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.

铁粉矿在HIsarna工艺中预还原行为的研究

通过高温实验与理论分析研究了铁粉矿颗粒在高温下的热分解和熔化行为,以及熔化后气体与熔融粉矿液滴之间的还原动力学.当温度高于FeO熔点且产物层中有FeO生成时,铁粉矿颗粒会出现熔化现象.还原反应前210 ms伴随着剧烈的热分解反应,主要是Fe_2O_3分解成Fe_3O_4.熔化后的铁粉矿颗粒产物层是液态的FeO,颗粒中心是未反应的固态Fe_3O_4,还原反应发生在颗粒表面.Fe^(3+)在产物层中的扩散是还原反应的限制性环节,通过计算得到气体与熔融铁粉矿颗粒还原反应的表观活化能约为141 kJ/mol.

COREX工艺软件的研究与开发

简述开发COREX工艺软件的设计方法与功能。工艺软件分为五大模块,通过Visual Basic与Access数据库的接口,实现数据的保存和传送。根据COREX工艺操作设定输入参数,模型能够计算出原料和熔剂消耗、渣量及成分和产生煤气量及成分。软件能够检验操作参数和原料化学成分和配比的改变对COREX工艺物流和能流的影响。软件能够给出详细的工艺分析和工厂操作的调整,因此可以用来改善工厂操作。

COREX工艺模型软件的开发

为研究COREX工艺中流程设计、操作参数的选取和优化,开发了COREX工艺模型软件.工艺模型软件有7大模块:主模块,原料优化模块,原料消耗模块,煤气量及组分模块,煤耗与氧耗模块,渣量及组分模块和结果贮存及显示模块.通过Visual Basic与Access数据库的接口,实现数据的保存和传送.根据COREX工艺操作设定输入参数,模型能够计算出原料和熔剂消耗、渣量及成分和产生煤气量及成分.软件能够给出详细的工艺分析和工厂操作的调整,可以用来改善工厂操作.

铁钢界面铁水温降碳析出利用研究

研究了铁钢界面宝山基地铁水温降与碳析出的定量规律,结果显示,铁水温度降低100 K,碳的饱和溶解度平均减少0.265%,即1 t铁水析出碳约2.65 kg。采用高温试验方法,考察了不同含铁氧化物种类对降碳效果的影响;采用物料平衡热平衡计算分析了鱼雷罐车中加入废钢对铁水碳析出量的影响。结果表明,鱼雷罐里利用低碳轻薄料废钢,可稀释铁水饱和碳,减少碳析出,原来损失的吨铁4.42 kg标煤能源得以高效利用。该方法已在工业现场大规模应用。

赤铁粉矿在H_2气氛中的闪速还原行为

通过高温下的动力学实验对铁粉矿在H_2气氛中的闪速还原行为进行了研究.采用XRD、SEM和金相显微镜对反应后铁粉矿的物相组成和单个粉矿颗粒表面及内部微观形貌的演变规律进行了分析,采用化学分析法获得了反应后赤铁粉矿的还原度.结果表明:铁粉矿高温下发生的闪速还原仍然遵循Fe_2O_3→Fe_3O_4→FeO→Fe的逐级还原规律.粉矿颗粒的剖面由未反应核和产物层构成,符合未反应核模型的描述.采用模型函数配合法得出铁粉矿与H_2在高温下发生闪速还原反应的限制性环节是界面化学反应,进一步基于动力学模型计算得到,闪速还原的表观活化能为311 kJ/mol.

基于求解双侧对流条件Stefan问题的高炉炉缸凝壳生成过程数学模型

高炉炉缸凝壳的生成可视为双侧均为对流条件的Stefan问题.基于求解这类Stefan问题,结合理论分析和数值计算方法,建立了能够准确描述高炉炉缸内衬热面凝壳生成过程的数值传热模型,并推导了相应的准稳态模型.借助相应条件下的实验测量值对上述两种模型进行了校验.结果表明,相比于准稳态模型,数值传热模型针对双侧对流条件Stefan问题的计算精度更高.最后,为展示数值传热模型的应用性,以典型陶瓷杯结构炉缸为例,研究了陶瓷杯壁厚度对炉缸热面凝壳生成过程的影响.

利用除尘灰降低铁水碳析出的实验研究

为解决高炉到转炉转运过程中铁水的碳析出问题,采用钢铁厂含铁氧化物除尘灰作为氧化剂,并通过高温实验研究了除尘灰在降低铁水碳含量中的应用效果。考察的除尘灰有:转炉LT(Lurgi and Thyssen)除尘灰、转炉二次灰、电炉灰和高炉灰。分析了除尘灰种类、加入量、反应温度以及加料顺序对降碳效果的影响。实验研究结果表明,直接加入粉状除尘灰,氧化反应十分剧烈,并且会发生喷溅。压块后,能使除尘灰100%被利用。高炉灰碳含量过高,不能直接作为铁水降碳的氧化剂使用,其余3种灰的降碳效果依次为:转炉LT除尘灰>电炉灰>转炉二次灰。3种除尘灰加入量均为铁水质量的2%~5%时,LT除尘灰能使铁水中碳降低0.19%~0.59%,电炉灰和转炉二次灰分别为0.12%~0.47%和0.05%~0.12%。

赤铁矿粉在H_(2)气氛中闪速还原过程的数值模拟

为了考察赤铁矿粉在不同反应条件下的闪速还原行为,基于欧拉-拉格朗日方法建立了描述赤铁矿粉在氢气气氛中闪速还原过程的数学模型。通过数值计算获得了反应器内气粒两相的温度分布、速度分布以及颗粒运动轨迹,并对赤铁矿粉在反应器中的闪速还原过程进行了分析,考察了炉温、氢气体积分数、粒度等操作条件对闪速还原行为的影响。结果表明,当炉温不高于1550 K时,赤铁矿粉在运动过程中经历了升温、热分解和气-固还原反应;当炉温高于1550 K时,赤铁矿粉还会发生气-液还原反应且该反应区域随着炉温和氢气体积分数的升高而增大。当氢气体积分数为40%时,炉温每升高150 K,粒度为53~64μm的赤铁矿粉在0.5 m反应区内的最终还原度提高约40个百分点。模型的建立为闪速还原炼铁技术的开发提供了理论指导。

COREX工艺静态模型的开发

简述了COREX工艺流程,开发了建立在物料-热量平衡方程组上的COREX工艺静态模型。根据COREX工艺操作设定输入参数,模型能够计算出原料和熔剂消耗、渣量及成分和熔化气化产生煤气量及成分。利用模型能够研究操作参数和原料化学成分、配比及温度的改变对COREX工艺物流和能流的影响,结果表明:模型能够为优化COREX工艺提供帮助。

氢气竖炉内气固热质传递行为的数值模拟

随着对钢铁行业绿色低碳发展要求的日益迫切,氢气竖炉已成为目前涉及氢冶金工艺的研发焦点。由于H_(2)还原铁氧化物为强吸热反应,氢气竖炉的供气强度主要由还原反应和加热固相炉料对应的物理能需求决定,因此造成炉内物理能与化学能的利用严重不匹配。为定量研究氢气竖炉内复杂的气固两相热质传递行为,基于双流体假设,建立氢气竖炉CFD模型,并利用其考察炉料热装技术的影响。结果表明,炉料常温入炉及所考虑工况条件下,氢气竖炉的炉顶H_(2)利用率仅为23.7%。由于炉料显热无法得到有效利用,热装技术难以显著改善氢气竖炉内部热状态,也就不能解决物理能与化学能利用的不匹配问题。