hyun Kim等人利用序批式反应器( SBR) 实时控制
工艺,采取补充源水作外加碳源的方式处理猪场废
水,通过ORP以及pH值实时控制缺氧段、好氧段,
TOC和总氮的去除率分别在94%和96%以上,能够
有效除去TOC和TN,但对TP的去除效果不佳。猪
场废水氨氮浓度高,对直接进行生化处理可能会产生
影响,因此在生化处理前进行化学脱氮以减轻后续生
化处理的难度,是目前猪场废水处理的一个新途径,
于金莲等人提出了加石灰乳混凝沉淀- 脱氨- 好氧
生化的联合处理工艺,在生化处理前进行混凝沉淀和
脱氨预处理,一方面去除了大部分悬浮物和部分难降
解有机物;另一方面提高pH值,脱除大部分氨氮,使
后续生化处理降低能耗、容易达标。
自然生态法和好氧处理都有各自的不足,自然生
态法处理需要大面积的处理场地;好氧处理能耗大,
去除污染物不完全。
对于高浓度有机废水的处理,厌氧技术是必然选择
之一。目前较常用也比较有效的处理方法是厌氧或
厌氧+好氧后续处理工艺,研制高效厌氧反应器是猪
场废水处理的关键。邓良伟等人利用内循环厌氧反
应器( IC)处理猪场废水,水力停留时间0. 8～2. 0 d,
COD 负荷3～7 kg / (m3 ·d) ,经过半年的运行,结果
表明, COD 平均去除率为80. 3% ,耐冲击负荷好,
BOD5 平均去除率为95. 8% , SS去除率为78. 5%。
厌氧反应器中,部分有机氮转化为氨态氮,使得出水
氨氮浓度比进水高2. 82% ,反应器对总氮、总磷的去
除还需进一步的试验研究。一般而言,单纯使用厌氧
工艺,出水有机污染物还很高,必须采用后续处理才
能达到排放标准。考虑到SBR 对氨氮有较好的去
除,杨朝晖等人提出沉淀- UASB - SBR工艺处理猪
场废水,经厌氧消化可除去大部分的有机质,在SBR
工艺中的曝气过程分为2个阶段,中间添置闲置阶
段,既防止产生过多泡沫,又增强反消化作用。经过
稳定运行, UASB 反应器COD 有机负荷稳定在
8～10 kg/ (m3 ·d) , COD去除率达到70%左右,BOD5
去除率80%左右,经SBR 处理可去除氨氮95% ～
98% ,最终出水CODcr为186 ～412 mg/L, BOD5 为
78～146 mg/L,氨氮为20 ～60 mg/L,出水仍残留部
分生化处理难以去除的难降解有机物,这是因为厌氧
消化较完全,消化液COD较低,而氨氮很高,导致后
续生化处理碳源不足,影响了后续的处理效果。杨朝
晖等人又研究水解酸化+好氧处理猪场废水工艺,采
用水解酸化反应器(ASBR)进行厌氧处理,保持厌氧
消化处理控制在水解、酸化阶段,使出水C /N 较高,
保证了后续SBR的生化效果。经过最终混凝处理,
COD去除率为99. 6% , BOD5 去除率为99. 8%, TN
为88. 3% ,氨氮为99. 8% ,出水达到污水综合排放二
级标准(GB8978 - 96) 。但水解酸化反应器COD 的
容积负荷较低仅为2. 3 kg/ (m3 ·d) ,还需进一步研
究提高其负荷。
猪场废水中还存在大量细菌,如不经处理可能将
大肠杆菌带入地表水和地下水,危害人类健康, James
A Entry等人提出用水溶性的阴离子聚丙烯酰胺
( PAM ) 处理猪场废水, 基建投资低、应用快捷。
PAM、PAM与CaO复配和PAM与Al2 ( SO4 ) 4 复配能
够使总的大肠杆菌和排泄物大肠杆菌减少30% ～
50%,降低源水中的总磷、正磷酸根以及氨氮。正确
的应用PAM及其复配物可以减少进入地表水和地下
水中的污染物数量,保护水质。
2 猪场废水处理技术应用情况
目前,应用到实际工程上的猪场废水处理工艺有
自然生态法处理、好氧处理、厌氧+好氧处理等。潘
涌璋等人利用高级综合稳定塘处理猪场废水,经过稳
定运行, 出水达到畜禽养殖业污染物排放标准
(GB18596 - 2001)的要求,氨氮在60 mg/L 左右,总
氮没有考虑,总停留时间在20 d以上,占地面积大,
适合于土地资源较丰富的亚热带山区。由于凤眼莲
对水体中的污染物质和营养物质有较好的吸收,
