高铁赤泥涡流熔融还原提铁中试扩大试验

高铁赤泥中氧化铁含量在30%以上,是重要的铁资源来源。为了规模化、资源化、无害化消纳高铁赤泥,作者所在课题组在实验室进行了高铁赤泥涡流熔融还原试验,并得到了最佳工艺参数。本文在实验室研究基础上进行了中试扩大试验,采用工业试剂替代了实验室分析纯试剂,取得了较好的效果。在试验温度1500℃、配碳比1.3、保温时间30 min、搅拌转速125 r/min、碱度1.0、氟化钙添加量为氧化钙添加量的10%的试验条件下,可回收赤泥中97.12%的铁;获得的生铁产品中磷和硫的含量低,成分满足炼钢用生铁国标L03的要求;还原渣中的主要物相为钙铝黄长石、钛酸钙和霞石,是生产水泥熟料的有效组分。该中试放大试验为工业大规模应用提供了相关数据参考,有利于实现高铁赤泥的规模化资源化利用。目前该生产采用间歇式生产模式,未来可通过设计连续式反应装置实现连续加料、连续出渣和出铁。

熔融还原炼铁技术分析

分析了主要的熔融还原炼铁流程。COREX采用预还原竖炉+熔融气化炉的纯氧炼铁流程,已经工业化,但吨铁焦炭量维持在250 kg左右的水平,吨铁燃料比达到1000 kg。FINEX采用多级流化床+热压块+熔融气化炉+煤气脱除CO2循环使用的纯氧炼铁流程,可直接处理粉矿,吨铁燃料比为800 kg左右,吨铁焦炭使用量在200kg左右,不过FINEX工艺复杂,效率低,仍在进行工业化试验。HISMELT试图采用一步法直接熔融还原粉矿,难度大,指标与预期相差较大,尚处在技术攻关阶段。可见,目前的熔融还原炼铁流程,离低能耗、低污染的炼铁目标相差甚远,最大的问题是预还原矿粉(球团)的低温还原性能差,提高铁矿的低温反应性能是熔融还原炼铁走向成功、高效、环保的关键所在。

溜槽角度对混装布料过程的影响

分析了定点布料方式下溜槽角度对混装布料规律的影响.首先对混装布料方式进行了物理实验模拟,获得了不同溜槽角度下的料流轨迹、料堆结构等重要信息,分析了不同粒度的混装物料在下落过程中存在的偏析现象.其次利用离散单元法(DEM)数学模型对布料过程进行了模拟研究,并对模拟结果进行了详细分析.结果表明:模型结果与物理实验结果吻合较好.其中模型获得的料堆结构和径向空隙度分布的信息的结果可为现场调节煤气流分布提供一定的参考依据.

包头铌铁矿冶炼实验室研究

针对包头矿高铁低铌的特点提出了选择性还原－熔分－铌铁冶炼的处理方案，并对方案的三个关键步骤进行了试验研究．熔分阶段铌回收率在９５％以上，冶炼阶段铌回收率在８５％以上，全流程铌回收率＞８０％．铌铁Ｎｂ／Ｐ＞１５．本流程可综合回收包头矿中的铌、铁。

流化床处理粉铁矿工艺研究

评述了流化床处理粉铁矿的工艺,根据流化床反应器在工业中的应用实际,分别评述了流化床磁化焙烧生产铁精矿,流化床预热粉铁矿并低预还原度还原后添加到铁浴熔池,流化床生产直接还原铁(DRI)和碳化铁(Fe3C)作电炉炼钢原料,多级流化床生产较高预还原度DRI供熔融气化炉终还原冶炼铁水等工艺中流化床反应器的应用。

热压含碳球团自还原过程限制性环节的实验研究

在传热条件一定的前提下,于900～1150℃反应温度范围内进行了热压含碳球团的自还原实验.通过分析热压含碳球团还原失重和产物气体的变化规律,阐述了热压含碳球团的自还原机理.结果表明,热压含碳球团的自还原可用多孔物料反应模型进行描述.整个过程分为两个阶段,第一阶段还原速率明显大于第二阶段.在本研究条件下,热压含碳球团自还原过程两个阶段的限制性环节均为气体通过还原产物层的内扩散.

