COREX技术发展与关键问题分析

介绍了南非撒尔旦哈、印度金达尔维雅那格钢公司和POSCO钢铁公司COREX设备的操作现状和最新指标,以及正在POSCO开发的FINEX工艺进展状况。对COREX用煤、COREX用焦炭与高炉进行了对比,对COREX炉子长寿技术进行了介绍,对COREX燃耗和焦耗以及铁矿原料的使用这些大家关心的关键问题进行了分析。

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.

关于COREX流程熔融气化炉风口前理论燃烧温度的思考

依据传热学中理论燃烧温度的基本原理,结合相关试验结果,确定了SiO2在风口前的还原率(25%)、进入风口区焦炭及半焦的温度(1650℃)和煤的成焦率(70%)等参数,计算了熔融气化炉风口前理论燃烧温度,并讨论了不同参数对理论燃烧温度的影响。

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.

COREX用煤焦油析出动力学研究

将等温动力学方程应用于COREX用煤焦油析出反应过程中,得出COREX用煤焦油析出反应过程的动力学参数,并进一步得到COREX用煤焦油析出速率常数与温度及其活化能与温度的定量关系式。利用得到的动力学参数计算出的理论焦油产率与试验结果基本吻合。

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.

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。

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.

COREX喷煤模型及应用分析

按照不同的冶金功能把熔化气化炉划分为炉缸、风口、填充床、流化床和自由空间5个区域.在已开发的COREX工艺整体静态模型的基础上,根据各区域内的物理化学进程设定各区域间的边界条件,对各区域分别建立了物料平衡、热平衡模型并联立求解.考察了喷煤时熔化气化炉内各区域的能量分布和物料流状况.利用喷煤区域模型能够研究喷煤对理论燃烧温度、氧分配比、风口煤气量等重要参数的影响,模型计算结果显示,喷吹粉煤量为250kg/tHM时,理论燃烧温度降低672℃.

COREX 3000熔融还原炼铁工艺能量利用特征

COREX熔融还原炼铁工艺采用非炼焦煤直接炼铁,解决了当今焦炭资源短缺的问题,缩短了工艺流程,显著减轻了炼铁工业对环境的污染程度;且能生产出与高炉相媲美的优质铁水,生产过程产生的大量优质煤气可用于生产海绵铁或发电等多级利用,成为当代冶金工业的前沿技术。鉴于此,在物料平衡和热平衡计算的基础上,分析了COREX 3000熔融还原炼铁工艺能量利用的特征,指出其降低能耗的方向。

对COREX竖炉煤气反窜的初步认识

宝钢生产实践表明,煤气反窜频繁是COREX-3000的特有现象之一,曾是困扰COREX竖炉稳定的主要问题之一。分析煤气反窜与竖炉压差、炉料的温度、排料和金属化率之间的关系,结果表明,煤气反窜对上述参数均带来不利影响,易导致竖炉炉况不稳定。探讨了正常生产及竖炉炉况异常时煤气反窜产生的原因,并介绍了竖炉中心加粉、下降管添加冷却介质两种降低煤气反窜危害的措施的原理。采用上述措施并结合操作调整,煤气反窜量由20%降低至5%左右。

COREX竖炉炉料黏结的机理研究和影响因素分析

竖炉内炉料黏结是COREX炼铁工艺中的一个重大难题,国内外COREX生产操作都表明预还原竖炉内部的炉料容易黏结成块或黏结在竖炉的炉墙上,累积到一定程度后,会引起竖炉悬料,影响COREX还原煤气的利用和预还原竖炉的顺行,严重时甚至堵塞竖炉,使还原煤气难以接受或无法排料而被迫清空竖炉。在竖炉清空期间,对竖炉内黏结物进行了取样和分布情况调查,借助于化学成分检测、SEM和XRD等手段,分析了竖炉内黏结物形成的机理。在上述分析的基础上,通过实验室的试验研究考察了竖炉内炉料黏结的影响因素,结果表明,温度、金属化率、挤压时间、煤气成分等是黏结的主要影响因素。

利用温度梯度分析COREX熔化气化炉内区域

建立了COREX熔化气化炉热态模型;利用石蜡模拟矿石,玉米颗粒模拟焦炭,通过温度传感器对炉内气相温度进行了测定.对测得的模型内温度信息进行处理,可以获得模型内温度梯度.对熔化气化炉在高度方向的温度梯度进行分析,可大致区分炉内填充床、软熔区域、半焦床以及风口回旋区的范围.该研究方法可以比较客观地描述COREX熔化气化炉内部的各区域,以便在进一步研究中分析操作条件变化对炉内各个区域的影响.

