烧结矿催化还原NO的实验研究

摘要：《钢铁企业超低排放改造工作方案（征求意见稿）》中，计划将烧结烟气中NOx排放质量浓度控制在50mg/m3以内，烧结烟气NOx减排势在必行。因此，旨在利用烧结矿本身作为脱硝催化剂，以烧结过程产生的还原性气体CO为还原剂，系统地研究了烧结矿粒径、焙烧温度、空速比、CO/NO物质的量之比和O2体积分数对烧结矿催化脱硝效果的影响。结果表明，O2体积分数对烧结矿催化还原NO的转化率影响较大，当CO体积分数为3%、O2体积分数为1.04%时，NO的转化率为68.83%；O2体积分数降低至0.90%以下时，NO的转化率可达95%以上。无O2条件下，烧结矿粒径为0.2～1.0mm、焙烧温度为500℃、空速比为3000h-1、CO/NO物质的量之比为6时，NO的转化率可达99.58%。以烧结矿为催化剂能有效地促进CO对NO的还原，具有十分重要的环保意义和经济应用前景。     

Pt涂层蜂窝金属和Ce改性Fe2O3催化CO的性能对比

铁矿石烧结烟气中含有较高浓度的CO（体积分数0.5%～2%）,因此对其进行CO脱除意义重大。为了探究不同类型催化剂的催化效果,采用浸渍法制备了Pt涂层蜂窝金属催化剂和铁铈氧化物催化剂,并通过X射线荧光光谱分析（XRF）对其组分含量进行了分析。二者在模拟烧结烟气中进行CO脱除性能的对比实验,活性测试表明,不同CO初始体积分数、烟气温度以及水汽含量对CO催化氧化的脱除效率影响较大。当模拟烟气中不含水汽的时候,二者在180 ℃及更高温度下对CO的脱除效率均能达到60%以上。反应温度为180 ℃,水汽体积分数为11.7%时,Pt负载型催化剂中的CO转化率为63.9%,而该条件下Ce改性Fe₂O₃催化剂的CO转化率仅为34.9%。当温度在180～300 ℃范围内,Pt负载型催化剂具有较好的抗水性,且继续升高温度,水汽体积分数增加对催化剂效率的负面影响更显著。如水汽体积分数从0增加到27.1%时,与180 ℃时的催化效率相比,Pt负载型催化剂在240 ℃时的催化效率由73.9%降至62.3%,降幅远远增大。另外,对这两种催化剂进行了抗硫性测试。当水汽体积分数为0时,Ce改性Fe₂O₃催化剂抗硫性更佳,但当SO₂和水汽同时存在的情况下,Pt负载型催化剂具有更好的抗硫性。因此,在实际烧结中建议采取高效的脱硫措施并布置脱水层以减少其对于催化剂的负面影响。      

C2H6、C2H4、CO与H2对甲烷爆炸压力及动力学特性影响

为量化可燃气体爆燃引起的潜在危险性提供相关的基础数据,设计出在气体燃料加工、储存和运输过程中能够承受爆炸危险的容器。运用20 L球形气体爆炸系统,在不同初始温度（298～373 K）与不同的预混气体（CO、H₂、C₂H₄、C₂H₆）体积分数（0.4%～2.0%）条件下,获取了甲烷体积分数为7%与11%的甲烷?空气混合物的爆炸压力特性参数。此外,采用 CHEMKIN软件,模拟分析了不同体积分数的预混气体在爆炸过程中H·、O· 和·OH自由基摩尔分数的变化趋势,并进行了敏感性分析。结果表明,同一体积分数的预混气体,随初始温度的增加,最大爆炸压力呈线性降低,最大爆炸压力上升速率几乎恒定或下降。同一初始温度,对于甲烷体积分数为7%的甲烷?空气混合物,随着预混气体的体积分数增大到2%,其最大爆炸压力、最大爆炸压力上升速率均呈增大的趋势,而甲烷体积分数为11%的甲烷?空气混合物对应的最大爆炸压力与最大爆炸压力上升速率均呈减小趋势。随着预混气体体积分数的增加,甲烷体积分数为7%的甲烷?空气混合物在爆炸过程中H·、O·和·OH自由基摩尔分数峰值上升。O·和·OH自由基摩尔分数峰值在甲烷体积分数为11%的甲烷?空气混合物中呈下降趋势,H·自由基摩尔分数峰值有所上升。对于甲烷体积分数为7%与11%的甲烷?空气混合物,其影响甲烷的关键基元反应式不变,敏感性系数随预混气体体积分数的增加而减弱。      

