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。     

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.     

球团矿添加镁质添加剂的研究

为改善酸性球团矿冶金性能差的问题,通过配加镁质添加剂,提高球团矿MgO含量,可以提高球团矿的冶金性能.结果表明:配加添加剂后,球团矿还原膨胀提高了4.89％,温度区间变窄16℃,软化性能得到了明显改善,高炉日平均产量增加85.5 t.     

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。     

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。     

凌钢竖炉含MgO自熔性球团矿冶金性能的正交试验研究

本文阐述了凌钢竖炉含MgO自熔性球团矿冶金性能的正交试验,试验表明(1)自熔性球团矿与酸性球团矿比较,还原能性和软融滴落性能有了明显地改善,其它性能满足高炉冶炼要求。(2)自熔性球团矿中加入MgO可以改善其还原料化,高温还原和软融性能。凌钢竖炉生产碱度(CuO+MgO/SiO_2)1.2—1.5、MgO％=2.0～2.5的球团矿,焙烧温度为1225～1250℃, 配料:桓仁磁铁精矿≯20％,球团矿返矿10～15％。     

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.     

富氧率对钒钛磁铁矿球团还原行为的影响

模拟研究了不同富氧率条件下钛磁铁矿氧化球团的还原过程.通过扫描电镜观察钒钛磁铁矿球团还原过程中的微观结构变化,结合能谱仪研究分析了还原过程中产物的分布变化.结果表明,富氧率的提高对还原度和还原速率提高有明显促进作用.还原过程中钛铁分离伴随着Al元素向高钛矿中迁移富集,最终Al与Ti原子数比为1∶3,Al很可能与钛铁氧化物固溶,形成某种复合化合物并导致球团矿还原难度增加.运用三种不同模型对球团矿还原过程对比分析,发现混合模型可以很好地表征球团矿不同阶段的还原过程.利用混合模型计算得出球团矿还原过程的动力学参数.结果表明,随着富氧率的升高,球团矿还原活化能逐渐降低,从不富氧到富氧79%条件下,活化能由26.5 k J/mol降低到19.68 k J/mol,活化能的降低增加了相同条件下活化分子的数量,提高了反应速率,有利于球团矿在较低还原温度条件下快速反应.     

MgO对铁矿球团矿还原后强度的影响

在实验室条件下,研究了Mg O对铁矿球团还原后强度的影响.结果表明:当Mg O质熔剂质量分数由0增加至2.0%时,铁矿球团矿还原后强度得到提升;经还原后,铁矿球团矿的孔径和孔隙度都相应增大,但相比普通球团矿(Mg O质熔剂质量分数为0),含Mg O球团矿(Mg O质熔剂质量分数为2.0%)还原前、后孔径及孔隙度变化幅度相对较小,孔径分布相对集中;还原膨胀是决定铁矿球团矿还原后强度的主要因素;还原膨胀率越低,铁矿球团还原后的强度相对越大.     

鞍山钢铁公司应用部份球团矿的效果及全用球团矿降低焦比的可能性

鞍山钢铁公司1958年改造原有的团矿厂的隧道窖为球团矿焙烧炉后,产量增加了6倍左右。虽则球团矿的碱度不高,但使用一部分球团矿替代内熔性结矿后,高炉产量增加,焦比降低,效果优良;认为可以进一步增加球团矿的使用量和增高球团矿的碱度,来使高炉产量进一步提高而焦比进一步降低。     

100％球团矿高炉布料规律的实验研究

用冷态三维180°扇型1/2.5高炉上部布料模型研究了高炉冶炼100％球团矿的布料规律,并在100米~3高炉进行工业性试验,结果证明,两者规律是一致的。     

小高炉钒钛球团矿冶炼取得良好效果

中南矿冶学院炼铁专业师生在浙江武义钢铁厂9.5M3高炉上,进行钒钛球团矿冶炼试验,厂校共同努力,使试验取得成功。高炉用燃料为50%的土焦或外来焦。50%的冷压焦化白煤球。原料为钒钛铁砂球团矿,其含铁品位45%左右。先后进行了两次工业性试验,试验期风温650-850℃左右。试验获得成功。与全部用焦炭冶炼的同类型高炉相比,冶炼指标较为先进,最高利用系数达3.0,而同类型高炉普通矿冶炼为2.0;焦比在1.0以下;试验期的     

