铁矿氧化球团低温还原粉化性能的影响因素评述

在高炉和气基竖炉工艺中,为使炉况良好,应保证上升还原气能快速且均匀地穿过料柱,而含铁炉料的低温还原粉化和还原膨胀是恶化料柱透气性的两大主要原因.本文主要综述了影响铁矿氧化球团低温还原粉化性能的因素,并在此基础上讨论了改善球团矿低温还原粉化性能的主要措施.影响球团矿低温还原粉化性能的主要因素包括:球团矿的化学成分(碱度、SiO_(2)、MgO、Al_(2)O_(3)含量等)、物相组成、微观结构和碳沉积等.在实际生产中,可以通过优化球团矿成分(适当提高碱度或MgO含量等)和固结形式(发展部分液相固结)、调控球团矿孔隙结构(喷洒或涂层降低球团孔隙率)等来降低还原速率,减少还原过程产生的内应力,从而改善球团矿的低温还原粉化性能.

预造球强化难制粒精矿烧结工艺

随着进口铁矿石价格的增长,充分利用廉价的难处理铁矿资源成为钢铁企业降本增效的关键。本文针对难制粒精矿在烧结中利用率低的问题,在复合造块法的基础上开发了预造球工艺,显著提高了难制粒精矿的配入量,有效改善了制粒效果与烧结产、质量指标。研究表明,在难制粒精矿配比达到36%时,采用预造球制粒可以使准颗粒平均粒径提高1.53 mm,透气性指数提高0.17。在此基础上,垂直烧结速度提高13.97 mm/min,利用系数提高0.815 t/(m^(2)·h),转鼓强度提高3.39%。预造球烧结中,由于难制粒精矿的分离,常规制粒料部分的制粒性能得到优化,局部碱度得到提高,形成大量的针柱状铁酸钙。在常规制粒料与球团料交界处固相固结与液相固结同时存在,铁酸钙与铁氧化物相互交织,形成球团嵌入式分布的成品矿结构,具有良好的成矿效果和强度性能。

磷矿粉球团冷固结成型试验及机械性能的影响因素

针对磷矿粉矿无法直接入炉冶炼黄磷的问题,本文采用磷矿粉冷固结成型方法来制备磷矿粉球团,研究黏结剂用量、水分添加量、成型压力和烧结温度对磷矿粉球团落下强度和抗压强度的影响。研究结果表明:球团的抗压强度和落下强度随黏结剂用量的增加而升高,随成型压力的增加呈现先升高后降低,随水分质量分数的增加呈现先升高后降低,抗压强度随着烧结温度的升高而升高;在黏结剂用量为0.4%、水分质量分数为8%、成型压力为11 MPa条件下制备的磷矿粉生球团的抗压强度可达148.46 N/P,落下强度达46次/(0.5 m);在1200℃下烧结2 h后,磷矿球团的抗压强度可达966 N/P,且经跌落破碎后无粉化现象。本文旨在弥补富磷矿块矿资源的不足,并为进一步促进磷矿粉矿在黄磷生产中的应用提供参考。

带式焙烧机均匀布料研究与应用

为适应绿色低碳钢铁冶炼目标,球团大型化生产成为必然需求。由于带式焙烧机料层较厚,且焙烧过程球团处于静态,为保证成品球质量,生球的均匀布料就显得尤为重要。本文通过研究带式焙烧机布料原理和布料工艺设备参数,确定其合理的布料方式。研究结果表明:梭车和摆头皮带机布料均存在生球落下次数多、布料不均匀等问题;往复式布料器布料能够减少生球落下次数,且能够实现单向布料,快速换向,从而保证均匀布料。通过参数计算,得出504 m^(2)带式焙烧机合理的布料方式为往复式布料器+宽皮带机布料,卸料小车移动速度和皮带运行速度均应控制在0.65 m/s,宽皮带机运行速度应控制在0.12 m/s。生产实践表明在该布料方式下,布料轨迹整齐,台车料面平整,成品球强度均匀,达到了预期的研究目标。