COREX炼铁煤气生产热压块流程的模拟分析

COREX熔融还原炼铁工艺采用非炼焦煤直接炼铁,缩短了工艺流程,减轻了炼铁工业对环境的污染,生产过程产生的大量优质煤气可以用于生产热压块。1套COREX C2000装置输出的煤气量和1座年产0.8 Mt的直接还原设备所需要的还原煤气量大致相当。对利用COREX炼铁煤气生产热压块的工艺能量利用进行了分析,指出了竖炉还原过程中的适宜条件和影响因素。

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.

COREX竖炉内部结构对物料运动影响的物理模拟

建立COREX竖炉三维半周冷态模型,物理模拟炉内结构对物料运动的影响,考察不同操作条件下AGD梁及导流锥对物料运动流型的改变。模拟结果显示：无AGD梁COREX竖炉内物料运动流型呈现‘一’→‘U’→‘W’的演变过程,而AGD竖炉则在围管区域经历波浪型及初始‘W’流型,AGD梁影响围管区域物料的均匀下降。非工况单侧停机条件下,AGD竖炉内物料活跃区面积减小,死料区面积增大,易引起炉内无滑移物料的接触挤压时间变长,导致炉料的黏结结块,造成炉况的进一步恶化。非对称排料（7.29～14.6 r/min）时,无AGD竖炉上方物料均匀下降,而AGD竖炉内一侧物料运动行为相对独立于另一侧。竖炉下部导流锥有利于促进竖炉上部物料均匀下降和竖炉下部的顺滑排料。

COREX气化炉回旋区塌料现象及其影响初探

为了研究COREX-C3000气化炉,开发了COREX工艺静态模型和实验系统.COREX工艺静态模型是建立在物料平衡和热量平衡基础上的,根据生产现场工艺操作参数设定输入参数,计算结果用于物理实验参数的设定.COREX物理实验系统是建立在相似原理基础上的,模型设有插入式热电偶和观察面板,可获得模型内部信息.实验发现,随着排料速度、石蜡颗粒和玉米颗粒体积比、风温和风量等实验参数增大,风口回旋区越容易发生塌料现象,并初步分析风口回旋区内塌料的影响.

COREX熔融还原工艺的发展状况

COREX是目前技术上成熟并已成功获得工业应用的惟一一种熔融还原工艺.介绍并评述了当今世界COREX工艺的应用和发展状况,以及在此基础上发展起来的FINEX工艺的进步与存在的问题.同时,简要介绍了宝钢罗泾COREX 3000概况及其在技术上的主要改进,以促进我国熔融还原技术的发展.

宝钢COREX-3000运行现状及发展前景

宝钢COREX-3000投产以来经历了认识、探索及改进三个阶段,在降低风口破损、提高金属化率、提高块矿比、稳定铁水质量、减少下降管堵塞、降低发生煤气管堵塞及降低燃料消耗等方面取得明显成效,炉况日趋稳定,生产过程受控,基本掌握COREX-3000的运行控制技术,为提高作业率,降低铁水成本打下坚实基础。COREX-3000需要在原燃料改善、优化配煤配矿结构、提升操作水平、煤气综合利用及保持高作业率等方面,不断改进,系统思考,实现COREX与高炉优势互补,充分发挥整体效能,是持续提高COREX竞争力的有效途径。

COREX用碱性球团制备及其预还原性能

研究了熔剂类型、碱度及原料铁品位对COREX用碱性球团预还原性能的影响。结果表明:生石灰能提高生球性能,铁品位对生球性能影响小。在基准热工制度下,碱度升高至0.8时,石灰石作熔剂的碱性球团抗压强度降低至2 812 N/个,生石灰作熔剂的碱性球团的抗压强度升高至3 227 N/个;铁品位提高时,焙烧球抗压强度出现小幅升高。在预还原条件下,随着碱度升高,石灰石作熔剂的碱性球团RI升高,SI_2下降,RDI_(+3.15 mm)、RSI变化不大;生石灰作熔剂的碱性球团RSI、RI均有升高,RDI_(+3.15 mm)下降,SI_2较大;提高精矿铁品位能改善石灰石作熔剂碱性球团的预还原性能。其中以精矿b为原料、石灰石作熔剂、碱度0.8的球团,其预还原后的RDI_(+3.15 mm)>96.90%,RSI<4.62%,RI>93.15%,SI_2<4.23%,是一种优质的COREX用碱性球团。