50%CO_(2)+50%CO气氛条件下金属化炉料与焦粉耦合过程的非等温反应动力学

研究金属化炉料与焦炭的非等温耦合过程,可为阐明新型炉料结构的反应行为提供理论基础.本文中在50%CO_(2)+50%CO气氛下对金属化率为51%的炉料、焦粉及两者混合物料的非等温反应动力学进行研究,采用Coats-Redfern法计算并分析了耦合反应的表观活化能和反应机理.结果表明:混合物料在1 014 K时开始发生氧化增重反应,并在1 248 K时增重速率达到最大,与单金属化炉料的特征温度相近;混合物料的快速失重温度低于单焦粉的快速气化温度,这是由于焦炭气化与炉料还原起到了耦合增效作用;混合物料增重阶段的机理模型由单金属化炉料的R_(2)模型变为F_(2)模型,表观活化能由134.66 kJ/mol增至371.02 kJ/mol;焦粉气化的机理模型为F_(2)模型,表观活化能为389.45 kJ/mol;混合物料失重阶段的机理模型为D_(6)模型,表观活化能为778.04 kJ/mol.

“双碳”背景下我国废钢资源高质循环利用战略研究

废钢是再生绿色资源,也是钢铁工业不可或缺的铁素资源。在“双碳”战略背景下,重构废钢循环利用技术体系和创新废钢资源管理模式,从根本上破解废钢高质循环利用的瓶颈问题对钢铁工业的绿色低碳转型至关重要。本文对比分析了全球废钢行业的发展现状,科学预测了我国粗钢产量和废钢资源量的变化趋势,提出了2060年左右可能存在的全废钢冶炼这一中国特色问题;凝练了废钢行业规范化、信息化、数字化、智能化发展方向;系统梳理了我国废钢循环利用在标准制度体系、精确分类回收、基于生产者责任延伸(EPR)制度的材料设计和数字化标识解析等方面存在的问题与挑战;在此基础上,创新提出了废钢资源“四全五化”高质循环利用新模式,清晰给出了组织框架和实施策略方案,即面向可能到来的全废钢时代,从钢铁材料全生命周期、全生产流程、全产业链(“四全”)协同贯彻EPR制度,实现废钢资源的科学分类管理、循环和再利用,同时加强全流程生产管理的数字化、信息化、标识化、网络化,并逐渐过渡到优质废钢拆解回收机器人化(“五化”)。研究建议:完善钢铁领域贯彻EPR的制度、技术和管理体系,加强废钢行业标准体系建设,加强钢铁材料全生命周期全产业链数字化标识解析,强化重点行业废钢分类回收和循环利用等,为全面实施废钢资源“四全五化”高质循环利用新模式做好坚实保障。

不锈钢粉尘和红土镍矿碳热还原新工艺多目标协同优化

采用基于响应面法的中心复合设计,通过碳热还原实现不锈钢粉尘和红土镍矿中Fe、Cr和Ni金属回收的多目标协同优化,获得高金属回收率和高品位Fe-Cr-Ni-C合金颗粒。结果表明,红土镍矿的配入量和还原温度对金属回收率有显著影响,还原产物中金属Fe、Cr和Ni的回收率之间存在显著的交互作用。通过模型优化得到的最优工艺参数为:红土镍矿配入量5.47%、还原温度1428.02℃、还原时间23.10 min和碳氧比(FC/O)0.85。该模型的Fe、Cr和Ni的回收率预测结果分别为93.15%、91.63%和92.70%。

热压含碳球团冷态强度的实验研究

重点考察了煤种及热压工艺参数对热压含碳球团冷态强度的影响，并探讨了热压含碳球团获得高强度的机理．研究表明，煤种、配煤量、热压温度、配煤粒度及热压压力等热压工艺参数对热压含碳球团强度具有显著影响，其中热压温度是影响冷态强度最重要的因素．热压工艺利用煤的热塑性保证煤矿颗粒充分接触，增大粘结面积，从而使热压含碳球团的强度高于冷固结含碳球团．从冷态强度角度出发，以鹤岗烟煤为原料生产热压含碳球团的适宜工艺参数为配煤量25％～35％，热压温度450℃，配煤粒度〈90μm，热压压力不低于35MPa．

基于多流体理论的高炉数学模型及其求解

数学模型可用于更好地理解、控制和改进高炉炼铁过程.作为全高炉动力学数学模型的较新研究成果之一,多流体高炉模型被成功开发.该模型基于多流体理论、反应动力学、冶金传输原理及计算流体力学等理论,充分考虑了多相多组分之间的同时相互作用.实际应用表明,多流体模型是一个复杂全面的高炉过程模拟仿真系统,可对炉内主要现象进行多维数学模拟解析,并能较精确地预测高炉在指定条件下的操作指标.

