COREX用煤成焦的高温性能研究

通过观察COREX块煤在成焦过程中所形成的不同煤焦的微观结构及形貌，分析了COREX所用两种煤成焦结构及性能的特点.借鉴高炉焦炭反应性及反应后强度的定义，提出以MCRI和MCSR来表示煤焦的反应性及反应后强度，并给出其物理意义.MCRI与MCSR主要是由煤焦显微结构的组成决定的.针对COREX所用的两种煤，对1100℃下不同成焦时间的煤焦反应性及反应后强度与微观结构进行多元线性回归，建立了预测COREX用煤成焦时煤焦热态性能的公式.由此推算了两种煤在600，800及1000℃条件下不同成焦时间的煤焦反应性及反应后强度，与实测值比较吻合.     

冶金反应过程动力学的分段尝试法

冶金反应工程学属于一门独立的学科,需要建立自己的一套研究反应动力学的新方法。为了避免与冶金物理化学的方法和内容的重叠,本文提出分段尝试法可作为研究冶金反应过程动力学的新方法。依据反应过程特点,建立相应动力学模型进行拟合尝试,能够得到该过程控制环节转换时间点以及动力学参数,为冶金模拟提供必要的物性参数。由于在实际冶金反应过程中,化学反应过程和质量传输过程的耦合是客观存在的,化学反应控制时质量传输也发生;同理,质量传输控制时也有化学反应。因此,提出通过引用不可逆过程热力学唯象理论来确定出化学反应和扩散控制的两种通量之间的影响,从而进一步完善分段尝试法。     

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H2,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174.7 kg燃料,氧气消耗量可降低18.8%.     

COREX熔融气化炉内料柱的透液性指数及影响因素

休风时对COREX熔融气化炉进行风口取样,通过对风口试样的检测分析,用压差度的倒数表示炉内气相对料柱透液性的影响,用空隙度和温度强度的乘积表示炉内的渣铁液相对料柱透液性的影响,建立了表征熔融气化炉料柱透液性的公式.对两批风口试样的研究发现,熔融气化炉内不同位置风口试样的透液性指数与相应位置的滞留铁比呈现一致的对应关系.进一步分析了透液性指数的影响因素,发现在炉况不顺时,未反应完全的酸性脉石直接落入炉缸,导致沿风口径向部分位置的渣样熔化温度高于1500℃,影响了渣铁流动性.提出了增加料层厚度、采取合理的造渣制度、控制均匀的煤气流分布等技术措施,为改善熔融气化炉内料柱的透液性提供帮助.     

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%.     

不同气氛下钠对焦炭微观结构侵蚀的影响研究

碱金属对焦炭结构的破坏是导致焦炭劣化的重要因素之一。本文以高炉用普通焦炭和高反应性焦炭为研究对象,将其置于5%的Na气氛下进行吸附实验,然后分别开展N_2和CO_2气氛下焦炭的劣化实验,对实验后试样进行扫描电镜、能谱及X射线衍射分析。结果表明,在N_2气氛下,Na对普通焦炭结构的侵蚀破坏高于高反应性焦炭,高反应焦炭表面及孔隙中吸附一定量的CaO,对焦炭吸附碱金属蒸汽有阻碍作用,从而保护了焦炭基质强度;而在CO_2气氛下,高反应焦炭与CO_2的起始反应温度降低,加剧了焦炭气化溶损反应的进行,Na原子会插入碳层引起微晶多维膨胀,使焦炭微观组织产生破裂,导致高反应性焦炭微观结构的破坏更为严重。     

喷吹煤粉在高炉内有效放热的计算

在当前我国钢铁行业举步维艰的不利形势下,控制钢铁生产过程中消耗的燃料成本已迫在眉睫。本文选取了12种高炉生产过程中实际使用的喷吹煤样,通过分析煤中不同化学组分对煤粉燃烧释放热量的消耗,综合计算了煤粉在高炉内燃烧可释放有效热量,提出了高炉喷吹煤种更为科学合理的评价方式。     

不同比例半焦与烟煤混合后的燃烧性能

高炉喷煤是钢铁企业降低燃料消耗采取的主要技术措施之一,由于半焦固定碳含量高,可部分替代无烟煤进行喷吹。本文选取了SB半焦、SJ半焦与不同比例的SY无烟煤与HY烟煤进行混合燃烧试验。结果表明,HY烟煤的燃烧性能最佳,使用两种半焦代替SY无烟煤后会在一定程度上降低煤粉的燃烧性能。将25%SB半焦添加比例的混煤在不同升温速率下进行燃烧实验,结果显示升温速率对混煤的燃烧性能影响较大,同比条件下升温速率在40℃/min时,煤的各项燃烧特性参数最优。     

外场改性对高炉喷吹煤粉燃烧性能的影响

为了提高高炉喷吹煤粉的燃烧率,研究了微波改性对煤粉燃烧率的影响。研究表明,低功率下微波的改性过程对煤粉组成影响较小,同时煤粉中的各物相在改性过程中较为稳定。无烟煤样品的燃烧率在改性后有所提高,当改性功率为264 W,改性时间为30 s时,改性煤粉的活化能相对原煤降低了8.35%,改性煤粉的燃烧率最高提高了8.99%。     

COREX熔融气化炉Rist操作线的建立和应用

考虑了块煤在熔融气化炉上部挥发分的析出和采用部分氧气燃烧析出挥发分中的焦油和碳氢化合物这一特点,利用改进的Rist操作线原理,建立了熔融气化炉操作线图,直观地体现了不同因素对炼铁过程能耗的影响.讨论了COREX熔融气化炉内上部吹氧燃烧焦油和碳氢化合物后操作线的变化,对比了加入不同块煤和半焦对上部吹氧量、能耗的影响,分析了将块煤中挥发分脱除后以半焦的形式加入炉内,熔融气化炉上部煤气氧化度、温度和煤气量的变化,以及对能耗的影响.