虚拟实验替代动物实验

虚拟实验替代动物实验（精选4篇）

虚拟实验替代动物实验 篇1

动物解剖是畜牧兽医专业一门重要的专业基础课, 名词、术语、概念繁多, 学习时感到枯燥无味, 难记易忘, 易混淆。传统的动物解剖教学使用板书、绘图、挂图和标本模型, 教学过程中, 教师起主导作用, 这种教育模式不能培养出岗位需求的创新型高素质技术技能人才。现代的高等职业教育对教学方法提出新的更高要求, 由教师为主体转变为以学生为主体, 由传授知识转变为创新能力培养, 由专业知识教育转变为全面素质教育, 由重视理论教育到注重学生实践技能的培养。因此传统的授课方式已经远远满足不了时代发展的需要, 高职院校教学方法的改革应与时俱进, 数字化信息技术建设势在必行。2012年6月份, 学院建成了动物解剖标本馆, 规模位居全国同类院校标本馆之首, 同时配套建设了“虚拟实验技术和大体解剖数码互动系统”优质教学资源。经过近两年的教学实践, 表明数字化信息技术不仅改变了传统动物解剖教学模式, 同时对提高教学质量和教学效率都起了很大的推动作用。本文重点介绍“虚拟实验技术”与“大体解剖数码互动系统”的建设及其在动物解剖教学中的实践应用。

1 虚拟实验技术

1.1 虚拟实验技术介绍

虚拟实验系统是一种基于虚拟现实技术的一种新型实验教学手段。它是利用多媒体、数据库、网络以及仿真虚拟现实等技术在计算机上营造可辅助、部分替代传统实验各操作环节的相关软硬件操作环境, 在这个环境里, 实验者可以非常有效地利用网络上分布的各种数据、信息、仪器设备及人力等资源, 可以像在真实的环境中一样完成各种实验项目, 所取得的实验效果等同于在真实环境中取得的效果。虚拟实验虽然建立在一个虚拟的仿真平台之上, 但注重的是实验操作的交互性和实验结果的仿真性。

1.2 虚拟实验技术在动物解剖教学中的应用

动物解剖中组织学实验主要通过显微镜观察相关组织结构, 显微镜下观察的结构比较固定, 因此大部分学生会感到抽象、枯燥和不容易理解而失去学习的兴趣和热情。虚拟实验技术通常不受时间和空间的约束, 同时该技术提供的实验环境和现实接近, 易于学生理解和操作, 学生参与其中, 通过人机对话, 成为虚拟环境中的参与者和主导者, 这样容易激发学生的学习兴趣, 也有助于对内容的理解。虚拟实验技术可以虚拟组织或细胞的立体结构, 配合声音和动画, 然后从不同的角度演示立体到平面的演变, 使初学者从不同的角度去理解这样的转换, 对平面结构有直观的感觉。传统的胚胎学实验, 都是以观察标本和模型为主, 多媒体技术的发展, 实验课中通常可以配合相应的动画, 帮助理解胚胎发育过程中的变化, 但是标本、模型和简单的动画, 很难体现胚胎发育过程中的结构变化, 很难立体的再现各个组织和器官发生的过程以及位置的变化。而虚拟实验技术充分利用多媒体技术, 大量应用实验照片、视频、音频素材并配合逼真的动画, 可以为学生创造虚拟真实的实验环境, 充分达到清晰、美观的视觉效果, 因此通过虚拟技术模拟从受精到胎儿分娩全过程, 学生可以多角度、立体的直观观察胚胎生动有趣的变化过程, 加深对教学内容的理解。

1.3 虚拟实验技术在动物解剖实验教学应用中的局限性和优势

1.3.1 虚拟实验技术在动物解剖实验教学中的局限性

虚拟实验技术依赖电脑, 学生对虚拟环境中实验设备和各种试剂没有直观的体验, 因而无法获得和现实实验操作相同的体验, 虚拟技术主导的虚拟实验对学生来说, 只能起到过程的重现和一些实验技术的演示, 学生只有在现实中才能得到训练。而且学生在现实实验操作过程中经常会出现的一些不规范方法和一些容易疏忽的细节, 在虚拟技术中, 往往得不到实际的操作体验[1], 不能系统显现实验操作和实验教学中的系统性, 对学生分析问题和解决问题能力上的培养还有所欠缺。因此学院在应用虚拟实验技术的同时, 还是要结合传统实验模式, 取长补短, 提高实验课的效果, 让学生更好、更多的去接触和掌握实验内容。任课教师也应该充分熟悉和充分了解虚拟实验技术, 发挥虚拟实验的优势。