挡板角度对挡板布料器布料过程的影响

COREX熔化气化炉炉顶采用1个煤-万向节溜槽布料器和8个DRI-挡板布料器两种布料方式来完成布料过程,通过物理实验和离散单元法(DEM)数学模型模拟两种方法分析了挡板角度对DRI-挡板布料器的布料规律的影响.物理实验结果表明,挡板角度较小时形成较为集中的料流轨迹,挡板角度较大时形成具有一定分散度的料流轨迹.数学模型模拟获得的料流轨迹和料面形状与物理实验结果吻合较好,且利用数学模型还可进一步获得料堆内部结构和径向空隙度分布详细信息,该信息可为COREX现场合理调节煤气流分布提供一定的参考依据.

COREX竖炉布料规律的数学模型

通过建立布料过程的数学模型研究了COREX竖炉的布料规律,改进了空区料流轨迹模型使其可以考虑溜槽内料流厚度和宽度分布及炉料粒度的影响,并用多条线段联合描述料面形状.研究表明:炉料在溜槽末端出口处的料层厚度和炉料的粒度分布决定了炉料在空区的料流轨迹;炉料离开溜槽末端速度与溜槽倾角成反比关系,与溜槽转速成正比关系;炉料在炉喉的落点位置离炉喉中心距离与溜槽倾角、溜槽转速成正比关系.利用该模型可计算出不同布料模式和布置不同炉料时料堆长大过程和形成的料面形状.

CHARP工艺过程中的硫行为及硫控制

对转底炉煤基热风熔融炼铁工艺(CHARP)含碳球团还原熔分过程中硫的分配、硫的行为以及如何降低或控制珠铁中的硫含量进行了实验研究。结果表明,除了控制原料中以及垫底料中硫含量以外,应尽量缩短珠铁形成以后其在炉内的停留时间,防止液态铁从垫底料中吸硫;垫底料中混合适量的固硫剂有利于降低珠铁中硫含量。含碳球团中碱度对珠铁降硫作用不大,添加适量的Na2CO3和MnO2对珠铁具有较显著的降硫效果。氧化性气氛可促进含碳球团中硫的挥发。

COREX-3000竖炉炉顶布料过程的DEM仿真

COREX-3000预还原竖炉内的煤气流分布直接影响着煤气利用率、直接还原铁的金属化率和炉料顺行,而炉顶布料制度是调节煤气流分布的主要手段.基于离散颗粒动力学原理,建立COREX-3000竖炉布料的DEM数值模型,确定了模型参数,并对布料过程中的颗粒速度变化和颗粒分布情况,以及形成料堆的料面形状和料堆结构进行了颗粒尺度的分析.模拟结果表明混装布料时,粒径小、密度大的矿物颗粒易于穿过表层的大粒径、密度小的燃料颗粒层,从而表现出在料堆的表层大颗粒富集.

氧气顶吹熔融还原炼铁试验研究

介绍了氧气顶吹熔融还原技术的工艺、设备和氧枪在反应中最佳喷溅效果的模拟;此工艺采用浸入式水冷喷枪把富氧空气直接喷吹到渣层中来加强对熔池的搅拌,强化传热传质.通过用昆钢提供的原料初步试验,得到了与传统高炉品质相当的优质铁水.该工艺可以使用传统高炉无法使用的高磷铁矿石作为炼铁原料,且能冶炼出含磷降低的铁水,脱磷也是这种工艺的特点之一.

熔融还原流程的数学模型

采用改进的 Rist操作线原理 ,编制了熔融还原流程工业试验物料和热量平衡数学模型。按照工业试验的要求 ,该模型增加了对试验数据的判别功能 ,为建立该流程的操作模型奠定了基础。用该模型进行了配料计算、中间产品预测和系统能耗分析。

高温熔态氢冶金技术研究

通过热力学计算,对不同模式下用氢气取代碳以减轻熔炼炉下部热负荷的可行性进行了研究。计算结果表明:对于现有的铁浴法熔融还原工艺,向铁浴炉下部喷吹氢气,不能降低还原区的热负荷;如果改变现有流程,通过减少喷煤量和增加氢气喷吹量,使C:O小于1:1能够达到减轻铁浴炉下部还原所需热负荷的目的;全氢熔态还原可以实现绿色冶金,但有待进一步开发。

COREX 3000竖炉炉顶的布料过程

以COREX 3000预还原竖炉炉顶的万向节布料器为研究对象,根据量纲和谐原理推导相似准数,并按照1∶5比例建立冷态模型,研究了布料器操作参数对布料规律的影响.研究结果表明:方向节布料器溜槽倾角变化对堆密度径向分布影响显著,随着倾角增大,堆密度最小值向炉墙侧移动;料线高度增加,使堆密度峰值降低,且向炉墙侧移动;溜槽转速对堆密度分布影响较小.