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.

高炉炼铁新技术的数学模拟研究

利用多流体数学模型对革新高炉炼铁技术进行了数学模拟,分析评价了革新操作对炉内现象及高炉生产指标的影响.这些革新炼铁技术包括高炉喷吹含氢物质实现富氢还原,高炉使用热压含碳球团实现低温炼铁,以及高炉炉顶煤气喷吹加强C和H的利用.多流体模型的模拟解析表明,高炉超高效率操作(高产、低能耗和低CO2排放)可通过这些革新技术的实际应用来实现.

多流体高炉数学模型的开发和应用

基于多流体理论、冶金传输原理、反应热力学和动力学以及计算流体力学创建了多流体高炉数学模型,详述了该模型的基本框架、边界条件设定和求解步骤,并针对具体的高炉操作给出了模型预测的流场和温度场分布,最后结合实测数据对模型计算的有效性和精确度进行了验证。研究结果表明,多流体数学模型是模拟高炉炼铁过程的有效工具,可合理描述炉内现象,准确预测高炉操作指标。

配碳比对热压含碳球团软熔滴落性能的影响

在碱度固定为1.20的条件下,系统研究了配碳比n(FC)/n(O)对热压含碳球团软熔滴落性能的影响,并进行了理论分析.研究表明,配碳比对软化区间、熔化区间、滴落率等软熔滴落性能参数有显著的影响.随着配碳比增加,软化区间t40～t4先变窄后加宽,在配碳比为1.00时最窄,降至348℃;熔化区间tD～tS也先变窄而后加宽,当配碳比为1.00时最窄,降至46℃;滴落率先增加后降低,在配碳比为1.08时滴落率最高,达到24.66%.从软熔滴落性能角度综合考虑,实际生产热压含碳球团时其配碳比宜定在1.00左右.

中性气氛下钒钛磁铁矿高炉渣系研究

以钒钛磁铁矿现场高炉渣为基础,纯化学试剂调制渣样,在中性气氛条件下研究了炉渣二元碱度及Mg O,Al2O3,Ti O2,V2O5含量对实验渣系冶金性能的影响.结果表明:增加碱度和Mg O含量,炉渣熔化性温度(tm)、初始黏度(η0)和高温黏度(ηh)呈先降低后升高趋势;增大Al2O3含量,炉渣tm升高,η0先降低后升高,ηh呈上升趋势;增大Ti O2含量,炉渣tm升高,η0和ηh逐渐下降,炉渣黏流活化能升高,热稳定性变差;增大V2O5含量,炉渣tm先降低后升高,η0和ηh逐渐增大.高炉冶炼钒钛磁铁矿适宜渣系为:二元碱度1.15,Mg O,Al2O3,Ti O2,V2O5质量分数分别为13%,13%,7%,0.30%.

基于综合加权评分法的钒钛磁铁矿高炉渣系优化

在实验室条件下,以国内某钢铁企业提供的钒钛磁铁矿现场高炉渣为基础,利用纯化学试剂调整炉渣成分,采用RTW熔体物性测定仪进行了5因素4水平的正交试验研究,检测了炉渣冶金性能;然后运用综合加权评分法对试验结果进行分析,探索得出高炉冶炼钒钛磁铁矿的适宜渣系:二元碱度R21.15,MgO质量分数14%,Al2O3质量分数13%,TiO2质量分数7%,V2O5质量分数0.20%.对渣系综合指标影响从大到小依次为:V2O5含量,MgO含量,二元碱度R2,TiO2含量,Al2O3含量.

高炉数学模型的进展

高炉是一个复杂的气固向流反应器。为了理解、控制和改进高炉炼铁过程,更多的努力被用于开发数学模型。全高炉动力学模型经历了从一维到多维、稳态到非稳态、简单到复杂的发展过程。多流体高炉模型是全高炉动力学数学模型研究的最新成果之一。该模型基于多流体理论,可对炉内主要现象进行多维数学模拟,并能精确地预测高炉在指定条件下的操作指标。未来的高炉数学模型应朝复杂化和实用化方向发展,并拓展解析范围、提高模拟精度。