1.3.2 虚拟实验技术在动物解剖实验教学中的优势

虚拟实验技术为学生课前预习解剖实验和课后复习巩固实验提供了可重复实验操作的平台。学生可随时通过校园网登录该平台进行重复模拟解剖实验操作, 不受时间和地点限制。通过人机对话, 学生能够“身临其境”地观察实验现象, 进行高度仿真操作, 有助于培养学生的自主学习能力, 提高实践教学效果和教学质量。该技术不仅有效解决了不杀或少杀动物, 降低实验经费, 节约教学成本, 减少标本浸泡液 (福尔马林) 对师生身体的伤害, 减少尸体掩埋和环境污染问题。

2 大体解剖数码互动系统

2.1 大体解剖数码互动系统的介绍

大体解剖数码互动系统通过每个实验台上的数码装置, 把传统的动物解剖和前沿性的信息技术结合起来, 实行跨领域的多学科交叉, 把解剖、信息、计算机技术相结合, 把标本、模型信息与解剖图像处理方法应用到大体解剖互动实验平台, 具有媒体融合性、交互智能性和信息扩张性等多种特征, 使学院动物解剖实验课的教学水平走在国内高职院校前列。

实验室内的大体解剖数码互动系统控制6个解剖台, 分为教师端和学生端。教师端通过计算机对每个解剖台上的数码摄像系统进行高放大率纯光学连续变倍和数码摄像头转动角度自动控制, 监视每个解剖台的实时图像, 同时通过投影仪将电脑上的图像投射到大屏幕上, 图文并茂、声像并存、自动控制, 师生共览。学生端在解剖台所配的显示器上显示本实验台的实时图像, 保证每个学生都看清楚每个细节。

2.2 大体解剖数码互动系统在动物解剖教学实验中的应用

“大体解剖数码互动系统”使动物解剖实验形象生动, 教学的各个环节用文字、图像、形态、动画、音频、视频和多媒体网络交互呈现出来, 使这些内容一目了然的展现在学生面前, 以形象思维为主要刺激点, 直观、形象, 增强其感性认识。在突出重点的基础上, 提供更多相关课程知识, 随时将新的知识补充到教学中, 对过时的内容进行修改, 增加了知识的广度和深度。教师可以根据需要重复播放, 或者放大相关图像, 使学生更好地领会教学内容, 掌握重点和难点。许多临床知识、实践操作、动画吸引了学生注意、加深了其印象, 有意识地把解剖学知识和临床病变相结合。“大体解剖数码互动系统”的应用, 解决了传统教学存在的讲授内容抽象、教学方法呆板、缺乏互动等问题。该系统学生端显示器拥有清晰的画面, 可获取、存储、处理解剖过程中的重要图像, 每个学生可以清楚地了解解剖过程中每个细节。教师把一些典型结构投射到屏幕上, 并控制图像大小, 可以使学生对标本实物进行全方位的观察, 使所有上课的学生清楚地观察并掌握这些内容, 有利于学生开阔视野、系统而全面地掌握知识。“大体解剖数码互动系统”实现一名教师同时指导一个班学生进行标本观察和解剖操作。在教学中, 教师只需通过一台计算机, 就能观察到所有解剖台的摄像图面, 并对其进行处理, 指导学生纠正解剖操作中存在的错误。学生通过提问系统及时得到教师的帮助, 教学相长, 师生间的沟通交流更加简单、融洽, 充分实现了教学互动。

3 虚拟实验技术与大体解剖数码互动系统的教学效果评价

“虚拟实验技术”高度仿真操作, 像在真实的环境中, 完成各种解剖实验, 所取得的实验效果接近在真实环境中取得的实验效果。“大体解剖数码互动系统”实现了教师与学生的积极互动, 开拓了学生的视野, 锻炼思维, 极大地激发了学生学习动物解剖的兴趣。教师能灵活采用多种教学方法与现代教育技术, 把课程内容通过课件、大体标本图像等形式传授给学生, 并能及时解决实验课中存在的问题。因此, “虚拟实验技术”与“大体解剖数码互动系统”显著提高了教学质量, 强化了学生学习的积极性, 激发了学生的求知欲望。经过近两年的实践, 对学生问卷调查、座谈, 被调查13级畜牧兽医专业3个班, 共136人, 有133人 (98%) 对这两种数字化信息技术所建立的教学方法表达非常满意的态度。选用相同的考核内容与另外平行的3个畜牧兽医班比较, 应用这两种技术教学的班级的考核平均成绩比没有应用该教学方法的班级提高了12分。

