高炉内兰炭与焦炭之间的交互作用

通过热重分析实验和模拟氧气高炉中炉料反应行为,探究兰炭和焦炭的反应性,以及兰炭和焦炭之间的交互作用.热重实验结果表明,兰炭反应性优于焦炭,兰炭在加热过程中出现2个DTG峰值,第1个峰值是由于兰炭的二次热解,第2个是由于热解和气化耦合反应.在加热到800 ℃之后,兰炭和焦炭之间存在交互作用,并且随着升温速率的增加,交互作用增强.在高炉炉况下,兰炭的加入能够减少焦炭的反应和焦炭粉化程度,降低CO₂和H₂O气体对焦炭气孔壁的侵蚀作用,降低大孔的生成,从而对焦炭起到保护作用.      

兰炭替代部分焦炭对焦炭层透液性的影响

为探究高反应性兰炭替代部分焦炭加入高炉的可行性,文章通过对气化后的焦炭和兰炭进行冷、热态透液性试验,获得液体在焦床中的流动速度、滴落量及滞留量.结果表明,在高炉上部气化阶段,高反应性兰炭对焦炭有一定的保护作用.在冷态滴落实验中,小粒径燃料条件下,随着兰炭比例的增加,液体滴落速度变缓,滴落量降低16.8％.当兰炭粒度增加...     

改质煤、兰炭和木炭作为高炉喷吹用燃料的基础特征

概述了改质煤、兰炭和木炭的工业分析、元素分析、着火点、爆炸性、输送性能、灰熔融特性、可磨性、热值、燃烧性和反应性。与五种传统高炉喷吹燃料的基础特性进行比较,结果表明,改质煤、兰炭和木炭具有一定的高炉喷吹燃料特征,研究结果可望拓宽高炉喷吹燃料范围。     

兰炭用作高炉喷吹燃料的试验分析

为了研究兰炭用作某钢铁企业高炉喷吹燃料的可行性,对兰炭和高炉喷吹煤的可磨性、爆炸性、燃烧性、反应性等进行试验。结果表明,兰炭工业分析指标整体上接近无烟煤,满足高炉喷吹用煤指标要求。与无烟煤相比,兰炭灰分略高、硫分较低、发热值略低、挥发分较高;兰炭可磨性低于无烟煤,应与可磨性较好的无烟煤B、无烟煤C和无烟煤F搭配喷吹;兰炭属无爆炸性煤质,喷吹无安全隐患;兰炭燃烧性能低于无烟煤,但用兰炭替代无烟煤E不会影响高炉喷吹效果;兰炭反应性优于无烟煤,对喷吹燃料的整体反应性有提升作用,有利于保护焦炭。兰炭合理喷吹配比应控制在20%以内。     

新兴铸管3号高炉喷吹兰炭工业试验

为探索高炉喷吹兰炭的可行性,在新兴铸管3号高炉进行了喷吹兰炭混合煤粉的工业试验。实验室性能测试结果表明,兰炭的高位发热量低于潞安无烟煤,燃烧率高于潞安无烟煤,且对CO_2的反应性指数远高于潞安无烟煤,满足高炉喷吹工艺的要求。工业试验结果表明:(1)喷吹兰炭和潞安混合煤粉,有利于高炉顺行,高炉利用系数有所提高,炼铁成本有所降低。(2)当混合煤中兰炭比例为10%时,燃料成本降低1.43元/t;比例增加到20%时,燃料成本降低1.92元/t。     

炼铁过程使用木炭和生物质以及废塑料减少CO2的排放

根据实验室研究,提出了两种可应用于钢铁行业降低CO2排放的方法:利用可再生的生物质或木炭以及利用可回收的含氢废旧塑料。该方法可通过以下两个途径实现:①风口喷吹;②混入入炉炉料,例如:通过混入炼焦煤而进入焦炭,在生产用于高炉或直接还原的球团原料中添加含碳原料和塑料。为考察现代高炉风口喷吹木炭的益处,重点研究了木炭在风口回旋区的气化行为和在风口回旋区外的二次反应。采用实验室装置及其相应的检测设备,研究了几种木头在不同炭化条件下所得到的木炭的转化效率。研究结果表明,对于风口喷吹,所测试木炭的燃烧行为都不逊于矿物质煤;在模拟的高炉炉身条件下,木炭的熔损反应速率高于试验所用的矿物质煤。使用塔姆曼炉试验装置及检测仪研究了可用于直接还原和高炉的冷固结含碳、废塑料和木炭球团的还原和体积变化行为。使用该种球团可抑制和减小还原膨胀,甚至出现体积收缩。球团的自还原行为受还原气的量、气氛和操作条件的影响。采用电阻炉进一步研究了固结废塑料(聚乙烯和垃圾衍生燃料)的氧化铁的还原行为。     