]考虑用凤眼莲处理猪场废水,工艺流程如下:
该凤眼莲生化处理系统对COD 的______去除率为
43%～69% ,对总氮的去除率为55% ～72% ,对氮元
素的吸收量很大,同时对总磷、挥发酚等污染物都有
较好的去除效果。该处理系统的停留时间为30 d,日
设计流量为600 m3 ,但需要较大的处理场地,且受气
候条件影响很大,这都限制了该工艺的应用。目前,
厌氧+好氧处理工艺应用较为广泛。胡海良等人将
环形生活污水高效净化沼气装置应用到猪场废水的
处理上,废水经过高效净化沼气装置后进入接触氧化
池,进行自然曝气去除CODcr和BOD5 , 该工艺对
COD、BOD的去除率达到90%以上,但出水氨氮为
100～200 mg/L,去除效果不好。邓良伟等人进行了
厌氧- 加源水- 间隙曝气(Anarwia)的研究,此工艺
是厌氧+ SBR工艺的改良,因为厌氧消化较完全,导
致好氧处理中C /N较低,影响后续消化效果,如果添
加外源碳源或外源有机物提高C /N,运行成本随之增
高,故提出了部分猪场废水进入厌氧池进行厌氧处
理,另一部分进入沉淀配水池与厌氧出水混合后再采
用间歇曝气的序批式反应器( SBR)处理,经过一年的
生产性试验,该改良工艺对COD、氨氮、TN的去除率
分别为93. 1% ～97. 4%、98. 2% ～99. 5%、93. 1% ,
但最终剩余难降解的有机质还需要进一步物化处理
才能达到排放标准。
3 其他相关处理技术
猪场废水处理还有其他的相关处理技术,如从养
猪场生产过程的环境管理上考虑,在源头改进工艺减
少排污,减轻污染。采用干清粪工艺取代水冲式清粪
就是一种较好的方法,干清粪工艺是将粪便单独清
出,不与尿、污水混合排出,这种工艺固态粪便含水量
低,粪中营养成分损失小,肥料价值高,便于堆肥和其
他方式处理,还可以节约用水,减少废水和污染物排
放量,易于净化处理,是目前理想的清粪工艺。以万
头规模化养猪场为例,将现有的水冲粪工艺改为干清
粪工艺,每年可减少污水排放5. 5万吨,既节约了用
水,又减少了污染。王德刚等人提出“零污染”干式
法养猪,即在栏舍内铺上敷料,将猪的粪尿吸附混合,
生物处理后进行二次发酵,并经工艺处理合成生态有
机肥,对周围环境达到“零污染”的排放效果,同时降
低猪群疾病发生率,加快生长速度,提高饲养效益以
达到较好的经济效益、环境效益。
目前很多学者提出了不少猪场废水处理的新方法,
但都只停留在试验室小试阶段,真正应用到生产中还需
要进一步的研究试验。邓良伟等人利用秸秆作为载体
进行堆肥,在堆肥发酵过程中,产生的生物热蒸发浓缩
“猪场废水”,达到处理猪场废水和生产有机肥的目的。
以秸秆为载体用猪粪水及其厌氧消化液进行堆肥处理,
其吸水比可达1∶5. 94～1∶6. 65,堆肥含水率基本在
70%以上,超过一般堆肥过程含水率( 50% ～60% ) ,
且能保持较长的高温期,说明以秸秆为载体吸收猪粪
水在高温条件下进行堆肥的工艺路线是可行的。在
堆肥过程中,氮、磷、钾是一个累加的过程,所获得的
堆肥是一种肥效较高的有机肥,但该工艺消耗猪场生
产废水有限,仅限于小规模的污水处理,对于大规模
的猪场废水处理还需研究探讨。
4 结论与展望
根据以上分析,解决猪场废弃物污染问题,首先
应当加强猪场环境管理,从源头污水减量化考虑,采
用“零污染”干式养猪,减少用水量,基本实现零污染
物排放;或采用干清的方式代替水冲,既不会流失营
养物质,又可以大大减少废水的排放。养猪业属于传
统产业,猪场废水处理必须寻求经济可行、处理效果
好的方法。开发经济有效的处理工艺是目前猪场废
水处理的重点。高效厌氧反应器的研制、氮磷污染物
的去除、沼气发电技术及无害化资源能源的回收是今
后猪场废水处理的重要研究方向。
参考文献:
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水排水, 2001, 17 (3) : 8 - 11.
[ 4 ] 余远松. 凤眼莲水生生态系统处理大型养猪场废水的应用研究
[ J ]. 农业环境保护, 2000, 19 (5) : 301 - 303.