一种新的教学方法的建立, 是一种艰难的探索过程。“虚拟实验技术”与“大体解剖数码互动系统”的良好应用, 推动了学院积极开展动物解剖课程“理实一体化”教学。学院将继续转变思维模式, 适应改革的需求, 不断探索新的教学方法, 加大教学过程中使用信息技术的力度, 为畜牧兽医类相关的企事业单位培养一大批创新型高质量技术技能人才。

摘要：数字化技术的高速发展对现代职业教育产生了深远的影响, 为高职农牧院校的教学改革提供了新的教学方法。动物解剖是高职畜牧兽医专业的一门核心专业基础课, 为了进一步深化动物解剖教学改革, 提高教学质量, 把高职院校的学生培养成生产一线高素质的技术技能人才, 学院采用先进的教学方法与手段, 引入建设了“医学机能虚拟实验系统”和“大体解剖数码互动系统”两种数字化优质教学资源, 经过近两年的教学实践, 明显提高了教学质量。

关键词：高职,动物解剖,虚拟实验技术,数码互动系统,建设,实践

参考文献

[1]徐静, 孙艺平, 王冬梅.虚拟实验与真实实验在机能学实验中之比较[J].医学教育探索, 2009, 30 (6) :75-76.

不可替代的演示实验 篇2

一、演示实验在教学中的功能

1、演示实验具有特殊的魅力, 它

容易激发学生的兴趣, 提高教学效果。例如在讲自感现象之前, 我就做这样一个演示实验:两节干电池串联后组成电池组, 让学生用两只手分别去接触电池的正负极, 问有无感觉?学生立即答到无感觉。将电池组与镇流器串联, 然后让一位学生用两只手分别接触镇流器两端, 我突然断开电键, 该学生突然发出一声叫喊, 同学们觉得奇怪, 学习兴趣和积极性被调动起来, 这时再讲解自感现象的有关知识, 学生一定会认真听课。

2、演示实验可以为学生提供鲜明、

准确、生动的感性材料, 使概念、原理容易理解, 使知识形象化, 便于记忆。例如讲授"机械能守恒定律”时, 我就设计了”铁球碰鼻"的演示:将一个铁球悬挂在教室天花板上, 让铁球能刚好碰到鼻子, 然后释放铁球, 铁球摆过去, 又摆回朝我打来时, 教室里发出了惊叫声, 学生都为我捏了一把汗, 但看到我那安详的神态又激起他们求知的欲望。

3、教师通过在做演示实验的时候,

对实验做一些必要的讲解, 介绍实验所需的一些必备知识, 强调学生观察的注意事项及实验操作方面的规范要求, 并适当启发学生对实验观察到的现象进行分析、思考, 进而达到传授学生物理实验技能、方法和培养学生良好实验习惯的目的。

4、通过演示实验的教学可以培养

学生的观察能力、分析能力和推理能力, 例如在“分子间作用力”的演示, 可在两只乒乓球间夹上一段弹簧, 球的外侧套上橡皮筋, 通过对观察、分析橡皮筋和弹簧对乒乓球的力的特点来类比推理分子间作用力。

二、如何加强演示实验在物理教学中的作用

1、做好课本上规定的演示实验

教师在上课之前首先要明确实验目的, 准备好与本实验相关的全部器材。其次, 要在上课前反复操作, 直到熟练为止, 并对在本实验可能出现的故障做到心中有数, 并能及时排除, 操作时掌握演示时间, 注意与教学进度紧密配合。

2、将教材上的“一道题”搬上“讲台”演示

我们也可以将教材中的一些习题讲解过程用实验演示的方法来展示给学生看, 这样比单纯得解释更有说服力。例如, “力的合成”中的一道习题中, 需要判断合力和分力的大小。为了让学生理解该题, 我先取一个沉重的大砝码放在桌面上, 要用细线把它提起来, 问学生用一根线易断还是两根线易断?学生都说一根线易断, 但演示实验结果却相反:用一根线可将砝码稳稳地提起, 而用两根同样的细线 (故意使两线间有一较大夹角) 去提, 却一下就断了。为什么两根线的效果反而不如一根线呢?这一“悬念”情境使学生的大脑里马上产生了“兴奋剂”, 思维迅速地被启动, 从内心激发起学生的求知欲。

3、将教材的想想做做进行设计, 搬上“讲台”去演示

在课本中“自由落体运动”这节内容中的“做一做”——测定反应时间里, 我就请一位同学用一只手在木尺下部做握住木尺的准备, 但手的任何部位都不要碰到木尺.当放开手时, 让学生立即去握住木尺。测出木尺降落的高度, 根据自由落体运动的知识, 就能估算出的这位同学的反应时间。

