高炉富氢冶炼时渣-焦界面的润湿行为

高炉富氢冶炼后焦炭的气化反应行为发生了较大变化,改变了渣-焦界面润湿性,这对高炉的透气、透液性有着重要影响。利用渣-焦界面接触角测定试验研究了不同条件对渣-焦界面润湿性的影响规律,利用激光共聚焦显微镜对焦炭表面的三维形貌进行表征并分析了渣-焦界面作用机理。结果表明,随着焦炭与H2O反应时间的增加,焦炭表面孔隙率逐渐增大,熔渣在焦炭表面的润湿驱动力增强,使熔渣与焦炭表面的接触角、界面张力和界面反应速率均随之降低,界面黏附功增大,熔渣在焦炭表面的润湿性改善。随着熔渣碱度的降低以及w(FeO)的增大,熔渣与焦炭表面的接触角和界面张力降低,界面反应速率和界面黏附功增加,熔渣在焦炭表面的润湿性改善;碱度在1.1~1.3变化时渣-焦界面润湿性变化幅度相对较小,w(FeO)由5%增加至10%时润湿性改善最明显;熔渣碱度降低以及w(FeO)增大均使熔渣对焦炭表面的溶蚀作用增加,使焦炭表面孔隙率和孔隙深度均明显增大,大气孔增多,熔渣对焦炭的黏附作用增强,不利于高炉生产。

高炉富氢冶炼后焦炭的性能演变研究现状及展望

在国家提出“碳达峰”和“碳中和”的背景下,钢铁企业的绿色改革迫在眉睫。钢铁企业的化石燃料消耗和CO_(2)排放主要来源于高炉炼铁工序,高炉富氢冶炼技术可以有效降低高炉焦炭消耗和CO_(2)排放,高炉内H2体积分数的增加将使焦炭的性能演变过程发生较大变化,因此,探索这一变化过程对高炉生产的稳定顺行和节能减排尤为重要。综述了高炉富氢后对焦炭的气化反应、微观结构以及软熔带渣铁-焦界面熔蚀过程影响的研究现状。与传统高炉不同,高炉富氢冶炼加大了低温区焦炭的气化反应失重率,但是高温条件下焦炭的气化过程主要发生在表面,这抑制了高温区焦炭反应后强度的降低;高炉软熔带渣铁对焦炭的侵蚀减少,同时焦炭表层灰分质量分数较大,阻碍了渗碳反应的发生。在此基础上对需要进一步深入研究的问题进行了展望,为富氢高炉生产以及焦炭的选择提供参考。

钒钛磁铁矿冶炼高炉喷吹焦炉煤气的减排能力

高炉喷吹焦炉煤气可以充分发挥氢还原的作用,实现高炉冶炼的低碳绿色发展。为了分析高炉喷吹焦炉煤气的减排能力,以钒钛磁铁矿冶炼高炉的现场生产数据和炉内理化反应为基础建立质能平衡模型,研究焦炉煤气喷吹量对风口理论燃烧温度和炉顶煤气CO_(2)排放量的影响;建立一定约束条件下喷吹焦炉煤气的操作窗口,讨论其降碳减排能力。研究结果表明,在一定的富氧率、焦比、煤比和风温下,随着焦炉煤气喷吹量的增加,风口理论燃烧温度和炉顶煤气CO_(2)排放量均降低。当风温和煤比一定时,通过提高富氧率可以实现喷吹焦炉煤气高炉的热量补偿。随着焦炉煤气喷吹量的增加,富氧率提高、焦比降低。不喷吹焦炉煤气,钒钛磁铁矿高炉在富氧率为3%、焦比为380.0 kg/t(Fe)、煤比为130 kg/t(Fe)、风温为1200℃操作条件正常运行时,其风口理论燃烧温度为2075℃、炉顶煤气温度最低为120℃;当焦炉煤气喷吹量为55 m^(3)/t(Fe)时,可以维持与不喷吹焦炉煤气时相同的理论燃烧温度和炉顶煤气温度,相应的富氧率为5.63%、焦比为371 kg/t,炉顶CO_(2)排放量为684 kg/t(Fe);与不喷吹焦炉煤气相比,焦比降低9 kg/t(Fe),炉顶煤气CO_(2)排放量降低27.1 kg/t(Fe)。以理论燃烧温度为1900℃、炉顶温度为110℃为约束条件,计算得到钒钛磁铁矿高炉可接受的焦炉煤气喷吹量可提高至185 m3/t(Fe),此时的富氧率为4.9%;与不喷吹焦炉煤气相比,焦比和炉顶煤气CO_(2)排放量分别降低49.7 kg/t(Fe)和103.0 kg/t(Fe),达到了显著的降碳减排效果。