球团环冷机水冷梁脱落故障处理

针对球团环冷机水冷梁脱落现象,系统分析故障产生原因,从过载、电机过载电流曲线、水冷管道堵塞缺冷却水、与母体焊接强度、水冷梁链接螺栓材料强度等可能引起环冷机水冷梁脱落的因素中逐一分析排查,最终通过计算传动比、综合分析故障发生前环境及生产操作因素变化等,得出故障原因为挖掘机机械臂扒窑皮并将窑皮集中排入环冷机受料斗,在台车运转过程中,窑皮大块卡在环冷机台车与水冷梁之间,水冷梁受窑皮大块传递的台车巨大推力,超过其与固定母板的链接强度,最终导致水冷梁脱落。针对此,提出了切实有效的解决措施。

气基竖炉直接还原工艺发展现状及展望

钢铁工业碳减排是我国达成“碳达峰”、“碳中和”目标的工作重心,发展气基竖炉直接还原技术对实现我国钢铁工业低碳转型意义重大。本文介绍了Midrex、HYL-Ⅲ、Energiron-ZR等典型的气基竖炉直接还原工艺流程及其技术特点,总结了我国当前气基竖炉直接还原发展现状,并对气基竖炉直接还原工艺的发展方向进行展望,提出提升竖炉产能、确保竖炉长效运行、开展全氢直接还原竖炉研究的建议,以期为我国钢铁工业低碳冶金技术发展提供参考。

Fe_(2)O_(3)对高硅碱性球团固结性能的影响

深入研究Fe_(2)O_(3)对于高硅碱性球团生球以及成品球性能的影响,有助于促进基于我国铁矿资源特征的低碳炼铁技术发展。本文通过调整碱性球团用混合料中Fe_(2)O_(3)的含量,解析Fe_(2)O_(3)对高硅碱性球团生球、预热球和成品球性能的影响规律,并采用扫描电镜以及图像识别处理系统表征高硅碱性球团的微观矿相结构。结果表明:随着混匀矿中赤铁矿配比的提高,高硅碱性球团生球、预热球和成品球的抗压强度均有所降低,随着Fe_(2)O_(3)配比的升高,成球性能劣化,生球的抗压强度降低至9.04 N/P。赤铁矿连晶固结性能变差,成品球的强度降低至3433 N/P。当两种矿粉的配比为50%时,球团孔隙率急剧增大为32.8%,A矿粉配比不宜超过40%。微观矿相结果表明,随着Fe_(2)O_(3)含量的增加,球团内部小颗粒尺寸晶粒变多,大颗粒尺寸晶粒减少,平均颗粒面积减少,晶粒间连晶性能变差,固结性能削弱,内部孔隙率提高。在制备高硅碱性球团时,含Fe_(2)O_(3)的精矿粉配加不宜太高,会对球团矿的固结性能产生不利影响。

铁浴条件下电炉粉尘球团的熔融与分离行为

为了提高对含锌电弧炉粉尘(EAFD)的利用效率,实验研究EAFD球团在铁浴条件下的还原熔化行为。定义铁液滴球形度作为判断其凝聚的标准,然后探讨铁液滴直径和球形度之间随时间变化的关系。根据实验最终建立EAFD颗粒的熔化和分离行为。结果表明,在铁浴条件下,EAFD球团的Zn去除率在5.0 min时达到99%以上,但在15.0 min时金属渣分离还没有完成。由于成分的波动,在EAFD球团中形成几个区域的液态渣,然后液态渣不断增加,直到球团完全熔化。球形度>65%、直径>500μm的Fe液滴的数量随着时间的推移而减少,大直径的Fe液滴先完成分离。渣铁分离过程如下:在布朗运动下Fe液滴在渣中形成,之后Fe液滴直径在马兰戈尼效应下增加,Fe液滴在渣中下降速度符合斯托克斯定律。