4、将教材的几幅插图进行设计, 搬上“讲台”去演示。

比如, 在研究物体平抛运动轨迹时, 为了直观的显示出运动的特点, 我就将课本中插图 (注满水的塑料瓶下端水平插入一个细管让水流出来, 来演示平抛运动的轨迹) 改进后演示。具体是采用医院里打吊针的盐水瓶和配套的一次性输液器材。去掉一次性输液器材中的长塑料管, 保留插入盐水瓶的塑料器材, 再将盐水瓶装满自来水用手让它处于水平状态, 用嘴从原来打吊针时吸气的细塑料向瓶内吹气, 利用气压将清水从另一个细管流出, 改变吹气压力的大小就可以改变水柱流出的速度, 因此, 可以演示在同一高度不同初速度条件下的平抛运动的轨迹、不同初速度条件下的水平飞行距离, 演示内容比原来的装置要丰富一些 (主要避免了水流的初速度受瓶内水的深度影响) 。

总之, 演示实验是课堂教学中最常用的教学辅助手段, 正确合理地使用演示实验能够刺激学生的学习兴趣和提高课堂教学效率。

摘要：物理学是一门以观察和实验为基础的科学。随着新课程改革的深入, 物理课本上的插图是越来越多了, 其新颖、直观, 对提高学生们的思维能力是非常有帮助的。同时, 它也要求教师们要通过大量精细的演示实验来对物理内容加以验证和探究。而且课堂演示实验是中学物理实验教学的重要组成部分, 它不仅能帮助学生建立物理概念和规律、理解和掌握物理知识, 还能培养学生的观察能力、思维能力、探索精神以及良好的学习习惯, 也是变应试教育为素质教育, 提高人才科学素质的重要手段之一。

虚拟实验替代动物实验 篇3

体育课准备活动是体育教学、运动训练、体育竞赛和自我锻炼中不可缺少的一部分, 它是在有限的时间内, 运用各种方法, 尽快把学生的思想、注意力集中到体育课堂中来, 并通过身体活动来提高中枢神经系统的兴奋性, 及大脑皮层对运动的分析、判断的综合能力。目前在大多数普通高校体育课准备活动还沿用老一套的慢跑、队列队行、原地徒手操等多年不变的教学内容和教学模式。单一、公式化的形式致使学生对体育课感到枯燥无味, 厌学, 严重影响了教学效果, 对高校体育课教学任务的完成及体育活动的开展十分不利。笔者通过对高校体育课传统准备活动改革实验, 力求探索一种有利于高校学生养成体育锻炼习惯的有效方法。

2. 研究对象及方法

2.1 研究对象。

随机选取镇江高等专科学校一年级机制07、机电D07、机营07三个班男生组成三个试验班, 电气071、电气072和电贸英07三个班男生组成三个对照班。实验前对每个学生所喜爱的运动项目及其身高、体重、身体素质和学习动机等指标进行了调查, 结果经统计实验班与对照班之间可比条件一致。

2.2 研究方法。

实验研究法, 在07—08整个学年, 27次课教学中, 对照班按照以往的体育课准备活动内容:教学常规、单纯的走、跑、徒手操, 进行准备活动;实验班则按照新制定的内容, 有计划地挑选、搭配适宜的球类基本技术练习进行体育课准备活动教学。

实验一年后, 通过调查研究法, 对实验班、对照班学生体育课成绩、身体素质和课外体育锻炼进行了调查, 并利用数理统计法, 对调查的数据进行统计分析。

3. 结果与分析

3.1 实验对学生身体素质成绩和体育课成绩的影响。

从表1可以看出, 经过一年实验教学, 对照班和实验班的成绩有了明显的不同, 实验班的身体素质成绩在速度、耐力和力量等各个方面都比对照班的成绩有了明显的提高。究其原因发现, 不同的准备活动教学内容对学生参与体育活动的态度产生了明显的影响。

图1是实验班和对照班体育课成绩和身体素质成绩对比, 从实验班与对照班1学年体育课成绩和身体素质成绩比较中, 我们发现, 实验班的这两项成绩有了明显的提高。由于体育课成绩和身体素质的提高, 连带参与体育锻炼的积极性也有了显著不同, 实验班学生无论是每周课外参加体育锻炼的人均次数, 还是锻炼时间, 都明显优于对照班。