高炉喷吹生物炭研究进展

高炉喷煤可以降低焦比,但同时加剧温室效应和环境污染.近年来人们开始探索可以替代煤粉的新型燃料,如生物炭、兰炭、城市有机废物等,其中生物质因其来源丰富、环境友好而受到广泛关注.生物炭中的碳含量与煤相近,具备替代煤粉用于高炉喷吹的基本条件.对高炉喷煤技术、生物炭的制备和高炉喷吹生物炭的国内外现状进行了论述,并将生物炭的理化...     

高炉喷吹煤的气化产物新技术

降低焦比是降低铁水生产成本的最有效方法.按测算,高炉最低焦比可降至180～200kg/t.要达到这样的焦比,可以采用两种方法:在喷氧量为210～280kg/t情况下,喷煤量应达到300～400kg/t;喷吹脱CO2后经预热的高炉煤气和纯氧.钢铁联合企业煤气平衡的波动和高喷煤比时高炉回旋区的气化问题是这两种技术的主要制约因素.高炉喷吹煤的气化产物可以有效解决上述问题.该技术与传统喷煤工艺相比,能够提高喷吹比、降低焦比;可使用低级煤;不用把煤磨成细粉;在煤气化过程中可以进行脱硫处理;煤灰可以在该过程中去除掉.开发了一种安装在高炉风口处的煤的特殊气化装置,在乌克兰扎波罗热(Zaporozgstal)钢铁公司的高炉上进行了工业试验,计划喷吹305kg/t煤的气化物和105kg/t的氧气,预计可以将焦比从565kg/t降至305kg/t(如果炉料组成较好,焦比可进一步降至180～200kg/t),高炉利用系数提高50%,铁水生产成本降低10%,向大气放散的气体量将随焦比的下降而成比例地减少.该技术投资比传统喷煤系统低得多,投资回收期在一年以内.     

钢渣对炼焦煤成焦后气化反应行为的影响

高反应性焦炭可降低高炉热储备区温度,提高高炉冶炼效率.钢渣中有大量的钙和铁,是理想的焦炭气化反应催化剂.在制备高反应性焦炭的过程中,钢渣在配合煤中的粒度和添加量会影响焦炭的反应性和反应后强度.本文从宏观动力学角度研究了钢渣对焦炭反应性和反应后强度影响的原因.细焦粉和粒度为3~6 mm的焦炭分别与CO2在950,1 100和1 250℃进行了气化反应.通过细焦粉的气化曲线确定了焦炭在各温度的本征初始气化速率(r0),通过粒焦炭的气化曲线确定了受内扩散影响的焦炭表观气化反应速率(rD).对反应效率因子(ηef)和西勒模数()的分析表明,焦炭基质反应性和气孔结构两者共同决定了焦炭反应性和反应后强度.     

喷吹煤造气炉工艺参数的研究

为了使高炉生产更加高效、节能环保,提出了高炉喷煤新工艺,将造气炉内煤气化生产富氢煤气代替高炉喷煤。采用二硅化钼高温炉对不同工艺参数(温度、时间、压力、气化剂流量)下煤的气化进行实验,用红外线气体分析仪分析产出煤气的气体成分。结果表明:随着温度的增加,煤气中CO含量升高,H_2含量逐渐降低,还原气体组分(CO+H_2)含量增加的速率逐渐变缓;煤气中的还原气体组分含量随着反应时间的增加先增加后减少;随着压力的增加,煤气中CO和H_2的含量先增加,继续加压,煤气中的CO含量逐渐平稳且有下降的趋势,H_2含量的上升逐渐变缓,煤气中的还原气体组分含量升高的速率逐渐变慢;随着气化剂流量的增加,煤气中还原气体组分含量先升高后降低,H_2和CO含量均呈现先升高后降低的趋势。当反应温度为1000℃,反应时间为5min,气化剂流量为10L/min,煤气出口压力为0. 5kPa时,造气炉最佳煤气产出成分CO和H_2分别为49. 05%和18. 75%。     