带式焙烧机台车车体热力耦合仿真计算

为揭示带式焙烧机台车车体在低温-高温-低温循环往复工况下温度场和各种荷载对车体主梁变形和应力的影响规律,本文以国内某钢铁企业带式焙烧机台车车体为研究对象,利用ANSYS有限元分析软件,采用直接热力耦合方法,对带式焙烧机台车车体在干燥段、预热段、焙烧段、均热段、一冷段和二冷段工作过程的温度分布进行分析,计算焙烧段台车车体在静力作用和热力耦合作用两种工况条件下的变形和应力,分析不同横梁高度、焙烧温度对台车主梁应力和变形的影响规律。结果表明:焙烧段台车车体的最高温度为650℃,上、下表面最大温差为140℃,上表面为压应力,下表面为拉应力,最大应力位置在主梁中间,为21.6 MPa,最大垂向变形为5.37 mm。本文通过仿真计算获得了不同横梁高度、焙烧温度对台车主梁应力和变形的影响关系,可为带式焙烧机台车车体的优化设计提供依据。

添加钙盐对钒钛铁精矿氧化球团物相、强度及孔隙率的影响

为了响应国家“双碳”目标,解决钒钛铁精矿酸性氧化球团不能满足高炉渣系对钙、镁成分要求的问题,本文以钒钛铁精矿为原料,研究氧化温度、氧化时间、钙盐添加量和膨润土添加量对氧化球团物相组成、抗压强度和孔隙率的影响。试验结果表明:随着氧化温度的升高,钒钛铁精矿主要发生磁铁矿转变为赤铁矿和钛铁矿转为铁板钛矿两个氧化过程;随着氧化温度的升高和氧化时间的延长,氧化球团抗压强度提高,孔隙率降低;随着钙盐添加量的增加,氧化球团抗压强度显著下降,孔隙率明显增大;在膨润土添加量为0.75%,氧化时间为120 min和氧化温度为1 200℃的条件下,添加1.5%氢氧化钙的氧化球团的抗压强度和孔隙率分别为3 449.9 N/P和22.70%;添加1.5%碳酸钙的氧化球团的抗压强度和孔隙率分别为3 168.6 N/P和25.25%。本文研究结果可为提高钒钛铁精矿高炉入炉比奠定原料基础,进一步降低高炉冶炼工艺的能耗水平。

模拟高炉升温制度下球团矿富氢还原机制研究

文章研究了模拟高炉升温制度下,球团矿在不同还原气体成分(H_(2)含量0%、10%、20%、30%、40%)下的还原行为,并利用未反应核模型,分析了球团矿富氢还原的动力学以及反应过程中球团的宏观结构变化。结果表明:随着还原气体中H_(2)含量的增加,球团矿终点还原度从52.45%提高到84.09%,并且在全氢条件下还原开始温度比全CO时提高了63℃。此外动力学分析发现,该反应首先受到化学反应的控制,然后逐渐受到化学反应和内部扩散的混合控制。对球团矿控制步骤转变处的结构分析发现,其穿透率随H_(2)含量增加从2.3%增高到42.3%。研究可为高炉富氢还原过程的机理解析和工艺参数的优化控制提供一定程度的参考。

带式焙烧机工艺高硅镁质熔剂性球团制备特性

本文以高品位磁铁精矿(O矿)、高镁磁铁精矿(K矿)和高硅赤铁矿粉(Y矿)为原料,根据某钢厂现场原料配比40%O矿+20%K矿+40%Y矿,在实验室开展模拟带式焙烧机工艺的高硅镁质熔剂性球团制备特性研究,揭示了二元碱度(CaO/SiO 2为0.5~0.9)对球团焙烧特性、成品球团冶金性能(还原度RI、还原膨胀指数RSI和动态法低温还原粉化指数LTD+3.15 mm)和矿相学特征的影响规律。结果表明:提高球团碱度有利于改善球团焙烧和冶金性能,在0.5~0.9的碱度范围内,球团的还原度≥65.38%、还原膨胀指数15%、动态低温还原粉化性能优良(≥98.88%)。矿相分析结果表明,所制备高硅镁质熔剂性球团的固结形式主要为Fe 2O 3再结晶,提高碱度利于形成更多液相从而促进固结,降低球团孔隙率,从而生产出性能良好的成品球团。本研究将为工业生产实践提供有力支撑和重要借鉴。