3.2 实验班与对照班准备活动教学内容比较。

体育课准备活动的任务是有意识、有目的地让学生的身体由安静状态向兴奋状态逐渐过渡, 提高中枢神经系统的兴奋性, 提高大脑皮层对运动的分析、判断的综合能力, 使动作完成得更加协调、准确, 减少失误。通过身体的活动, 使运动系统和各种器官预热, 使其达到最佳温度, 为发挥最大的身体运动能力做好充分的准备。

虽然准备活动很重要, 是体育教学任务中的一部分, 但是, 大部分学生对准备活动不重视。通过对学生的调查, 结果显示:认为做准备活动没有必要的学生占全部被调查学生的85%, 大多数学生不重视准备活动。究其原因发现, 学生不重视准备活动的根源在于教师, 很少有教师经常对学生讲述准备活动的意义和重要性, 而在教学实践中, 也没有有目的、有意识地培养学生做好准备活动的良好习惯。

通过对锻炼前如何做好准备活动调查, 发现90%的学生回答是:踢几下球, 射射门或是投篮, 就是简单的技术动作重复几次, 便完成了准备活动;根本不需要特别去做什么, 那是浪费时间。从此可以看出, 90%的学生对体育课的准备活动根本就不了解。

查阅文献资料, 发现关于学生运动中损伤原因调查排列显示:因准备活动不充分或不适当, 而发生运动损伤排在运动损伤原因的第三位。准备活动的结果直接影响体育教学的效果和学生的身体健康, 它可以影响一个人的运动寿命;准备活动影响体育教师在学生心目中的地位;准备活动间接影响技术动作的掌握, 影响学生对体育课的兴趣。因此体育教师应充分重视体育课准备活动重要性的教育, 重视体育课准备活动的开展。

传统准备活动的内容可归纳为:课堂常规练习;队列练习, 各种变化形式的慢跑, 运动量较小的游戏;一般性的准备活动, 全身都要活动, 身体的各部位都要照顾到, 通常有徒手操, 包括定位, 行进间的单人、双人或多人一组的体操和游戏等。

笔者根据准备活动的要求, 结合多年的体育教学实践经验, 总结制定出实验班准备活动内容, 如表2, 可列举的练习内容很多, 在此仅以篮球、足球为例。

通过试验班和对照班调查发现, 实验班有98%的学生喜欢现在的体育课的准备活动。他们认为以球类练习替代传统的准备活动, 符合他们的兴趣爱好, 选择练习内容包含了全面的身体素质, 即速度、力量、灵敏、柔韧等练习, 使身体各部分能进行全面的活动, 练习节律、强度容易控制。球类活动替代传统的准备活动, 内容充实, 形式多样, 方法各异, 避免了准备活动的机械化、公式化, 提高学生中枢神经系统的兴奋性和机体各部分的机能。对照班有90%的人不喜欢现在的体育课准备活动。他们认为, 传统的准备活动, 与中小学的体育课教学相同, 内容枯燥, 毫无新意, 方法简单, 不能满足他们的需要。他们迫切要求体育教师能够改进体育课准备部分的教学内容, 选择一些切合实际的教学内容进行教学。

对比发现, 实验班的教学内容较为丰富, 结合了学生的身心特点、生理特点, 使学生身体的各部位都要照顾到, 让学生精神饱满, 情绪高昂, 有利于基本部分教学内容的开展。对照班的准备活动相对单调, 缺少新颖, 与数十年来中小学体育教学内容一致, 不能够很好地调动学生的学习兴趣和学习的积极性, 不利于体育活动的开展。

3.3 熟悉的球类运动做为准备活动内容, 对学生很有吸引力。

大一新生在刚刚摆脱高考的紧张情绪, 跨入大学门坎, 他们普遍存在加强体育锻炼的心理倾向, 同时对大学的体育课有着较高层次的要求, 都希望大学体育课比初、高中体育课有一个质的飞跃和变化。但是, 目前大多数高校1年级开设的体育课, 除课的时间加长以外, 其教学内容、组织教法均基本与初、高中相同, 特别是准备部分中常规的走跑、徒手操和游戏, 更与初、高中相差无几。这显然不符合大学生的心理特点, 难免使他们产生厌烦情绪。实验中, 为了摆脱传统体育教学模式的束缚, 在每次课准备部分, 用具体的、学生感兴趣的、多种特性的球类基本技术, 以及技术对抗练习, 代替常规的准备活动, 使课的内容以综合性组织形式出现, 激发了学生课上和课后练习的积极性, 增强了身体素质, 促进了体育课成绩的提高, 同时也陪养了学生参加体育锻炼习惯的形成。球类运动有它独特的体育魅力, 对运动者存在着巨大的吸引力, 大学生具有组织和参与集体活动的强烈愿望, 所以学生之间的各种球类比赛比较多, 为球类活动奠定了广泛的群众基础, 他们需要球类技术、战术的指导, 需要有强有力的体魄, 因此在每次的体育课的教学中穿插球类的练习, 可以满足学生的需求, 受学生的欢迎。相反, 维持过去的那种准备活动的教学模式, 会遭到学生的反对, 不利于体育课教学质量的提高, 不利于学生身体素质的发展, 相反会形成负面的影响。因此教师应加强改革意识, 使体育教学能够最大限度地满足学生的需求, 从而帮助学生形成好的锻炼习惯, 科学地进行锻炼。