铁矿石富氧烧结点火试验研究

采用镜铁矿作为铁原料,通过改变天然气流量和氧气过剩系数以及氧气和空气的配比,在实验室进行了一系列点火烧结试验研究,重点考查富氧对烧结点火的影响。研究表明,富氧烧结点火能够降低烧结点火能耗和减少CO2的排放量,同时点火温度上升,烧结料层表面固体燃料的利用率提高,并可获得良好的烧结矿产量、质量指标。当天然气流量为2 m3.h-1,点火时间为1.5 min,助燃风为50%氧气+50%空气(体积分数),氧气过剩系数为1.9的情况下,烧结点火能耗为30.32 MJ.m-2,点火烟气中氧的体积分数为14.28%,所获得的烧结矿成品率和转鼓强度分别为72.32%和65.30%。与助燃风为空气,其它条件不变的情况比较,烟气中氧的体积分数提高了5.17%,烧结矿成品率和转鼓强度分别提高了10.59%和1.97%。     

起止回收CO体积分数影响转炉烟气能量回收的规律分析

转炉炼钢工序转炉烟气显热、潜热回收是"负能炼钢"的核心.以某钢厂300 t顶底复吹转炉为例,建立了转炉烟气中CO、O2体积分数随吹炼时间变化的特征模型,分析了起止回收CO体积分数对转炉煤气回收量及热值、蒸汽极限回收量的影响规律.结果表明,当起止回收CO体积分数增加±1％,转炉煤气回收量减少±0.50 m3/t,热值增加±22.3 kJ/m3,蒸汽极限回收量增加±1.77 kg/t.最后从转炉煤气回收、转炉烟气高温显热回收、转炉吹炼初末期低热值煤气回收利用三个角度分析了提升转炉烟气余热余能回收利用率的途径.     

CO_2在转炉中的应用技术研究

通过转炉顶吹混合气体CO2+O2的热力学分析,结合实验室热模拟结果,探讨了在顶吹转炉中喷吹CO2+O2进行脱碳抑氧及脱碳保铬的可行性。研究结果表明,喷吹纯CO2可以脱碳,但温降较大;当CO2供气强度为3.0m3/(t·min)时会导致15.1℃/min的温降速率;为实现温度平衡,采取喷吹混合气体CO2+O2模式,利用O2-Fe反应放热弥补CO2-C反应吸热,当O2和CO2脱碳整体热效应为零时,其中混合气体CO2+O2中CO2的最大理论体积分数为79.1%;当φ(CO2)︰φ(O2)=1︰1时,顶吹转炉终点碳氧积可控制在0.002 5~0.003 2,达到复吹转炉效果;当φ(CO2)︰φ(O2)=2︰1时,顶吹CO2+O2出现"脱碳保铬"效果。     

基于测试的烟气循环烧结工艺

在正常生产情况下,以新钢8号360m2烧结机为研究对象,提出基于测试的烟气循环烧结工艺思路。采用风箱支管开孔取样的测试方法,通过选择合理的测定位置和测点,测试烧结烟气温度、O2体积分数以及SO2和NOx体积分数,探索其变化规律并制定适宜的内、外循环工艺方案。研究结果表明,烧结机前段风箱烟气中O2体积分数较低,在18号风箱之后O2体积分数逐步上升;烧结烟气密度随温度升高而变小,流速相应增大,但其标况流量相当;烧结循环烟气O2体积分数越高,烧结机漏风率越低,烟气循环率越高;内、外循环工艺都能降低固体燃料消耗,清洁烧结生产,前者兼顾增产功效,适合新建项目,后者兼顾减排功效,适合改造项目。     

焦炉煤气自重整炉气成分与温度变化规律研究

 通过CH4 H2 CO H2O CO2 O2煤气体系的热力学模拟计算,对焦炉煤气自重整技术进行了研究。结果表明：高温、高CH4含量以及低压有利于焦炉煤气自重整。在配氧量14％,反应温度850～900 ℃,体系压力为0.3 MPa的条件下,对焦炉煤气进行自重整,则还原气平衡态组分中的氢气的体积分数可由60.0％提高到71.5％,CO体积分数可由8.0％提高到23.1％;气体的还原势为97.2％,还原气体总量约增加33％。     