畜禽粪便用于生产饲料的方法
随着我国畜牧业的蓬勃发展,生产规模化、集约
化趋势越来越明显,在给人类提供丰富的畜禽产品同
时,由于规模化养殖场的畜禽粪便和污水多不处理直
接用作肥料,某些地区甚至直接排入江河,造成严重
的环境污染。其实,畜禽粪便并非完全是不可利用的
废物,粪便中有一部分营养物质能被动物直接再吸
收,还有一部分物质可通过处理再被动物吸收。现在
被各国所接受和使用的主要处理方法有以下几种。
1 干燥法
一般只适用于营养物质含量较高的鸡粪。
1. 1 自然干燥
将新鲜粪便单独或掺入一定比例糠麸拌匀后,摊
在水泥地面或塑料布上,随时翻动,自然风干、晒干,
然后粉碎,掺到其他饲料中饲喂。此法成本较低,操
作简单,但受天气影响大,晒干时造成的环境污染大。
1. 2 加温干燥
干燥快速,可达到灭菌、灭杂草籽和去臭的目的,
但是经处理后的粪便养分损失较大,成本较高。
1. 2. 1 低温干燥 将畜禽粪便运到装有机械搅拌和
气体蒸发的干燥车间或干燥机、隧道窖中,在70 ～
500 ℃的温度下烘干,使畜禽粪便含水量降到13%以
下,再储藏和利用。
1. 2. 2 高温快速干燥 将含水量为70% ～75%的
畜禽粪便通过高温快速干燥机,在不停旋转的干燥机
中,畜禽粪便通过间接加热( 500 ～700 ℃) , 12 s左
右,含水量即可降至13%以下。
1. 3 微波处理干燥
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王溢嘉先生曾在音乐家与职篮巨星这篇文章写道：“即使你的资质再好，若没有经过琢磨，也是一块没有甚 么价值的璞玉。如果你因为自觉在某方面不如人，而且相信勤能补拙，愿意比别人花更多心血去练习，使他成为一种良好的习惯，那么有一天物换星移，情况变的对自己有利时，这种良好的习惯就更能使你脱颖而出。”
也许在梦想这条充满荆棘的路上，我们会被扎伤很多次，但是，没有哪个农人在欢呼收割前是不需要播种及耕耘的。没有哪位成功人士在完成梦想前是不须经过挫折和泪水的。而每一个例子都告诉我们，也应证了胡适先生的智慧：“要怎么收获，先怎么栽。”
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关于说明细节很重要的作文素材？
“细节决定成败”作文素材集锦1、汪中求在《细节决定成败》一书中说：“在中国，想做大事的人很多，但愿意把小事做细的人很少；我们不缺少雄韬伟略的战略家，缺少的是精益求精的执行者；决不缺少各类管理规章制度，缺少的是对规章条款不折不扣的执行。
我们必须改变心浮气躁、浅尝辄止的毛病，提倡注重细节、把小事做细。”2、海尔总裁张瑞敏先生在比较中日两个民族的认真精神时说：如果让一个日本人每天擦桌子六次，日本人会不折不扣地执行，每天都会坚持擦六次；可是如果让一个中国人去做，那么他在第一天可能擦六遍，第二天可能擦六遍，但到了第三天，可能就会擦五次、四次、三次，到后来，就不了了之。
有鉴于此，他表示：把每一件简单的事做好就是不简单；把每一件平凡的事做好就是不平凡。海尔集团“严、细、实、恒”的管理风格，把细和实提到了重要的层次上，以追求工作的零缺陷、高灵敏度为目标，把管理问题控制解决在最短时间、最小范围，使经济损失降到最低，逐步实现了管理的精细化，消除了企业管理的所有死角，大大降低了成本材料的消耗，使管理达到了及时、全面、有效的状况，每一个环节都能透出一丝不苟的严谨，真正做到了环环相扣、疏而不漏。
3、上海地铁一号线是由德国人设计的，看上去并没有什么特别的地方，直到中国设计师设计的二号线投入运营，才发现其中有许多细节被二号线忽略了。如一号线三级台阶的设计，在下雨天可以阻挡雨水倒灌，从而减轻地铁的防洪压力；出口处设计了一个转弯，可节省下很多电，从而减少运营成本；靠近站台约50厘米内铺上金属装饰，又用黑色大理石嵌了一条边，当乘客走近站台边时，就会有了“警惕”性。
正因为这些细节的忽略，导致二号线的运营成本远远高于一号线。4、在德国，有这样一则故事：一群大学生在德国某城市街头做了个试验。
他们把“男”、“女”两个字分别贴在马路边两个并排电话亭的门上。结果发现，来打电话的男士都走进了“男”电话亭，女士则都进了“女”电话亭。
一会儿，“男”电话亭爆满，先生们宁可在门外排队，也不去光顾正空着的“女”电话亭。这时又一位先生匆匆走来，当他看到“男”电话亭爆满时，便毫不犹豫地进了“女”电话亭。
大学生们上前一问，排在“男”电话亭外等候的全是德国人，那个闯入“女”电话亭的是个法国人。5、2003年02月01日，载有七名宇航员的美国哥伦比亚号航天飞机在结束了为期16天的太空任务之后，返回地球，但在着陆前发生意外，航天飞机解体坠毁。