不同反应性焦炭在炉料还原-软熔过程中的作用行为

随着钢铁企业“双碳”目标的提出,明确焦炭在炼铁过程中的作用行为至关重要。同时高炉富氢冶炼技术的推广给高炉内原燃料的反应行为带来了较大的变化,因此,研究在无氢和有氢气氛下不同反应性焦炭在高炉炉料还原-软熔过程中的作用行为对高炉冶炼具有重要意义。模拟高炉实际炉料结构,研究了不同反应性焦炭对矿石还原度和焦炭的气化率及孔隙结构变化的影响,探索焦炭反应性对炉料软熔性能及软熔带透气性的影响,解析不同反应性焦炭与渣铁界面作用行为的变化机理。研究结果表明,焦炭的反应性提高使各温度下矿石还原度和焦炭气化率均提高,各温度下焦炭的表层孔隙率增加,在无氢气氛下孔隙率的增加幅度低于有氢气氛,焦炭内部孔隙结构整体变化幅度较小。焦炭反应性提高后,炉料的软化温度区间减小且向低温区移动,在无氢气氛下熔化温度区间降低,在有氢气氛下熔化温度区间略有增加,焦炭表层碳基体劣化严重且强度降低,料层最大压差增加,透气性劣化,无氢时的影响程度强于有氢时的影响程度。增加焦炭反应性后,在无氢气氛下渣铁分离较好,且炉渣可以与焦炭灰分有效融合,使熔化带向低温区移动;在有氢气氛下,焦炭表层灰分含量较高,且不能及时与炉渣融合更新焦炭表面的活性点位,使熔渣中的浮氏体还原和金属铁渗碳的阻力增加,不利于软熔带透气性能的改善。

生物质能在炼铁领域应用的研究现状及展望

在国家碳达峰和碳中和目标下,炼铁行业在改进生产技术的同时,开发可替代的新型能源以减少一次化石燃料的消耗,是实现其低碳发展的必由之路。生物质能作为一种清洁可再生能源,具有来源广泛、环境友好和碳中性等特点。天然生物质能挥发分含量高、易燃烧,而热解后的生物炭的理化性能与煤粉接近,将生物质能作为燃料和还原剂应用于炼铁生产,可以有效发挥其节能减排作用。在分析生物质能理化性能的基础上,系统阐述了生物质能在制备焦炭、高炉喷吹、烧结、球团工序中应用的研究现状。首先指出,生物质和煤粉的共热解技术是利用生物质混煤炼焦的关键。为了推进生物质焦炭在高炉冶炼中的应用,需要加强生物质焦炭对高炉软熔带透气透液性的影响研究。其次,生物质的热值、燃烧特征温度和燃烧率是影响生物质混煤喷吹效果的主要因素。提出开发生物质协同煤粉造气新技术可以拓宽高炉喷吹用生物质能的选择范围,并可生产优质富氢还原煤气用于高炉喷吹。第三,指出用适量的生物质能替代焦粉或煤粉进行铁矿粉烧结,可以保证烧结矿的质量,并产生显著的减排效果。在制备生物质含碳球团时,需要严格控制生物质的添加量,以获得高金属化率和适宜黏结性指数的球团。在今后的研究中应重点进行生物质的种类和添加量对烧结矿和球团矿质量的影响研究。最后,指出目前生物质能炼焦、高炉喷煤、烧结和球团中的应用还多处于基础研究阶段,建议今后应加快生物质能在炼铁各工序生产中的应用实践,以进一步评估生物质能在炼铁领域的使用效果和应用潜力。