烧结SDA脱硫灰还原煅烧解析SO2过程分析

摘要：烧结半干法（SDA）脱硫灰是钢铁企业烧结烟气脱硫副产物,因其成分复杂,组分含量波动大且含有未反应完全的氢氧化钙,一直没有较好的利用方式,目前的研究多以氧化改性为主。提出了一种处理半干法脱硫灰的新途径,将脱硫灰中的S以SO2形式解析出用于制酸,反应后固体产物也可二次利用。开展了脱硫灰还原煅烧模拟试验。结果表明,脱硫灰是一种高钙高硫产物,主要物相为CaSO3·0.5H2O、Ca(OH)2、CaCO3和KCl,90%颗粒的粒径小于77μm。在N2氛围下,煅烧温度从950℃升高至1100℃,亚硫酸钙和脱硫灰的失重与脱硫率也随之升高。在CO与CO2混合气体氛围下,随着煅烧温度从900升高至950℃以及CO体积分数从10%增至50%,亚硫酸钙的失重从26.2%上升至57.5%,脱硫率从41.9%下降至37.9%;脱硫灰的失重从23.0%上升至40.5%,脱硫率从33.9%下降至8.3%。随着CO体积分数增加,CaS的生成量增加,以SO2形态离开反应体系的S相应降低,从而使得脱硫率下降。     

烧结矿催化还原NO的实验研究

《钢铁企业超低排放改造工作方案(征求意见稿)》中,计划将烧结烟气中NO_x排放质量浓度控制在50 mg/m~3以内,烧结烟气NO_x减排势在必行。因此,旨在利用烧结矿本身作为脱硝催化剂,以烧结过程产生的还原性气体CO为还原剂,系统地研究了烧结矿粒径、焙烧温度、空速比、CO/NO物质的量之比和O_2体积分数对烧结矿催化脱硝效果的影响。结果表明,O_2体积分数对烧结矿催化还原NO的转化率影响较大,当CO体积分数为3%、O_2体积分数为1.04%时,NO的转化率为68.83%;O_2体积分数降低至0.90%以下时,NO的转化率可达95%以上。无O_2条件下,烧结矿粒径为0.2～1.0 mm、焙烧温度为500℃、空速比为3 000 h~(-1)、CO/NO物质的量之比为6时,NO的转化率可达99.58%。以烧结矿为催化剂能有效地促进CO对NO的还原,具有十分重要的环保意义和经济应用前景。     

烧结钛精矿气基还原动力学研究

为揭示烧结钛精矿气基还原机理,在CO和N_2体积分数分别为30%和70%的还原气氛条件下,开展了烧结钛精矿等温气基还原试验研究,还原温度分别为800、900、1 000℃,对气基还原动力学进行了分析。结果表明:烧结钛精矿中铁氧化物还原度随还原温度和时间增加而增加,整体还原度偏低,还原度接近70%。烧结钛精矿在800～1 000℃气基还原大部分时间内(140 min)受界面化学反应控制,反应活化能为46.97 kJ/mol;反应后期(140 min)受扩散控制,反应活化能为99.27 kJ/mol。烧结钛精矿碳热还原过程物相转变历程为:Fe_2TiO_5→Fe_2TiO_4→FeTiO_3。相同还原时间,烧结钛精矿还原样品中金属铁粒尺寸随温度升高从4.46μm增至30.13μm。     

从废旧碱性锌锰电池极性材料中浸出锌的试验研究

针对从废旧碱性锌锰电池极性材料酸浸锌时选择性差以及锌、锰分离困难等问题。研究了在N H3· H2 O体系和N H3· H2 O-（N H4）2 SO4体系中浸出锌。结果表明：在N H3· H2 O体系中,氨水质量分数为25％、液固体积质量比为15∶1、浸出时间40 min条件下,锌浸出率最高仅为45％;在 N H3· H2 O-（N H4）2 SO4体系中,氨水质量分数为25％、硫酸铵质量浓度为200 g/L、液固体积质量比为15∶1、浸出时间为20 min条件下,锌浸出率最高达96％。氨水中加入硫酸铵可以促进锌的选择性浸出。     