美宇航局最终确定哥伦比亚号航天飞机失事原因是泡沫隔绝材料存在的缺陷。6、我国前些年澳星发射失败也就是细节问题：在配电器上多了一块0.15毫米的铝物质，正是这一点点铝物质导致澳星爆炸。
7、密斯·凡·德罗是20世纪世界四位最伟大的建筑师之一，在被要求用一句最概括的话来描述他成功的原因时，他只说了“细节是魔鬼”五个字。8、托尔斯泰曾说过：一个人的价值不是以数量而是以他的深度来衡量的，成功者的共同特点，就是能做小事情，能够抓住生活中的一些细节。
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“细节决定成败”作文素材集锦
1、汪中求在《细节决定成败》一书中说：“在中国，想做大事的人很多，但愿意把小事做细的人很少；我们不缺少雄韬伟略的战略家，缺少的是精益求精的执行者；决不缺少各类管理规章制度，缺少的是对规章条款不折不扣的执行。我们必须改变心浮气躁、浅尝辄止的毛病，提倡注重细节、把小事做细。”
2、海尔总裁张瑞敏先生在比较中日两个民族的认真精神时说：如果让一个日本人每天擦桌子六次，日本人会不折不扣地执行，每天都会坚持擦六次；可是如果让一个中国人去做，那么他在第一天可能擦六遍，第二天可能擦六遍，但到了第三天，可能就会擦五次、四次、三次，到后来，就不了了之。有鉴于此，他表示：把每一件简单的事做好就是不简单；把每一件平凡的事做好就是不平凡。海尔集团“严、细、实、恒”的管理风格，把细和实提到了重要的层次上，以追求工作的零缺陷、高灵敏度为目标，把管理问题控制解决在最短时间、最小范围，使经济损失降到最低，逐步实现了管理的精细化，消除了企业管理的所有死角，大大降低了成本材料的消耗，使管理达到了及时、全面、有效的状况，每一个环节都能透出一丝不苟的严谨，真正做到了环环相扣、疏而不漏。
3、上海地铁一号线是由德国人设计的，看上去并没有什么特别的地方，直到中国设计师设计的二号线投入运营，才发现其中有许多细节被二号线忽略了。如一号线三级台阶的设计，在下雨天可以阻挡雨水倒灌，从而减轻地铁的防洪压力；出口处设计了一个转弯，可节省下很多电，从而减少运营成本；靠近站台约50厘米内铺上金属装饰，又用黑色大理石嵌了一条边，当乘客走近站台边时，就会有了“警惕”性。正因为这些细节的忽略，导致二号线的运营成本远远高于一号线。
4、在德国，有这样一则故事：一群大学生在德国某城市街头做了个试验。他们把“男”、“女”两个字分别贴在马路边两个并排电话亭的门上。结果发现，来打电话的男士都走进了“男”电话亭，女士则都进了“女”电话亭。一会儿，“男”电话亭爆满，先生们宁可在门外排队，也不去光顾正空着的“女”电话亭。这时又一位先生匆匆走来，当他看到“男”电话亭爆满时，便毫不犹豫地进了“女”电话亭。大学生们上前一问，排在“男”电话亭外等候的全是德国人，那个闯入“女”电话亭的是个法国人。
5、2003年02月01日，载有七名宇航员的美国哥伦比亚号航天飞机在结束了为期16天的太空任务之后，返回地球，但在着陆前发生意外，航天飞机解体坠毁。美宇航局最终确定哥伦比亚号航天飞机失事原因是泡沫隔绝材料存在的缺陷。
6、我国前些年澳星发射失败也就是细节问题：在配电器上多了一块0.15毫米的铝物质，正是这一点点铝物质导致澳星爆炸。
7、密斯·凡·德罗是20世纪世界四位最伟大的建筑师之一，在被要求用一句最概括的话来描述他成功的原因时，他只说了“细节是魔鬼”五个字。
8、托尔斯泰曾说过：一个人的价值不是以数量而是以他的深度来衡量的，成功者的共同特点，就是能做小事情，能够抓住生活中的一些细节。
主流的作用议论文的素材250个字
年少的我们，似乎成天讲究个性，张扬个性，可是个性到底是什么，我真要用这双小眼望望。
主流=潮流？
如今，要想上街闲走，必须具备极强的心理素质才行，不然，极容易精神混乱。就如前一阵子流行男生长发飘飘，女生头发越剪越短，说不定以后见个面还得问一句：您贵“性”？我知道黑黑的墨色头发染成“彩虹”是个性，在牛仔裤开窗户是个性。但现在盲目追求潮流，使潮流变得附庸。大街上，鲜艳夺目的彩色魔头，别具风格的“乞丐装”是大大的，我想附庸的潮流不应该是主流个性。
主流=语言？
从前几年开始，语言就大改革，先是词语：华丽de低调、虐……后来又涌现了大量的独特句子：“你比周星驰还周星驰”“你太本草纲目了”“此人已死，有事烧纸” ……能比我大几年的表哥，见我成绩正优，也说出雷人的话：“我要学习，不然成了文盲，将来还有可能被七、某嘲笑”我也使用这些句子，但我并不认为这是主流个性。无非是拙劣幼稚的化用罢了。
