MgO和矿焦混装对烧结矿熔滴性能的影响

以不同质量分数的MgO烧结矿为原料,考察了MgO质量分数以及矿焦混装对熔化温度、熔化区间以及最大压差的影响,并对熔化温度的变化进行了理论分析.研究表明:当烧结矿中MgO质量分数由1.3%增加至2.0%时,熔化开始温度基本不变,熔化终了温度升高,熔化区间(t_○D-t_○S)由156℃增加到207℃,最大压差Δp_○max由10kPa增加到11kPa;当w(MgO)=2.0%,且烧结矿与矿焦混装时,熔化开始温度由1312℃增加到1324℃,熔化终了温度由1519℃降低到1480℃,熔化区间t_○D-t_○S由207℃降低到156℃,最大压差Δp_○max由11kPa降低到7kPa,故使用矿焦混装可改善高炉熔滴性能.     

氧气高炉条件下含铁炉料的程序还原行为实验研究

采用高炉多区域约束数学模型对典型氧气高炉流程进行模拟计算,确定了其在不同位置处的煤气成分,并结合传统高炉的升温制度,采用程序还原实验装置对含铁炉料在氧气高炉和传统高炉中的还原历程进行研究。结果表明,氧气高炉条件下,烧结矿和球团矿的还原开始温度较传统高炉分别降低60℃和150℃;当温度达到1 100℃时,氧气高炉条件下,烧结矿和球团矿的还原度(RI)基本均达到100%,而传统高炉下其还原度(1 RI)分别为94%和83.1%。另外,经对反应后炉料的化学分析得出,氧气高炉条件下烧结矿和球团矿中的含碳量分别约为传统高炉条件下的10倍和2.5倍。     

氢气对高炉炉料低温还原粉化的影响

为了研究高炉喷吹煤气后煤气成分对高炉低温区炉料粉化性质的影响,对炉料低温还原粉化与煤气成分和还原温度的关系进行了研究。研究结果表明:还原温度是影响炉料低温还原粉化的主要因素,在500℃时粉化最为严重;在500~900℃,炉料粉化率随温度升高而降低;在900℃时炉料的低温还原粉化基本结束。相同温度条件下,炉料的低温还原粉化率随煤气中H2含量的增加而增加,随CO2含量的增加而减少;烧结矿的低温还原粉化率较大,球团矿和块矿较小。     

氢气对高炉炉料低温还原粉化的影响

为了研究高炉喷吹煤气后煤气成分对高炉低温区炉料粉化性质的影响,对炉料低温还原粉化与煤气成分和还原温度的关系进行了研究.研究结果表明:还原温度是影响炉料低温还原粉化的主要因素,在500℃时粉化最为严重;在500～900℃,炉料粉化率随温度升高而降低;在900℃时炉料的低温还原粉化基本结束.相同温度条件下,炉料的低温还原粉化率随煤气中H2含量的增加而增加,随CO2含量的增加而减少;烧结矿的低温还原粉化率较大,球团矿和块矿较小.     

基于氧气高炉的烧结矿还原动力学分析

采用热天平减重法在氧气高炉气氛下进行烧结矿的还原实验,考察还原度RI和还原速率RI′的变化情况,并进行烧结矿还原动力学分析。结果表明：在氧气高炉气氛900 ℃下还原时,烧结矿的还原度RI高达98.2%;还原终了时间随还原温度的提高而缩短,由900 ℃时的117 min缩短到1 100 ℃时的63 min;氧气高炉气氛下,烧结矿还原的开始阶段由界面化学反应控速,还原约20 min后转变为由界面化学反应和内扩散混合控速;氧气高炉气氛900～1100 ℃时,烧结矿还原反应开始阶段的表观活化能为38.30 kJ/mol。     

分流制粒强化巴西某镜铁矿的烧结性能

对分流制粒强化镜铁矿烧结工艺及成品烧结矿冶化性能和矿相进行研究。研究结果表明:在焦粉用量4.2%(质量分数),混合料水分8.5%,分流制粒时间6 min,混合制粒时间3 min,精矿分流碱度1.64的条件下,烧结矿产量为1.71 t/(m2·h),转鼓强度为63.80%,固体燃耗为65.24 kg/t。与常规烧结相比,产量提高18.8%,转鼓强度提高10.7%,而燃耗降低14.7%,显著地改善了烧结矿产质量。分流制粒工艺所得成品烧结矿还原度和还原粉化率分别为82.39%和70.15%,均能满足高炉冶炼需求。与常规烧结相比,镜铁矿分流制粒工艺烧结矿中形成更多的复合铁酸钙,其发育良好,并与磁铁矿、赤铁矿结晶互连;中孔厚壁结构增多,从而提高了烧结矿的强度。     