高硅铁精矿碱性球团性能优化试验

碱性球团的应用可提高球团矿入炉比例,能有效降低渣比、能源消耗,提高高炉利用系数、减少碳排放。本文通过研究碱度对高硅铁精矿球团制备的影响,明确采用链箅机—回转窑法生产高硅铁精矿碱性球团的最优工艺参数。试验结果表明:石灰石的成球性指数高于铁精矿;石灰石在生球内部均匀分布,无明显偏析现象;提高球团碱度后,生球的性能变化不大。提高预热温度能增大球团抗压强度;随着焙烧温度的提高,不同碱度焙烧球的抗压强度有所增大,且在各个焙烧温度点,基本呈现碱度越高,球团抗压强度越大的规律。在焙烧温度为1 230℃,焙烧时间为10 min时,各碱度焙烧球抗压强度均能达到3 000 N/P。在低碱度球团中,熔剂与铁精矿反应生成硅酸盐或钙铁硅酸盐矿物;在高碱度球团中,黏结相矿物转变为以铁酸钙为主。球团的还原膨胀率随着碱度的提高呈先升高后下降的趋势。当碱度为0.8时,球团还原膨胀率最大,超过了20%;当碱度大于1.0时,球团还原膨胀率低于10%。

氧气体积分数对钒钛磁铁矿球团氧化过程的影响

提高高炉球团配比有利于降低钢铁行业的污染物和碳排放,为了使钒钛磁铁矿球团在高炉中得到更好的应用,本文研究了氧气体积分数对钒钛球团氧化速率的影响,利用动力学模型分析了其氧化反应的控速环节,分析了钒钛球团氧化过程物相组成、矿相结构等演变规律。结果表明:富氧能促进钒钛磁铁矿球团的氧化,钒钛磁铁矿球团的氧化过程符合未反应核模型,氧化过程前期以界面化学反应控速为主,后期以内扩散控速为主,内扩散阻力大于界面化学反应时的氧化度随着氧气体积分数的增加而降低。钒钛磁铁矿球团的氧化伴随着Fe_(3)O_(4)→Fe_(2)O_(3)、Fe_(2.75)Ti_(0.25)O_(4)→Fe_(2)TiO_(4)/FeTiO_(3)→Fe_(9)TiO_(15)的物相转变过程,在预热氧化过程会出现赤铁矿连晶,致使矿物间的孔隙率降低,氧气内扩散的阻力增大,氧化反应的速率降低。

链箅机—回转窑—环冷机球团系统热经济性分析

以降低球团生产系统能耗为目标,进一步了解球团生产过程中能流及[火用]流的变化和损失情况,对链箅机—回转窑—环冷机氧化焙烧球团系统进行了热平衡及[火用]平衡计算分析。系统热收入和[火用]收入主要项为燃料化学能和球团氧化。热量消耗主要用于排出废热和外表面散热。传热、燃烧不可逆[火用]损失和系统机体散热[火用]损失为[火用]支出主要部分。针对系统废热余热资源未完全利用情况,提出环冷废气余热循环利用和回转窑表面散热回收等建议,经计算优化后,对于废气余热循环,利用环冷二段与三段废气余热使热效率提高至85.29%、[火用]效率提高至33.40%;回收集热器余热使热效率提高至86.53%、[火用]效率提高至33.93%。研究结果为球团生产提供建议,并结合实际寻找适合该系统的余热利用方案,为节能优化提供参考。

含铁含碳冶金固体废物转底炉热还原协同处置

针对转底炉处置冶金固体废物过程中金属化率低、脱锌率低、粉化率高等问题,本文通过优化原料结构配比,改善球团的成球特性及高温还原性能,采用固体废物粉尘物理性能分析试验和圆盘造球机成球试验,研究含铁含碳冶金固体废物球团的成球性能变化,并在高温还原炉中进行热还原试验,考察球团的金属化率、脱锌率及粉化率。结果表明,原料结构配比优化显著改善了球团的成球特性和高温还原性能。当黏结剂添加量为6%,水添加量为13%时,生球性能最佳,其抗压强度、落下强度以及爆裂温度分别4.6 N/P、3次/(0.5 m)和442℃。在温度为1100~1150℃,高温还原时间为45~60 min时,球团金属化率可达88%,最佳脱锌率可达96%,粉化率为3%~5%。通过优化原料结构配比,可显著改善冶金固体废物球团的成球特性和高温还原性能,从而解决转底炉处置冶金固体废物的技术难题,为提高固体废物资源化利用提供技术支持。