主流=叛逆？
我十分佩服韩寒，因为我找到了同伴，可我的叛逆是藏入骨子“不鸣则已，一鸣惊人”。这位人兄是一个一度属于校园另类怪才，一个闹满城风云的人物，新秀。我直觉十分地告知我，他的叛逆不可吸，他的文学可以吸，因为他总能将人生看得那么清晰，那么坦然。不过可怕的是，同学们认为这种畸形的叛逆作为个性来追捧，认为对现实不满就是一个个性之人，这实在是不可思议。
也许我对主流个性的理解 ，一半是时代，一半是对自我感觉，但我认为：真正的个性应该是能彰显独特自我的表达方式，而不是一幅华丽丽的躯壳。我们的主流要正确，我们的个性需要挑战来充实。
1975-1978年：毕业于大连理工大学铸造专业获学士学位1978-1981年：毕业于哈尔滨工业大学铸造专业获硕士学位1981-1985年：毕业于哈尔滨工业大学铸造专业获博士学位1985-1987年：哈尔滨工业大学金属工艺系讲师1987-1991年：哈尔滨工业大学金属工艺系副教授1994-1999年：哈尔滨工业大学材料工程系教授1999-目前 ：哈尔滨工业大学材料科学与工程学院材料工程系博士生导师 国务院材料科学与工程材料加工学科通讯评委；中国机械工程学会理事；全国铸造学会理事；黑龙江省机械工程学会副秘书长；黑龙江省欧美同学会常务理事；哈尔滨市留学归国人员联谊会常务理事；国家自然科学基金材料科学与工程学部通讯评委；稀有金属材料与工程杂志编委；哈尔滨工业大学学报编委。 他对稀土及钛硼在铝合金凝固过程中的行为进行了深入的研究，取得了优良的成绩。在国内首次提出了盐类细化剂在熔体中的富钛区物理模型，对异项形核理论有所发展。其次，建立了稀土铝合金强度极限与二次枝晶间距之间的数学关系，并发现了铈对铝合金液、固相线的影响，以及新的 AL3CU4CE相。发表论文20余篇。他的研究工作在学术上已达到国际水平。在改进铸造铝合金组织及性能方面已生产积极效果，具有一定的经济效益及社会效益。 中国期刊全文数据库 共134篇[1]徐丽娟；于宏宝；黄玉东；肖树龙；陈玉勇；.牙科用Ti-Cr合金的显微组织及性能[J]中国有色金属学报.2010,(S1）[2]赵而团；孔凡涛；肖树龙；陈艳飞；陈玉勇；.IMI834高温钛合金熔模铸造充型性能[J]中国有色金属学报.2010,(S1）[3]陈艳飞；陈玉勇；田竟；肖树龙；徐丽娟；.离心熔模精铸TiAl合金与ZrO_2型壳的界面反应[J]中国有色金属学报.2010,(S1）[4]孔凡涛；张树志；陈玉勇；.Ti-46Al-2Cr-4Nb-Y合金的高温变形及加工图[J]中国有色金属学报.2010,(S1）[5]杨非；陈玉勇；孔凡涛；肖树龙；徐丽娟；.包套锻造对Ti-45Al-5.4V-3.6Nb-0.3Y合金组织和性能的影响[J]中国有色金属学报.2010,(S1）[6]肖树龙；于宏宝；韩杰才；徐丽娟；陈玉勇；.机械合金化与放电等离子烧结制备Ti-45Al-5.5(Cr,Nb,B,Ta）合金[J]中国有色金属学报.2010,(S1）[7]陈玉勇；杨非；孔凡涛；肖树龙;.Constitution modeling and deformation behavior of yttrium bearing TiAl alloy[J]Journal of Rare Earths.2011,(02）[8]王录才；陈玉勇；游晓红；王芳；武建国；.三明治复合结构泡沫铝的制备及界面组织分析[J]粉末冶金技术.2010,(06）[9]朱洪艳；吴宝昌；张东兴；李地红；陈玉勇；.孔隙对碳纤维/环氧复合材料层合板层间剪切疲劳性能的影响[J]复合材料学报.2010,(06）[10]杨非；陈玉勇；蔡一湘；孔凡涛；肖树龙；.β型γ-TiAl合金的制备及其反常屈服行为研究[J]材料研究与应用.2010,(04）中国专利全文数据库 共32篇[1]陈玉勇；孔凡涛.含元素钇的TiAl金属间化合物板材的制备方法[P].CN200710071709.0.哈尔滨工业大学.2007-08-08[2]孔凡涛；陈玉勇.叠层轧制-扩散复合制备钛合金/TiAl合金复合板材的方法[P].CN200710071716.0.哈尔滨工业大学.2007-08-08[3]孔凡涛；陈玉勇；杨非.三维网状结构Ti2AlC增强的TiAl基复合材料及其制备方法[P].CN200710071708.6.哈尔滨工业大学.2007-08-08[4]陈玉勇；孔凡涛.一种用元素粉末制备TiAl合金复合板材的方法[P].CN200710071714.1.哈尔滨工业大学.2007-08-08[5]孔凡涛；陈玉勇.一种预合金化粉末制备TiAl合金复合板材的方法[P].CN200710071715.6.