铁精矿粉熔态还原炼铁与过程集成

以概念设计的方式，提出了一种新的使用铁精矿粉进行熔态还原炼铁的流程。设计了多级流化移动床预还原反应器和闪速熔态还原炉。放弃了炉内二次燃烧的概念，代之以能量最大回收的原则。通过与汽油合成装置或其他化工装置的集成，构造了一套冶金、化工集成生产系统。

加焦方式对气化炉内气流分布的影响

布料模式决定了料床的空隙度,而料床的空隙度分布决定了煤气流的二次分布.本文建立了研究三维气化炉炉料结构和煤气流分布的物理模型和数学模型,物理模型采用热电偶测温的方法,从炉内气体温度分布信息考察了气体的流动情况,由于物理实验无法获得内部空隙度分布信息,故基于离散单元法模型,以Fluent软件为载体,利用多孔介质模型并加入用户自定义函数,通过数学模型进一步研究了不同加焦方式下气化炉内煤气流分布的影响机理,获得了气化炉内煤气的速度场和流线.物理模拟与数值模拟结果相吻合.通过模拟计算获得的非均匀床层内气体流动规律的认识对COREX气化炉加焦工艺有借鉴意义.

COREX熔化气化炉物料运动的物理模拟

以COREX熔化气化炉实际尺寸和操作参数为基础,根据相似准则建立了COREX熔化气化炉模型,用以研究气化炉内物料运动过程。实验采用聚乙烯粒子作为模型的填充物料,并选用绿豆作为示踪颗粒,分析研究了气化炉内鼓风流量和排料速度对物料运动流型和运动轨迹的影响。结果表明:随着排料速度的增加,停留时间减小,死料柱顶点位置降低,物料下降运动变得不均匀;随着鼓风流量的增加,上部料层的下降更加均匀;非正常排料时,熔化气化炉内物料的运动将很不均匀,气化炉一侧物料的运动并不受另一侧物料的影响;位于死料柱正上方的颗粒下降速度最慢并向排料口弯曲;位于风口回旋区正上方的颗粒下降速度最快,鼓风导致风口回旋区上方的颗粒停留时间减小;靠近炉墙处的颗粒,其下降过程一直沿炉墙下降,直至靠近排料口时发生弯曲。

富氧顶吹熔融还原技术冶炼高磷铁矿的研究

云南省的高磷铁矿具有其独特性,不但难选,而且难以大量应用于高炉炼铁,因此高磷铁矿的处理是云南省钢铁企业亟待解决的一个问题。主要介绍了一种富氧顶吹熔融还原冶炼技术,并采用该技术处理一种高磷铁矿,研究了富氧率和风量对炉温的影响,重点分析了炉渣的性质,并通过测定冶炼后生铁和炉渣中各元素的百分含量讨论了此工艺的冶炼效果。

COREX工艺模型及应用分析

针对宝钢COREX-3000建立COREX工艺模型,研究了COREX工艺模型在计算功能、原燃料配比优化及结果分析方面的应用.研究了金属化率、氧化度、荒煤气温度对煤耗、氧耗和煤气量的影响;通过对熔化气化炉热平衡分析,了解热量的收入与支出项;通过对还原煤气气体成分的分析图,判断该气体成分能否满足竖炉的需求,通过调整操作参数更新还原煤气的煤气成分.在荒煤气氧化度为7%、温度为1050℃的条件下,煤耗、氧耗随着金属化率升高显著降低,当金属化率为85%时,氧耗为520m^3/t,煤耗为976kg/t.

用综合加权评分法优化高铬型钒钛矿电热熔分工艺

以气基竖炉还原得到的金属化率为95%的高铬型钒钛磁铁矿球团为原料,在高频感应炉内进行电热熔分深度还原.设计了三因素三水平正交试验,重点考察熔分温度、熔分时间及二元碱度对熔分效果的影响,并运用综合加权评分法对试验结果进行分析,发现熔分后可获得含钒、铬铁块和高钛渣.适宜的高铬型钒钛磁铁矿电热熔分参数为:二元碱度1.1,熔分温度1 650℃,熔分时间45 min.对熔分综合指标影响大小依次为二元碱度>熔分温度>熔分时间.另外,分析二元碱度对熔分效果的影响规律及作用机理可知,随碱度增大,铁、钒、铬及钛的收得率呈先上升后下降的趋势,在二元碱度为1.1时,高铬型钒钛矿熔分效果最好.