TiO_(2)含量对熔剂性球团冶金性能及矿相结构的影响

为促进低硅含钛铁精粉在球团焙烧—高炉炼铁流程中的高效利用,本文以带式焙烧机球团生产线生产的熔剂性球团为试验对象,基于不同TiO_(2)含量球团特性条件,探索熔剂性球团的适宜钛含量,重点研究不同TiO_(2)含量条件下的熔剂性球团冶金性能和微观结构的变化。结果表明:当TiO_(2)质量分数超过1.0%时,熔剂性球团抗压强度出现降低趋势,从2 772 N/P降低至2 530 N/P;1 h还原度从62.9%提高至66.9%;还原膨胀指数稳定在9%以内;低温还原粉化率出现明显降低,>6.3 mm值从89.3%降低为78.9%,>3.15 mm值从94.9%降低为88.7%,<0.05 mm值从4.2%提高至6.4%。在矿相结构方面,固相比例保持稳定,气孔率从30.29%提高至36.4%,且大气孔的数量显著增大,球体表面的致密度降低,液相比从22.72%降低至15.66%。因此,为保证熔剂性球团具备良好的冶金性能和矿相结构,其TiO_(2)质量分数不宜超过1.0%。

复合黏结剂对铁精矿球团质量的影响

为充分发掘有机黏结剂对铁精矿球团质量提升的优点,同时弥补有机复合黏结剂削弱成品球抗压强度的不足,本文将蛭石、羧甲基纤维素钠(有机黏结剂)、膨润土进行复配,探究复合黏结剂对铁精矿球团质量的影响,并借助SEM和热重分析探索蛭石改善成品球强度的机理。试验结果表明:在不复配有机黏结剂,仅仅添加1%的膨润土时,球团的落下强度只有1.5次/(0.5 m),抗压强度为8.2 N/P,爆裂温度为550℃,在预热温度为950℃、焙烧温度为1200℃时成品球的强度为3121 N/P;固定膨润土用量,随着有机黏结剂复配比例增加到0.12%,生球落下强度可提升到8.0次/(0.5 m),抗压强度提升到11.3 N/P,但生球的爆裂温度下降到395℃,成品球强度下降到2465 N/P;加入0.03%蛭石+0.12%有机黏结剂+1%膨润土的复合黏结剂后,球团的质量指标最好,球团落下强度可达到6.5次/(0.5 m),抗压强度为13.4 N/P,爆裂温度为362℃,成品球强度在相同条件下可以提升至2764 N/P。SEM和热重分析结果表明:蛭石膨胀能不断填充球团中的孔隙,在焙烧过程中生成液相,有利于固相扩散晶体长大,降低球团孔隙率,从而提升成品球的抗压强度。

不同配矿结构下碱度对生球性能及干燥特性的影响

鄂州球团造球原料粒度和SiO_(2)含量随外购矿种类变化和配矿方案调整波动较大,在生产碱性球团时,需要考虑配矿结构对球团性能的影响。针对上述问题,本研究以5种鄂州球团生产用料为研究对象,通过改变造球原料配比与熔剂添加量,调整原料结构与碱度,查明不同配矿结构下碱度对生球性能和干燥特性的影响。结果表明,当MUSA精矿占比为50%时,生球性能较优,在碱度为0.8条件下分别使用石灰石、活性灰和石小粒作为熔剂时,3种碱度的生球落下强度分别为6.9、6.4和5.9次/(0.5 m),抗压强度分别为23.5、26.0和23.2 N/P,爆裂温度大于450℃。当干燥时间为10 min,各方案碱性生球均干燥完成,干燥速率略慢于自然碱度生球(8 min左右)。

“链-回-环”系统能质平衡核算及优化

文章以某球团厂200万t“链—回—环”系统为例,根据现场采集到的生产数据,核算得到该系统的热利用率为22.36%,余热回收率为71.62%。优化后得到当喷煤量在5.00~5.40 t/h,煤粉固定碳含量在76%~82%,煤粉燃尽率在97.5%以上时,预热Ⅱ段氧含量可以稳定在14.0%~16.0%,有利于球团矿的氧化且能有效抑制氮氧化物的生成。