哈尔滨工业大学.2007-08-08[6]陈玉勇；田竞；孔凡涛；卢玉红；陈艳飞；王惠光；肖树龙；徐丽娟.铸造钛及钛铝基合金陶瓷型壳的背层涂料及其制备方法[P].CN200710072602.8.哈尔滨工业大学.2008-01-09[7]陈玉勇；田竞；卢玉红；孔凡涛;王惠光；刘志光；肖树龙；徐丽娟；陈艳飞；周浩.铸造钛及钛铝基合金多孔陶瓷型壳的制备方法[P].CN200710072601.3.哈尔滨工业大学.2008-01-16[8]刘志光；张玉梅；陈玉勇.钛/羟基磷灰石生物复合材料及其制备方法[P].CN200710072599.X.哈尔滨工业大学.2008-02-20[9]李庆春；陈玉勇；李战江.铝-钛-硼-稀土中间合金及熔制方法[P].CN88104205.6.哈尔滨工业大学.1990-02-14[10]陈玉勇；贾均；马顺龙.一种氯化稀土变质剂[P].CN89102097.7.哈尔滨工业大学.1990-10-17中国重要会议全文数据库 共6篇[1]李培杰；陈玉勇；贾均；.一种新型铝合金熔剂喷吹综合处理技术的研究[A].中国科学技术协会首届青年学术年会论文集（工科分册·上册）.1992-04-01[2]许庆彦；李庆春；陈玉勇；.多孔铝合金的成形工艺理论研究[A].Proceedings of the 4～（th) International Conference on Frontiers of Design and Manufacturing.2000-06-01[3]陈玉勇；.钛合金及TiAl系金属间化合物的研究进展及发展趋势[A].人才、创新与老工业基地的振兴——2004年中国机械工程学会年会论文集.2004-10-01[4]陈玉勇；肖树龙；李宝辉；司玉锋；.铸造钛合金及钛铝系金属间化合物的研究进展及发展趋势[A].2004中国铸造活动周论文集.2004-10-01[5]孔凡涛；陈玉勇；田竞；陈子勇；韩杰才；.钇对Ti-43Al-9V合金组织性能的影响[A].第九届材料科学与合金加工学术会议专刊论文集.2004-06-30[6]徐丽娟；肖树龙；陈玉勇；.Mo含量对牙科用Ti-Mo合金显微组织及性能的影响[A].第六届中国功能材料及其应用学术会议论文集⑸.2007-11-01承担国家科研项目 共1个[1]陈玉勇；.快速凝固TiAl-Cr-Nb-Y合金结构特征与组织性能的研究[A].哈尔滨工业大学;.项目经费 30万元.2006-03-27.资助文献数 2 篇
引言
随着现代科学技术的发展和工农业对钢材质量要求的提高,钢厂普遍采用了炉外精炼工艺流程,它已成为现代炼钢工艺中不可缺少的重要环节。由于这种技术可以提高炼钢设备的生产能力,改善钢材质量,降低能耗,减少耐材、能源和铁合金消耗,因此,炉外精炼技术已成为当今世界钢铁冶金发展的方向。对于炉外精炼技术存在的问题及发展方向有必要进行探讨。
1 国内外炉外精炼技术的发展历程和现状
随着炼钢技术的不断进步,炉外精炼在现代钢铁生产中已经占有重要地位,传统的生产流程(高炉→炼钢炉(电炉或转炉)→铸锭),已逐步被新的流程(高炉→铁水预处理→炼钢炉→炉外精炼→连铸)所代替。已成为国内外大型钢铁企业生产的主要工艺流程,尤其在特殊钢领域,精炼和连铸技术发展得日趋成熟。精炼工序在整个流程中起到至关重要的作用,一方面通过这道工序可以提高钢的纯净度、去除有害夹杂、进行微合金化和夹杂物变性处理;另一方面,精炼又是一个缓冲环节,有利于连铸生产均衡地进行。
日本在20世纪70年代为了降低炼钢成本,提高钢的纯净度和质量,率先将炉外精炼技术应用于特殊钢生产中,随后西欧的钢铁企业也加入到推广和使用这项技术的行列中。据资料报道,日本早在1985年精炼率达到65.9%,1989年上升到73.4%,特殊钢的精炼率达到94%,新建电炉短流程钢厂100%采用炉外精炼技术。80年代连铸技术发展迅速,原有的炼钢炉难以满足连铸的技术要求,更加促进了炉外精炼技术的发展,到1990年为止世界各主要工业国家拥有1000多台(套)炉外精炼设备。
我国早在20世纪50年代末,60年代中期就在炼钢生产中采用高碱度合成渣在出钢过程中脱硫冶炼轴承钢、钢包静态脱气等初步精炼技术,但没有精炼的装备。60年代中期至70年代有些特钢企业(大冶、武钢等)引进一批真空精炼设备。80年代我国自行研制开发的精炼设备逐渐投入使用(如LF炉、喷粉、搅拌设备),黑龙江省冶金研究所等单位联合研制开发了喂线机、包芯线机和合金芯线,完善了炉外精炼技术的辅助技术。现在这项技术已经非常成熟,以炉外精炼技术为核心的“三位一体”短流程工艺广泛应用于国内各钢铁企业,取得了很好的效果。初炼(电炉或转炉)→精炼→连铸,成了现代化典型的工艺短流程。