4. 结论

合理地选择学生熟悉的球类运动项目技术练习, 替换常规准备活动中一般准备活动的内容, 以及改传统的新授、复习和考核等课的类型均为综合课的方法, 可以调动学生体育课学习的积极性, 激发其参加体育锻炼的兴趣, 对提高体育课成绩与身体素质有一定的促进作用, 有利于学生参加体育锻炼的习惯的养成。

总之, 体育课准备活动要有选择性和针对性, 要符合学生的生理、心理特点, 符合学生的实际需要, 富有实效性。同时体育课准备活动要有新颖性, 要能激发学生跃跃欲试之情, 尽快地将求知欲导入课堂, 使学生在新奇有趣的感受中完成任务。另外, 体育课的准备活动要有趣味性, 要多样化, 要教育学生发扬团结合作、协调配合的集体主义精神。

参考文献

[1]高燕华.让准备部分成为学生施展才能的地方[J].体育师友, 2001.5:24-25.

[2]茆飞霞.对健美操教学中准备活动的探讨[J].体育师友, 2002.1:23-24.

[3]杨连岗, 宁淑平.试论大专学生体育能力的培养[J].哈尔滨体育学院学报, 2000, (1) .

[4]宋进文, 吕伯东.高校体育课准备活动开展健身操教学的实验研究[J].浙江体育科学, 2000, (2) .

虚拟实验替代动物实验 篇4

关键词：铟冶炼,焦炭,工艺研究,成本

1 前言

来宾华锡冶炼有限公司挥发窑每年消耗约30 000 t焦炭,在整个铟冶炼中,挥发窑焦耗占系统铟成本的75%以上。在与其他冶炼单位的技术交流中了解到,在其他冶炼单位特别是挥发窑一直在使用无烟煤,而不是使用焦炭。在粒度、发热值、含碳量相近的情况下,以最新的采购价格计算,每吨焦炭的价格比每吨无烟煤贵200～300元,因此挥发窑有必要进行无烟煤代替焦炭在铟冶炼中的试验应用。

2 试验设备及原料

沿用铟冶炼挥发窑操作条件及设备,φ3.45 m×52 m挥发窑,50 m2电收尘。挥发窑的转速为35～38 Hz,窑尾控制温度为500～750℃,高压风压力为0.13～0.16 MPa,风量为4 100～4 400 m3/h,窑尾负压为-3～+10 Pa。

本试验原料为新采购的无烟煤和锌系统中的矾渣,无烟煤和焦炭的主要成分对比见表1,矾渣主要成分见表2。

3 试验方案

依照铟冶炼挥发窑的工艺操作条件,确定如下2个实验方案。

(1)无烟煤进入焦炭仓通过焦炭圆盘控制投料量,矾渣进入矾渣仓通过矾渣圆盘控制投料量,通过皮带输送机进入3#混料仓混合后再进入挥发窑内。

(2)按照无烟煤:湿矾渣=1:2的比例在料仓外混合均匀,混合料直接进入矾渣仓,只通过矾渣圆盘控制投料量,试验期间不允许使用焦炭。

4 方案实施过程

实验方案一试验期间,设备运转基本正常,跟踪发现由于矾渣水分偏大,化验单显示矾渣水分平均为24%,但实际数据高至27%,此时矾渣物理性状如泥石流,黏性强、流动性差,黏结在下料溜子底部难以进入窑内,易堵溜子下料口。正常情况下,矾渣圆盘变频器为15 Hz时,下料速度为20 t/h,但由于矾渣水分大,矾渣圆盘变频器调至8 Hz,下料速度仍高达20 t/h,为了保证正常生产,降低操作工的劳动强度,使用无烟煤配矾渣进矾渣仓下料,使矾渣圆盘可以正常出料,下料溜子正常下料。试验中也发现无烟煤粒度较小,目测估计无烟煤粒度小于20目的占70%,比正常使用的焦炭粒度更细,在2#、3#运输皮带托辊下堆积速度快,铲皮带劳动强度大,部分细小无烟煤被风抽走进入收尘系统,部分在窑尾及收尘系统中燃烧。