锌对球团矿还原反应的影响

利用浸泡法制得富锌球团矿,测定不同温度下球团矿和富锌球团矿还原失重量随时间变化,建立了球团矿气-固反应的未反应核模型,研究了锌对球团矿还原动力学的影响。结果表明,本实验中,球团矿还原反应控速环节为界面化学反应;球团矿和富锌球团矿的化学反应活化能分别为54.34、54.38 kJ/mol,表明富锌对球团矿还原的阻碍作用十分有限;锌对球团矿还原的影响主要表现在：(1)表面形成的ZnO壳阻碍球团矿还原,(2)内部锌蒸气发生循环反应起到催化作用。当温度较低(900℃)时,表面富集的ZnO壳影响大,阻碍球团矿的还原;温度在950～1000℃,锌蒸气催化作用显著,削弱或抵消了ZnO壳的阻碍作用;随着温度继续升高,由于锌蒸气还原FeO反应是放热反应,锌蒸气催化作用降低甚至可忽略不计。     

熔融还原预还原球团矿熔化速度的研究

应用逐步逼近,快速冷却的方法确定熔化终点,从而较为准确地测定了铁浴式熔融还原预还原球团矿的熔化速度;用正交实验研究了各因素对球团矿熔化的影响程度,通过单因素实验主要因素对球团矿熔化速度的影响。阐述了球团熔化的表观活化能的概念,定量地计算了球团矿熔化的表观活化能。     

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。     

MHA黏结剂在钒钛磁铁矿氧化球团制备中的应用

应用已发明的MHA黏结剂替代膨润土制备钒钛磁铁矿氧化球团,获得质量优良的高炉冶炼原料。研究表明:当MHA用量为0.25%,在预热温度950℃,预热时间10 min,焙烧温度1 250℃,焙烧时间10 min的条件下,获得的预热球团抗压强度为522 N/个,焙烧球团抗压强度为3 702 N/个。与2.0%膨润土球团矿比较,MHA成品球团的抗压强度略低,而TFe品位明显提高1.11%。2种黏结剂球团矿的还原性能指标接近。MHA球团黏结剂在氧化球团矿生产中具有良好的应用前景。     

球团矿还原的动力学模型分析

基于还原炉控温还原实验,通过分析CO和H2还原球团矿过程中的反应速率模型,提出两种气体混合后还原球团矿的反应动力学模型,得到还原过程中阻力和反应速率随温度及还原度的变化规律,得出结论:CO还原球团矿时,内扩散阻力所占比例随着温度及还原度增加而变大;H2还原球团矿时,内扩散属于速率控制环节;混合气还原球团矿时,反应速率随温度升高而增大,温度低于500℃时,CO浓度增加,反应速率降低,而温度超过500℃后,反应速率则随着CO浓度的增加而增大;混合气反应速率模型的计算值与实验结果一致。     

包钢球团矿还原膨胀机理的探讨——改善包钢球团矿质量实验研究之四

本文介绍了各种包头球团矿还原膨胀率的测定结果,研究了球团矿产生异常膨胀的条件,并通过微观检验(扫描电镜、及x-衍射等)探讨了球团矿在还原期间产生异常膨胀的机理。其结果表明;球团矿的异常膨胀是发生在由浮士体到金属铁的转变阶段并与金属铁出现树枝状或纤维状长大有关。作者认为,抑制球团矿产生异常膨胀的重要途径是降低球团矿的碱含量,增加球团矿渣相粘结的数量,提高球团矿中MgO的含量及减少球团矿内部的微孔。     

铁精矿冷固球团矿在工业性回转窑内的还原行为

研究了铁精矿冷固球团矿在工业性回转窑内的还原行为。研究结果表明：由于复合粘结剂集粘结、催化和还原诸功能于一体，使冷固球团矿按均质反应模型还原；铁氧化物催化作用及粘结剂的热致聚合效应，使还原反应前期固体桥键得到强化，在还原反应中期粘结剂促进金属桥键形成和长大，从而使冷固球团矿具有良好的还原性及还原过程中具有足够的机械强度，消除了低温还原粉化，是一种优质的直接还原炉料。     

熔融还原法用球团矿、精矿粉或矿煤球团为原料时的分析对比

水文从理论上计算、分析和比较了熔融还原炼铁法用球团矿、精矿粉和矿煤球团作原料时的优缺点,可供选捍熔融还原炼铁法研究方案时参考。