2 炉外精炼技术的特点与功能
炉外精炼是指在钢包中进行冶炼的过程,是将真空处理、吹氩搅拌、加热控温、喂线喷粉、微合金化等技术以不同形式组合起来,出钢前尽量除去氧化渣,在钢包内重新造还原渣,保持包内还原性气氛。炉外精炼的目的是降低钢中的C、P、S、O、H、N、等元素在钢中的含量,以免产生偏析、白点、大颗粒夹杂物,降低钢的抗拉强度、韧性、疲劳强度、抗裂性等性能。这些工作只有在精炼炉上进行,其特点与功能如下:
1)可以改变冶金反应条件。炼钢中脱氧、脱碳、脱气的反应产物为气体,精炼可以在真空条件下进行,有利于反应的正向进行,通常工作压力≥50Pa,适于对钢液脱气。
2)可以加快熔池的传质速度。液相传质速度决定冶金反应速度的快慢,精炼过程采用多种搅拌形式(气体搅拌、电磁搅拌、机械搅拌)使系统内的熔体产生流动,加速熔体内传热、传质的过程,达到混合均匀的目的。
3)可以增大渣钢反应的面积。各种精炼设备均有搅拌装置,搅拌过程中可以使钢渣乳化,合金、钢渣随气泡上浮过程中发生熔化、熔解、聚合反应,通常1吨钢液的渣钢反应面积为0.8～1.3mm2,当渣量为原来的6%时,钢渣乳化后形成半径为0.3mm的渣滴,反应界面会增大1000倍。微合金化、变性处理就是利用这个原理提高精炼效果。
4)可以在电炉(转炉)和连铸之间起到缓冲作用,精炼炉具有灵活性,使作业时间、温度控制较为协调,与连铸形成更加通畅的生产流程。
3 炉外精炼技术在生产中的应用目前得到公认并被广泛应用的炉外精炼方法有:LF法、RH法、VOD法。
3.1 LF法(钢包精炼炉法)
它是1971年由日本大同钢公司发明的,用电弧加热,包底吹氩搅拌。
3.1.1 工艺优点
1)电弧加热热效率高,升温幅度大,控温准确度可达±5℃;
2)具备搅拌和合金化的功能,吹氩搅拌易于实现窄范围合金成份控制,提高产品的稳定性;
3)设备投资少,精炼成本低,适合生产超低硫钢、超低氧钢。
3.1.2 LF法的生产工艺要点
1)加热与控温LF采用电弧加热,热效率高,钢水平均升温1℃耗电0.5～0.8kW·h,LF升温速度决定于供电比功率(kVA/t),而供电的比功率又决定于钢包耐火材料的熔损指数。因采用埋弧泡沫渣技术,可减少电弧的热辐射损失,提高热效率10%～15%,终点温度的精确度≤±5℃。
2)采用白渣精炼工艺。下渣量控制在≤5kg/t,一般采用Al2O3-CaO-SiO2系炉渣,包渣碱度R≥3,以避免炉渣再氧化。吹氩搅拌时避免钢液裸露。
3)合金微调与窄成份范围控制。据试验报道,使用合金芯线技术可提高金属回收率,齿轮钢中钛的回收率平均达到87.9%,硼的回收率达64.3%,钢包喂碳线回收率高达90%,ZG30CrMnMoRE喂稀土线稀土回收率达到68%,高的回收率可实现窄成份控制。
3.1.3 LF法在生产实践中的应用
2000年6月,鞍钢第一炼钢厂新建的连铸车间正式投产,精炼设备由两座LF钢包精炼炉,年处理钢水200万t;一座VD钢水真空处理装置,年处理钢水80万t组成。LF炉最大升温速度为4℃,LF炉平均处理周期≤28min;处理效果:平均[H]≤0.0002%;最低[H]≤0.0001%。
我国现有家重轨生产厂(攀钢、包钢、鞍钢和武钢)生产典型的工艺路线如下:LD→LF→VD→WF→CC,钢包吊到LF处理线的钢包车上后,由人工接通钢包底吹氩的快速接头,根据要求的钢水成分及温度确定物料的投入量(含喂丝)重轨钢含碳量较高,因而增碳显得很重要,转炉出钢时钢水含碳量控制为0.2%～0.3%(wt),炉后增碳至0.60%～0.65%(wt),在LF炉处理时再增0.10%～0.15%(wt)个碳至标准成份的中上限,经VD处理后即可达到钢种成分要求。
3.2 RH法(真空循环脱气法)这种方法是1958年西德发明的,其基本原理是利用气泡将钢水不断的提升到真空室内进行脱气、脱碳,然后回流到钢包中。
3.2.1 RH法的优点
1)反应速度快。真空脱气周期短,一般10分钟可以完成脱气操作,5分种能完成合金化及温度均匀化,可与转炉配合使用。
2)反应效率高。钢水直接在真空室内反应,钢中可达到[H]≤1.0×10-6,[N]≤25×10-6,[C]≤10×10-6,的超纯净钢。
3)可进行吹氧脱碳和二次燃烧热补偿,减少精炼过程的温降。
3.2.2 RH法工艺参数
1)RH循环量。循环量是指单位时间内通过上升管或下降管的钢水量,单位是t/min。有关资料给出的计算公式为: Q=0.002×Du1.5·G0.33,式中:Q———循环流量,t/min;Du———上升管直径,cm;G———上升管内氩气流量,L/min。