实验方案二完全使用混合料投料试验4个班次。在方案二的实施过程中,由于混合量水分较大,导致返料过大且湿,下料溜子结渣多且快,因此为了生产需要而投入焦炭保证窑况,停止了无烟煤试验。该方案中的无烟煤和矾渣混合均匀,能充分保证无烟煤在挥发窑高温带燃烧。

5 实验结果数据对比

依据挥发窑工艺指标参数,将2个实验方案的工艺技术指标进行综合分析。

5.1 挥发窑水渣含铟情况

挥发窑水渣含铟量是挥发窑生产工艺技术考核和责任制考核的重要指标,也是从侧面反映铟直收率高低的重要依据。

试验期方案一中,目测水渣颗粒较大,20～40目的占45%左右,主要是无烟煤粒度小且投入过多,无烟煤燃点和熔点低,造成窑头温度低,窑中窑尾温度高,使得炉料过早急烧,而不能保证在窑头高温带挥发。对比渣样可以看出,使用焦炭后还原挥发出来的水渣粒度相对比较小。试验期方案二中,渣含铟平均值低于方案一平均值0.015%,主要原因是物料混合均匀,有助于铟的挥发,但比较用焦炭的情况,渣含铟还是比较高。对比期挥发窑窑渣含铟见表3,试验期方案一挥发窑窑渣含铟见表4,试验期方案二挥发窑窑渣含铟见表5。

5.2 投料量

由表6看出,对比期日平均投入焦炭36.23t,矾渣41.64t,焦比为0.87;由表7可以看出,试验期方案一日平均投入无烟煤38.55 t,矾渣45.50 t,焦比为0.85;由表8可以看出,方案二是按照无烟煤:湿矾渣=1:2的比例混合后投入挥发窑,焦比平均为0.71,所配入的无烟煤量低于方案一,也低于平时对比期用焦炭过程。

5.3 窑头状况

2个方案用煤情况的相同点是窑头易结渣,目测高度为0.3～0.5 m,需要逐班清渣,但结渣速度还在正常可控范围内。窑头呈暗红色,排渣易呈熔融状,但不会爆炸,不同于使用焦炭流铁水而导致爆炸,窑头受到高温带后移的影响温度偏低。用红外测温枪测温,测得用煤时窑头温度为1 000℃,而用焦时窑头温度普遍为1 100℃。

窑头压缩风风管压料问题:①压料,受到窑头结构的影响,风管摆动幅度较小,压料部位有限,物料很快呈熔融状,窑头出铁水,就需要放料,放料时间是压料时间的1.5倍以上。②窑内物料透气性差,翻滚程度差,物料反应时间少。窑头风嘴在方案一试验期依次更换尺寸为65 mm、60 mm、62mm。方案二试验期沿用62 mm风嘴。由于风管调节位置有限,使用风管管径情况影响不明显。

5.4 窑尾温度

方案一:无烟煤进入焦炭仓通过焦炭圆盘控制投料量,矾渣进入矾渣仓通过矾渣圆盘控制投料量,通过皮带输送机进入3#混料仓混合后进入挥发窑内。

由图1和表9可以看出,试验期的窑尾温度要高于1月份对比期(使用焦炭过程),2月15日已经是无烟煤与焦炭对半混合,窑尾温度明显下降,恢复为使用焦炭的窑尾温度变化幅度。方案一无烟煤粒度小于20目的占70%,在3#圆盘与矾渣混合后仍有50%的无烟煤在矾渣表面,进入窑尾后无烟煤迅速燃烧放热,而热量不能维持在高温挥发带,将导致窑头温度低,铟挥发率低。

方案二:按照无烟煤:湿矾渣=1:2的比例在料仓外混合均匀,混合料直接进入矾渣仓,只通过矾渣圆盘控制投料量,试验期间不允许使用焦炭。

由表10可以看出,挥发窑在3月26日11:00开始至3月28日8:00结束,其中27日早班10:00至13:00投入焦炭。方案二试验期间,使用无烟煤后窑尾温度迅速提升了100℃以上,并且窑尾温度波动较大,为548～779℃,窑尾温度平均为657℃。

原因:无烟煤物理化学性质决定;混合料配料不均匀,控制窑尾温度只能调节混合料的投料量,并且无法有效控制矾渣与无烟煤的比例;混合料水分难以保证,当混合料水分较大时,容易堵塞下料溜子,使得窑尾温度波动大。