高炉使用热压含碳球团操作的数学模拟研究

介绍了一种高炉炼铁新技术即高炉使用热压含碳球团技术,并利用多流体数学模型模拟该操作,对炉内现象和操作性能的变化进行了充分解析。数学模拟结果表明:热压含碳球团的使用将使得炉内温度水平降低,软熔带位置下降,但同时高炉产量增加,焦比显著降低。在一定范围内使用热压含碳球团,高炉热利用效率明显提高,操作性能将有效改善。

高炉炼铁技术的最新进展

当前围绕循环经济和生态化生产等主题,一些革新的高炉炼铁技术已被提出或实际应用。综合介绍了高炉使用热压含碳球团、高炉喷吹含氢物质、高炉炉顶煤气循环利用,以及高炉炼铁与大规模发电相结合等若干炼铁新技术的概况和最新进展。

循环流化床铁矿石直接还原过程动力学分析

循环流化床铁矿石直接还原是一项较新的工艺·建立了一个数学模型 ,用以描述床内的还原动力学过程 ,运用有关动力学理论 ,分析得出床内还原反应的动力学控制步骤为矿粉颗粒表面的化学反应 ,整个床内的平均还原率R与反应时间t的关系为R =5b3t3- 7 5b2 t2 +4 5bt(b为常数 ) ·

高炉喷吹还原气操作的数学模拟研究

副产煤气的高效利用对钢铁产业的节能降耗和环境保护意义重大。为此,提出了一个新的高炉风口喷吹高炉、转炉和焦炉煤气技术,并利用多流体高炉模型对其进行了详细模拟研究,预测了炉内现象和操作性能的变化。在维持回旋区温度、炉腹煤气量及渣面处铁水温度一致的条件下,模拟结果表明与现行常规操作相比,风口喷吹煤气后炉身温度下降,但整个炉内H2/CO浓度显著提高,炉身烧结矿间接还原加速,产量明显增加,热利用效率明显改善。其中喷吹焦炉煤气效果最为显著,高炉CO2产生量大幅度降低。随工艺氧制备等技术的进步,高炉喷吹副产煤气技术具有广阔的应用前景。

铁矿热压含碳球团生产工艺开发

重点考察了煤种及热压工艺参数对热压含碳球团冷态强度的影响,并探讨了热压含碳球团获得高强度的机理。试验研究表明,煤种特性、配煤量、热压温度、煤的粒度及热压压力等热压参数对热压含碳球团强度具有显著影响,合理的热压工艺要充分利用煤的热塑性,保证煤、矿颗粒充分接触,增大粘结面积以提高热压含碳球团强度。通过研究,得出了适宜的热压含碳球团生产工艺参数。

循环流化床铁矿石直接还原动力学

直接还原流程中 ,粘结失流是传统流化床应用的最大障碍·在铁矿石还原热力学计算基础上 ,在循环流化床的试验装置上进行热试验 ,通过调整影响循环流化床的条件因素 ,使循环流化床的工作状态达到最佳 ,在此基础上 ,研究和探讨循环流化床铁矿石直接还原过程的动力学条件·通过理论分析和大量实验 ,证实了循环流化床内铁矿石还原过程的控制步骤是颗粒表面化学反应 ,验证了全床还原率或平均还原率与平均反应时间的关系·

热压含碳球团高温冶金性能的实验研究

热压含碳球团是一种利用煤热塑性提高强度的新型炼铁原料。在实验室条件下,对碱度1.2和FC/O比1.0的未热处理和热处理热压含碳球团,分别检验其低温还原粉化、还原膨胀、还原冷却后强度等高温特性,并与其他炼铁原料进行合理对比。实验结果表明,热压含碳球团的高温冶金性能优于普通球团矿或烧结矿,适用于炼铁生产。

基于气基直接还原-熔分的硼铁矿高效利用新工艺

实验室条件下,以含硼铁精矿为原料制备氧化球团,对含硼铁精矿气基竖炉直接还原-电炉熔分新工艺进行了研究.结果表明,含硼铁精矿是良好的造球原料,1 200℃下焙烧20 min后,成品球团抗压强度可达2 500 N以上,满足气基竖炉直接还原工艺要求.在H2与CO体积比大于2/5且温度在850~1 000℃条件下,含硼铁精矿氧化球团还原率达到95%的时间为15~60 min,还原膨胀率不高于15%.在高温下电热熔化DRI后硼和铁可以高效分离,硼、铁收得率均可达到98%以上,富硼渣中B2O3的质量分数在21%以上,活性可达89%左右,是“一步法”生产硼酸的优良原料.含硼铁精矿气基竖炉直接还原电炉熔分新工艺可以实现硼铁高效分离和清洁利用.