2)循环因数。他是指在RH处理过程中通过真空室的钢水与处理量之比,其公式为:μ=w·t/v式中:μ———循环因数,次;w———循环量,t/min;t———循环时间,min;v———钢包容量,t。
3)供氧强度与含碳量的关系。向RH内吹氧可以提高脱碳速度,即RH-OB法。当[C]/[O]>0.66时钢包内氧的传质速度决定脱碳速度,其计算公式为:
QO2=27.3×Q·[C]式中:QO2———氧气强度,Nm3/min;Q———钢水循环量,t/min;[C]———含碳量,Nm3/t。
3.2.3 RH法在生产实践中的应用
日本的山阳钢厂将LF与RH配合生产轴承钢形成EF-LF-RH-CC轴承钢生产线,钢中总氧量达到5.8×10-6。LF-RH法首先利用LF炉将钢水升温,利用LF搅拌和渣精炼功能进行还原精炼,是钢水脱硫和预脱氧,然后将钢水送入RH中进行脱氢和二次脱氧。经过这样处理大大的提高了钢水的清洁度,同时钢水的温度达到连铸需要的温度。
宝钢炉外精炼设备有RH-OB、钢包喷粉装置、CAS精炼装置,RH-OB的冶炼效果较理想,脱氢率为50%～70%,脱氮率为20%～40%,一般情况下,经RH-OB处理后[H]≤2.5×10-6,[C]≤30×10-6,去除钢中非金属夹杂物一般能达到70%,钢中总氧量≤25×10-6,而且在RH中合金处理可以提高合金的收得率和控制的精确度,[C]、[Si]、[Mn]的控制精度能达到±0.01%,铝的精确度可达到1.5×10-3,取得了较好的炉外精炼效果。
3.3 VOD法(真空罐内钢包吹氧除气法)
3.3.1 VOD的特点VOD法是1965年西德首先开发应用的,它是将钢包放入真空罐内从顶部的氧枪向钢包内吹氧脱碳,同时从钢包底部向上吹氩搅拌。此方法适合生产超低碳不锈钢,达到保铬去碳的目的,可与转炉配合使用。他的优点是实现了低碳不锈钢冶炼的必要的热力学和动力学的条件-高温、真空、搅拌。
3.3.2 VOD法在生产实践中的应用
20世纪90年代初,上海大隆铸锻厂从德国莱宝(leybold)公司进口1台15tVODC的关键设备和技术软件。采用电炉初炼钢水经VODC炉外精炼的工艺方法,精炼了超低碳不锈钢、中低合金钢和碳钢,取得了很好的冶金效果,钢中非金属夹杂物减少,氢含量小于3×10-6氧含量小于6.5×10-6,不锈钢中铬回收率达98%～99%,精炼后的钢具有十分优越的性能。VODC精炼工艺成熟,控制容易,适应中小型钢厂和铸钢厂的多钢种、小吨位精炼生产需要,对发展铸钢行业的精炼生产会起到很大积极作用,具有广阔的发展前景10。
抚顺特殊钢有限公司有30tVOD炉,采用EAF+VOD技术精炼不锈钢,可使[H]≤2.58×10-6,T[O]≤41.9×10-6,铬回收率达到99.5%,脱硫率64.2%,精炼高碳铬轴承钢T[O]≤12.13×10-6 。
4 发展炉外精炼技术需解决的问题及发展方向炉外精炼技术已经应用40年,对提高钢的纯净度、精确控制成分含量及细化组织结构等方面都起了重要作用,使冶炼成本大幅降低,同时提高了钢的品质和性能。但在发展的过程中也出现了一些问题,有待于解决,使这项技术更加完美。
1)实现炉外精炼工艺的智能化控制,根据来料钢水的各种技术参数,利用信息技术,制定最佳的精炼工艺方案,并通过计算机控制各精炼工序。精炼工位配备快速分析设备,实现数据网络化,减少热停等待时间。
2)炉外处理设备将实现“多功能化”。在水钢精炼设备中将渣洗精炼、真空冶金、搅拌工艺以及加热控温功能全部组合起来,实现精炼,以满足超纯净钢生产的社会需求。
3)开发高纯度、高密度、高强度的优质碱性耐火材料,以适应不同精炼炉的需要,注重产品质量的稳定性。耐火材料的使用条件应尽可能与炉渣相适应,最大限度地降低侵蚀速度。要根据精炼设备的实际情况形成不同层次的配套材料,研究开发保温和修补技术,提高炉衬的使用寿命。
4)减少精炼过程的污染排放,精炼过程会产生大量废气,其中含SO2、Pb、金属氧化物、悬浮颗粒等,在真空脱气冷却水中含有固态悬浮物、Pb、Zn等,这些污染物须经企业内部的相关处理,把污染程度降低到符合排放标准后再排放,加强环境保护意识。
5 结束语
炉外精炼技术是一项提高产品质量,降低生产成本的先进技术,是现代化炼钢工艺不可缺少的重要环节,具有化学成分及温度的精确控制、夹杂物排除、顶渣还原脱S、Ca处理、夹杂物形态控制、去除H、O、C、S等杂质、真空脱气等冶金功能。只有强化每项功能的作用,才能发挥炉外精炼的优势,生产出高品质纯净钢种。