5.5 高温带窑壁红外测温

如图2所示,1#为窑头2 m位置,每2个位置相隔2 m,12#为窑中大齿轮段。现阶段从总体窑温考虑,暂时忽略使用无烟煤存在窑内结渣对温度的影响。从图2中可以看出,试验期高温带窑头18 m处温度总体高于对比期,主要原因是窑头物料呈熔融状,液体翻动性差,但渗透力强,也体现出用煤容易挂渣的现象;窑头18～26 m处温度相对低于对比期,从挥发窑窑内温度分布曲线和冷端扩大型挥发窑窑体推断,此处靠近高温砖与低温砖交界,窑中存在结渣现象。

5.6 烟尘含铟量对比

因为没有设备准确计量烟尘量,所以通过留存在统一烟尘仓中进行核算,投料相同和相同时间内,重量对比和原来每天产量差别不大。估算方案一试验得到约200t烟尘,相比对比期烟尘含铟结果,虽不能准确计算直收率,但预算用煤试验期铟金属直收率比用焦略低。试验期方案二样品太少,数据真实性难以如实反应,只能作为参考。

由于试验过程中所产出的烟尘量比较少,计算铟的浸出率比较难,但在整个2月和3月的生产过程中,铟系统浸出后所产出铟高渣含铟量上升幅度不明显,萃取过程中也无明显乳化现象。对比期烟尘含铟量见表1 1,试验期方案一烟尘含铟量见表12,试验期方案二烟尘含铟量见表13。

6 存在问题及解决方案

由于这次采购的无烟煤粒度小,极易燃烧,完全采用此种粒度的无烟煤在挥发窑高温带难以维持所需要的还原挥发温度,结合南方冶炼公司的经验,在此种无烟煤中掺入一定比例的颗粒煤,粒度为1～2cm,也可以掺入部分耐燃烧煤,当然总体成本将上升。结合来宾锡冶炼有限公司实际情况,挥发窑用焦有一定的经验,综合各单位的用煤情况,采用焦配无烟煤应用在挥发窑中,应该比完全用无烟煤在反应温度及铟直收率上有较大的提高。生产存在的问题及解决办法如下。

(1)物料水分是影响挥发窑生产的关键因素,保证矾渣下料正常,同时减少能耗,需要水分相对更低的矾渣(水分≤20%)。

(2)保证化验及称量数据真实有效,称量工具还需要改进。

(3)控制挥发窑投料量是调节焦比的直接反映,需要根据窑况调节适当的焦比,控制窑尾温度,通过调节物料配比使得气氛为弱还原气氛。同时,勤捅窑口结渣,保证排渣正常。加强沟通,及时反馈,勤调节。

(4)无烟煤粒度的要求可尝试按照焦炭的粒度选择。

(5)对窑头风管进行改造及调整所处位置,增大其调节角度,适当压料可以提高物料的翻动性,加快气相还原剂一氧化碳在反应带的产出速度,提高还原挥发效率。

(6)增加粉煤的使用,提高窑头温度,减少较低焦炭(无烟煤)的消耗。

7 结语

(1)经过以上2个方案的试验研究,从总体上来讲,铟冶炼用无烟煤取代焦炭在挥发窑的应用有一定的可取性,一是价格成本相对较低,二是无烟煤容易燃烧,熔点低。

(2)在铟挥发窑试验过程中,在消耗相同能源的情况下,用焦时的铟直收率通过窑渣和烟尘含铟品位可以推算出,相比用无烟煤较高,因此完全用无烟煤取代焦炭在挥发窑的应用需要在铟直收率和能源消耗上考察一个平衡值。

(3)虽然我们是以冶炼铟金属为主题,但从窑渣中的含锌量及烟尘中的含锌情况来看,用煤后锌的直收率也低于用焦炭。此外,通过窑渣中残碳化验结果,方案二中矾渣与无烟煤已混合均匀,窑渣含碳仍高达20.1%,热值为10.89 MJ/kg (约2 510 kcal),但相比与年前的窑渣含碳为27.26%,含碳值有较大的降低。

(4)结合来宾华锡冶有限公司的实际情况,挥发窑用焦有一定的经验,综合各单位的用煤情况,采用焦配无烟煤在挥发窑中的应用,应该比完全用无烟煤在反应温度及铟直收率有较大的提高。焦掺煤比例可以先从30%逐步提高到60%,以搭配无烟煤比例30%计算,挥发窑每年使用30 000 t焦炭,焦煤差价为200～300元/t,预计年节约200～300万元,降本增效效果明显。

参考文献

[1]陈志飞,沈湘黔,宁顺明,等.锌铟实用冶金[M].长沙:中南工业大学出版社,1996.