炼铁系统低碳技术发展前景与途径

 现代高炉炼铁是以人造矿石和焦炭为物质基础的。现代高炉实现绿色低碳炼铁,需要从炼铁工序的层次优化工艺流程和关键技术,实现烧结、球团、高炉等多工序的协同优化。面向未来,在提高资源和能源利用效率的同时,基于现有技术推进采用低碳节能技术和先进工艺。对于烧结、高炉等传统工艺技术,要进一步研究并应用先进技术,提高生产效能、降低能源消耗和碳排放。持续研究推广绿色低碳烧结技术,如低碳厚料层烧结技术、烧结料面富氢气体喷吹技术、烧结返矿高效回收利用技术、低温烧结技术和热风循环烧结技术等,有效降低烧结过程的能源消耗和CO₂排放。充分利用中国精矿粉资源生产球团矿,提高球团矿产能和产量,进而提高球团矿入炉比率和炉料综合品位,有效降低碳素燃料消耗。提高高炉富氧率和喷煤量,持续提高风温、降低燃料消耗,提高高炉顶压和煤气利用率。有条件的高炉喷吹富氢气体以减少焦炭消耗,开发应用高炉炉顶煤气循环及CO₂脱除再利用(CCUS)等技术。研究解析了高炉炼铁工艺碳-氢耦合还原的热力学机理,讨论了在高炉内不同温度区域固体碳、CO和H₂的还原能力,提出了直接还原与间接还原的耦合匹配是实现最低燃料比的技术核心,探讨了高炉炼铁喷吹全氢/富氢气体的技术可行性和经济性。这些综合技术措施对于进一步降低高炉工艺流程的碳素消耗、减少CO₂排放具有显著效应。与此同时,设计先进合理的流程系统和耗散结构,优化工序界面技术,构建信息物理系统(CPS)实现炼铁工序协同高效、动态有序运行,这也是高炉炼铁工艺实现绿色低碳的关键共性技术之一,具有广泛的适用性和显著的应用效果。     

高炉内H2体积分数对焦炭气化反应的影响

 为了明确高炉富氢冶炼条件下焦炭的气化行为,利用高温模拟试验研究了高炉内φ(H₂)对焦炭气化反应和孔隙结构的影响,得到了不同φ(H₂)下矿石的还原与焦炭气化反应的关系、焦炭气化最严重的温度区间及焦炭微观孔隙结构的变化。研究结果表明,矿石的还原度和焦炭的失重率在升温过程中都逐渐增加。随着φ(H₂)的增加,焦炭的气化率增加幅度最大的温度区间逐渐向低温区移动,主要由于随着φ(H₂)的增加,矿石的还原反应逐渐趋向于在低温区进行,使得其在高温区产生的可供焦炭气化反应的CO₂和H₂O的总量降低;φ(H₂)由5%增加至10%时,焦炭的气化率增加幅度最大;随着φ(H₂)的增加,焦炭的平均壁厚逐渐降低,孔隙率、比表面积及总孔容都逐渐增加;焦炭大孔所占比例逐渐增加,焦炭气孔壁的薄壁结构所占比例逐渐增加。     

富氢气氛下不同含铁炉料的还原行为

 高炉低碳富氢冶炼技术如高炉喷吹煤粉、富氢燃料等会导致炉内炉腹煤气中氢气体积分数增加,为探究富氢对高炉上部炉料的影响,对富氢条件下不同含铁炉料的还原行为进行了试验研究。粉化试验结果表明,在20%H₂(体积分数)条件下,块矿和烧结矿的粉化率明显改善,RDI_{>3.15 mm}分别增加了11.08%和30.23%,同时富氢条件有利于含铁炉料粒度的均匀化。还原试验结果表明,在CO体积分数不变、改变H₂加入量条件下,球团矿和烧结矿还原度最高时的H₂体积分数为25%,块矿H₂体积分数则为10%。在保持(CO+H₂)体积分数30%不变、改变H₂加入量时,当H₂体积分数超过20%时,各含铁炉料的还原度均超过90%。扫描电镜分析结果表明,还原后的块矿明显生成渣相和铁相,球团矿出现良好的赤铁矿和磁铁矿相,烧结矿则呈“针状铁酸钙相-磁铁矿相-铁相”分层现象。     