全钒钛矿高炉冶炼合理炉料结构的探讨

在模拟高炉冶炼过程的条件下,研究了各种类型钒钛铁矿石(烧结矿、球团矿、块矿)的低温、高温还原和熔滴性能,特别是钒钛烧结矿碱度与高温冶金性能的关系及其对低、高温区域还原过程和钛还原行为的影响。在此基础上确认了全钒钛铁矿石高炉冶炼的合理炉料结构是高碱度烧结矿加酸性氧化球团矿。但在攀钢现有工艺和设备条件下,首要的是提高烧结矿的碱度。     

不同碱度和Al2O3质量分数烧结矿还原行为的研究

以不同碱度和Al2O3质量分数的烧结矿样品为研究对象,研究不同还原温度和还原时间时烧结矿的还原率和还原后烧结矿微观结构.结果表明,烧结矿碱度由1.8增加至2.4,还原率总体呈现增大的趋势,但在碱度大于2.0和恒温2 h条件下,还原率略微降低;随着Al2O3质量分数由1％增加至4％,烧结矿的还原率呈现先增大后降低的趋势,当Al2O3质量分数为2％时,烧结矿还原率最高;在1000℃和1100℃时,还原后的烧结矿呈现出金属铁包裹浮氏体的结构,在1200℃时,由于渣相的流动改变了包裹状态,并产生了大量孔洞,改善了烧结矿的还原性能.     

全氧条件下高炉高温热化学反应与能质传递协同原理

高炉作为目前主要的炼铁工艺,经过上百年的发展,其碳耗已接近该工艺的理论最低值,很难再有大的突破。氧气高炉作为一种新型炼铁工艺,其可行性以及在节碳减排方面的突出优势已经在理论上和试验性高炉上得到了证实。该工艺由于采用全氧鼓风代替传统的热风操作,同时将炉顶煤气脱除CO2后循环回高炉,使得炉内煤气中的CO和H2含量大幅增加,从而导致炉内炉料的冶金性能也发生了变化。为了推进氧气高炉工艺的工业化应用,对氧气高炉炼铁工艺进行了系统的研究。该研究建立了一种氧气高炉综合数学模型,对不同氧气高炉工艺流程进行模拟计算,并采用多种评价指标对氧气高炉炼铁工艺进行综合评价,确定适宜的氧气高炉工艺流程,为研究开发氧气高炉炼铁工艺提供理论基础。以氧气高炉数学模型为基础,在不同气氛下分别进行烧结矿、球团矿和块矿的低温还原粉化实验,分析氧气高炉气氛下含铁炉料的低温还原粉化特性。利用高温还原熔滴实验装置,进行不同操作条件下(传统高炉和氧气高炉)含铁炉料的高温软熔特性实验研究,讨论氧气高炉气氛与传统高炉气氛下炉料软熔特性的差异,初步探索氧气高炉软熔带的形成及分布规律。采用程序还原及软熔实验装置,通过设定升温制度及分段改变煤气成分来模拟烧结矿、球团矿及其混合矿在氧气高炉与传统高炉中的还原及软熔行为,对炉料在氧气高炉工艺条件下的还原及软熔性质演变规律作出分析判断。以氧气高炉数学模型为基础,采用自制的单颗粒还原实验装置对球团矿在H2、CO以及两者的混合气氛中的还原行为及其交互作用进行了研究;采用颗粒模型与三界面未反应核模型相结合的方法对球团矿在CO/CO2/H2/H2O/N2混合气氛下的还原行为进行数值模拟研究;用单颗粒焦炭溶损实验装置,分别对H2O、CO2以及两者的混合气氛中的焦炭的溶损行为及其交互作用进行了研究。通过利用仿真模拟系统建立了氧气高炉的数学模型对氧气高炉的内部运行状况进行了深入研究,分别采用粘性流方法和离散元方法对炉料下降运动进行数值模拟研究;建立了高炉风口回旋区的二维数学模型,对氧气高炉中气体的流动、煤粉颗粒的运动、气体的传热(气体间的传热和气体与颗粒间的传热等)、颗粒的传热(颗粒之间的传热及与气体间的传热等)、燃烧(煤粉和焦炭的燃烧)等过程进行了深入研究;通过建立一维和二维的气固换热与反应动力模型,对氧气高炉内部的温度分布、压力分布以及不同相之间的换热情况进行了深入了解。     

富氧喷吹煤气新工艺条件下的高炉操作线

为了描绘出高炉喷吹煤气后原料和操作因素变化对炼铁过程能耗的影响,根据Rist操作线的基本思路,建立了喷吹煤气新工艺条件下高炉的操作线图.结果表明由于还原煤气的氧化度出现变化,在操作线预还原和终还原的连接处出现了煤气氧化度的平移,但煤气的改变不会影响铁氧比的变化;与纯焦冶炼相比,W点右移了0.04     

现代高炉合理使用天然块矿的基础研究

由于对天然块矿的冶金性能认识不够全面和深入,影响了现代高炉使用块矿技术的发展.通过分析和实验,考察了世界主要产地的块矿的各种冶金性能.结果表明:天然块矿除自身软熔特性较差外,其他冶金性能均能满足现代高炉冶炼的要求;在高炉高温区块矿会与烧结矿发生交互反应,能够明显改善块矿自身的软熔特性,且可利用这一交互反应性优化块矿搭配模式.     