CO2-H2O混合气体与捣固焦和顶装焦深度反应影响

 由于全球气候变暖,CO₂的减排逐渐成为人们关注的热点。钢铁工业作为CO₂排放大户,需要严格控制其CO₂的排放量,富氢炼铁由于具有降低碳排放的特点,已经成为冶金工艺未来发展趋势,但富氢燃料的使用会在高炉内产生大量水蒸气,所以研究高炉中不同种类焦炭与CO₂-H₂O混合气体在气化溶损反应下的变化至关重要,可以为高炉富氢冶炼条件下焦炭的选择和质量的控制提供理论依据。通过研究不同含量CO₂-H₂O气体通入管式炉中与捣固焦和顶装焦发生深度气化溶损反应,分析CO₂-H₂O混合气体中水蒸气含量变化产生的气化反应溶损差异、焦炭有机官能团和碳素结构的变化规律以及利用未反应核模型分析气化反应过程中限制性环节。研究结果表明,两种焦炭气化反应的限制性环节为界面化学反应,通过对比顶装焦和捣固焦颗粒气化溶损过程中边缘、中间、中心隙结构和相对密度上的差异发现,随着CO₂-H₂O混合气体中水蒸气含量的增加,两种焦炭表面溶损反应较其他两部分更加严重,出现了明显的开孔现象,并且捣固焦的内部开裂情况更加严重。结合FT-IR分析可知,水蒸气能够加剧气化反应过程中顶装焦和捣固焦结构内脂肪族官能团和甲基的消耗,从而导致两种焦炭的芳香度升高,同时反应后捣固焦样品中芳香烃的缩合程度增加。     

高炉-转炉钢铁制造流程低碳技术发展与认识

在全球“碳达峰”“碳中和”发展形势下，研究高炉-转炉流程低碳技术发展战略、目标和路径，大幅度降低CO₂排放对钢铁工业实现可持续发展具有重要意义。面向未来，钢铁仍是重要的基础材料、结构材料和功能材料，钢铁工业仍是经济社会发展的重要基础产业。研究分析了日本钢铁工业发展现状及其特征，介绍了高炉-转炉流程减碳关键技术研究及其进展。针对日本钢铁工业减碳技术开发研究，论述了高炉矿焦混装技术、高比率球团矿冶炼技术对于常规高炉降低燃料比的机理和应用效果。讨论了含碳团矿和预还原烧结矿的制备工艺流程，分析了新型炉料制备的关键技术难点，论述了新型炉料在高炉冶炼过程的减碳机理。介绍了SCOPE 21新型炼焦工艺的构成、技术特点和应用效果；针对铁焦制备的工艺过程、冶金机理和使用效果进行了评述。重点论述了新一代高炉炼铁工艺COURSE 50的工艺组成、技术路线和流程特征，阐述了核心技术难点和关键技术构成以及工程应用前景。分析了构建智能化高炉信息物理系统对高炉减碳的支撑作用，指出了高炉智能化与低碳化协同发展的重要性。结合日本高炉-转炉流程减碳技术发展现状及未来方向，提出了制定可行的减碳技术战略...     

PbO对高炉原燃料冶金性能影响的分析

铅作为高炉原料中的一种微量元素,在高炉内循环富集会对高炉冶炼产生一系列不利影响。为了明确PbO对原燃料冶金性能的影响,通过气相吸附法制备不同铅含量的烧结矿、球团矿和焦炭样品,采用扫描电子显微镜对反应前后的富铅样品进行微观分析,研究富铅后原燃料冶金性能的变化。结果表明,铅以PbO的形式吸附在烧结矿、球团矿和焦炭的表面和孔隙中;PbO对烧结矿和球团矿还原以及焦炭的气化反应起到一定的催化作用,当表面吸附的铅含量较高时,会降低其催化作用,但对焦炭反应后强度影响不大。     

焦炭与烧结矿在耦合反应过程中的溶损特性

为了研究高炉冶炼中焦炭的溶损行为,选用2种不同反应性的焦炭考察焦炭与烧结矿在不同温度下的耦合反应,研究不同温度下焦炭溶损与烧结矿还原的关系。研究结果表明,焦炭溶损和烧结矿还原的耦合反应随着反应温度的升高逐渐加剧,且焦炭反应性提高有利于烧结矿的还原。焦炭溶损率与烧结矿还原度呈正线性相关性,焦炭反应性(CRI)与拟合曲线的斜率k呈反比,而与截距b呈正比,截距可以表征焦炭对烧结矿的初始还原能力。耦合反应后焦炭的光学各向异性指数OTI增大、平均孔径和气孔率大幅增大,反应性较大的焦炭易于在焦炭表面溶损,反应后的孔径较大;而反应性较小的焦炭在反应过程中CO₂气体易于扩散至焦炭内部均匀溶蚀各级气孔。     

氧气高炉炉身的模拟试验研究

用包吕斯（Borist)炉模拟研究了不量喷煤高炉，富氧喷煤高炉和氧气高炉的炉身还原过程。结果表明：氧气高炉炉身还原条件明显改善，还原后烧结矿，块矿和球团矿的金属化率分别超过70％，80％和90％，是普通高炉的2倍以上。不论对于氧气高炉还是普通高炉，在还原过程中，烧结矿的强度变化不大，而球团矿和块矿的强度却大幅度下降。