钒钛球团矿取代钒钛块矿进行护炉的工艺研究

采用氧化焙烧的钒钛球团矿取代钒钛块矿进行护炉,由于TFe,TiO2含量的提高,减少了渣量,故其还原性、软熔性能等冶金性能优于钒钛块矿.将其运用于高炉生产,结果表明,生铁中的钛含量明显高于使用钒钛块矿时的水平,炉缸部位两段冷却壁的进出水温差测量值呈降低趋势,综合焦比略有降低.     

含铁炉料在高炉各区的冶炼特性

为了掌握不同含铁炉料在高炉冶炼过程的行为特性以及炉料之间的相互反应性,通过模拟高炉各区的温度和气氛条件,系统研究不同含铁炉料(烧结矿、球团矿和块矿)及综合炉料的冶炼特性,分析综合炉料冶金性能与单一炉料冶炼特性的关系.研究结果表明:烧结矿的低温还原粉化性能较差,球团矿较好,粒径大于3.15 mm的球团矿还原指数达到92%以上;烧结矿的还原性较好,还原度都在80%以上,球团矿的还原性次之,块矿的还原性较差;综合含铁炉料的还原性和低温还原粉化性能存在叠加性,综合炉料的高温软熔性能不存在叠加性;高炉炉料结构的合理性由含铁炉料的自身性能和炉料间反应性决定.     

焦炭强度在高炉内的变化规律

使用一台连续性高炉块状带热模型对焦炭在高炉中上部的失碳率与温度的对应关系进行了模拟研究。使用一台可调气氛高温抗压试验机研究了焦炭强度与温度和失碳率的关系。讨论了实际条件下焦炭失碳率及其强度在高炉内的变化规律。     

高炉焦比目标优化模型应用及结果分析

介绍了目标高炉应用焦比优化模型在线运行的环境,通过模型在线运行,得到了有关参数的优化结果,将优化民实际生产参数比较,结果是目标高炉降低烧结矿在熟料中的比例,提高球团矿比例,同时提高风温和富氧率,在煤粉喷吹量达186kg/t的基础上,可望将焦比降低到300kg／t左右水平。     

COREX流程的Rist操作线模型及应用分析

借鉴高炉的Rist(里斯特)操作线原理，建立了COREX流程冶炼过程中的物料平衡和热平衡方程.高挥发分的块煤作为其主要燃料，入炉裂解会产生大量H2，因此必须考虑其对上部竖炉和下部熔融气化炉Rist操作线的影响.通过热力学计算，将上、下部操作线模型有机结合起来，建立COREX全流程的Rist操作线数学模型.提出了降低COREX燃料消耗的措施，如提高金属化率、改变入炉燃料结构等.模型计算结果显示，COREX炉在使用低质焦炭代替块煤后，理论上可以节约1747kg燃料，氧气消耗量可降低188%.     

环布碎焦法的实验研究

三维动态热模型实验结果表明，在高炉边缘布加碎焦可使煤气流偏离炉墙，由此起到隔作用，使炉衬侵蚀减缓并由此消除炉墙粘结，故环布碎焦法有利高炉长寿。     

典型钢铁企业物能消耗与烟粉尘排放分析

以典型钢铁生产企业为研究对象,基于企业实际生产数据,采用物质流分析法(MFA),构建物质代谢模型.建立了能源、资源利用和污染物排放分析指标,定量描述了钢铁企业的资源能源消耗及烟粉尘排放情况.结果表明:企业层面,高炉-转炉长流程吨钢总资源消耗量为208.6 t,燃料能消耗量占能源消耗总量的93.9%,吨钢烟粉尘排放量为648.08 g,烧结和炼铁工序贡献最大,分别占总排放量的45%和36%.电炉短流程总资源消耗量为1.31 t,电能消耗量占能源消耗总量的96.7%,吨钢烟粉尘排放量67 g.工序层面,烧结、炼焦和炼铁三个主排放工序的排放量分别为222.50 g/t烧结矿、118.20 g/t焦、245.27 g/t铁.据此,提出企业节能减排和产业结构调整的方向性建议,以减少环境压力,实现钢铁企业的可持续发展.     

高炉布料过程中焦炭坍塌现象的模型研究

为了精确预测高炉炉料分布，开发了高炉布料数学模型。运用土力学边坡稳定理论，定量表示了焦炭向高炉中心的坍塌量。模拟结果与实测结果比较符合，证明此模型是适用的。结果表明，由于坍塌焦炭的积累，阻碍了矿石滚向高炉中心，明显改变了高炉边缘到中心的矿焦比。焦炭层的坍塌程度受布料模式、焦炭层的料面形状、矿石种类及配比、矿石批重和煤气流速等因素的影响，因此随着炉况的变化，焦炭层的坍塌状况也随之发生变化。