烧结工艺对CuSn10含油轴承组织与性能的影响

研究了不同H2含量的H2+Ar烧结保护气氛和烧结时间对CuSn10含油轴承材料显微组织和性能的影响。结果表明:在720℃×90 min的烧结条件下,烧结气氛为100%Ar时,粉末颗粒表面氧化严重,烧结组织中存在大量形状不规则的孔隙,并且孔隙尺寸较大,烧结试样的含油率高而含油密度、径向压溃强度、硬度均较低,磨损量高;随着烧结气氛中H2含量的增加,粉末颗粒表面氧化物被还原,孔隙数量减少,孔隙形状趋近于球形并细化,烧结试样的含油率降低而含油密度、径向压溃强度、硬度均提高,磨损量则先减小后增大。在50%H2+50%Ar(体积分数)保护气氛下720℃烧结30 min时,不规则孔隙形状趋近球形,但孔分布不均匀且尺寸较大;延长烧结时间至60 min和90 min,孔隙细化;但进一步增加烧结时间至120 min时,孔隙数量与形态并未产生明显变化;烧结试样的含油密度、力学性能和磨损量均随烧结时间的延长而提高。     

AlN-TiC复相陶瓷导热性能的研究

采用热压烧结工艺制备了AlN-TiC复相陶瓷。通过XRD、SEM和激光导热仪研究了TiC含量和烧结温度对复相陶瓷导热性能的影响,并对A1N-TiC的相组成和显微结构进行了观察分析。结果表明,随着TiC质量分数增至50%时,热导率由102.9W/(m·K)下降到46.6W/(m·K);在TiC含量为10%时,随着温度的升高,热导率从59.8W/(m·K)增加到83.6W/(m·K)。     

直流反应磁控溅射沉积a-C∶H薄膜的微结构和摩擦磨损行为

采用直流的反应磁控溅射技术,以高纯石墨为溅射靶材和CH4为反应气体,调节CH4流量,在p(100)单晶硅和不锈钢基底上成功制备出系列的含氢a-C∶H薄膜.利用场发射扫描电子显微镜(FESEM)、原子力显微镜(AFM)、Raman光谱、纳米压痕仪、CSM划痕测试仪、摩擦磨损试验机等测试手段对所制备含氢a-C∶H薄膜的微结构、力学性能和摩擦磨损行为进行系统表征.结果表明:随着CH4流量的增加,含氢a-C∶H薄膜的致密度呈现出微弱的先增加后减小的趋势;薄膜的沉积速率随着CH4流量的增加逐渐增加,但增幅呈现出逐渐减小趋势;随着CH4流量的增加,薄膜中sp3杂化键含量及其纳米硬度和杨氏模量也呈现出先增加后减小的规律;摩擦实验结果表明当CH4流量为8 sccm,所制备的含氢a-C∶H薄膜的摩擦学性能最佳,摩擦系数为0.20,磨损率为6.48×10-mm3/(N·m).     

转炉应用CO2技术

 通过对转炉顶吹CO2的热力学分析,结合实验室模拟转炉顶吹O2＋CO2混合气体试验结果,确立了CO2在转炉中应用的关键参数。得出在转炉中顶吹纯CO2虽可脱碳,但温降较大,顶吹CO2供气强度为3.0 m3/(t·min)时,钢液温降速率为15.1 ℃/min;通过喷吹O2＋CO2混合气体可实现温度平衡,但CO2配比的最大理论比例为79.1%;随着混合气体中CO2比例增大,吹炼终点钢液碳氧积降低,当[φ(CO2)∶][φ(O2)＝1][∶]1时可控碳氧积为(25～32)×10－8。     

富氢还原对烧结矿还原性及还原粉化的影响

钢铁工业CO2排放量约占全球总排放量的8%,为了降低CO2排放量,发展以H2为还原剂的炼铁生产方式势在必行。针对富氢还原对烧结矿还原性及还原粉化的影响进行了试验研究和理论分析。研究结果表明：H2等量代替CO时,H2体积分数由0%增加到12%,烧结矿的RDI-3.15降低约1%~2%;H2等量增加,CO,CO2,N2含量等比例降低时,H2体积分数由0%增加到12%,烧结矿的RDI-3.15升高约1.5%~2.5%;H2体积分数从0%增加到12%,烧结矿还原度Ri由72.56%增加到94.97%。研究结果对于开发富氢还原工艺具有重要的理论参考价值。     

高硫精矿配比对烧结矿性能的影响

 相比进口富矿粉,精矿品位较高,可广泛应用于铁矿石烧结工序。为了探究高硫精矿对烧结矿产质量的影响以及精矿中硫元素对烧结过程的影响,利用烧结杯试验装置进行了高硫精矿配比在25%~45%范围内的烧结杯试验。并通过微观结构、技术指标及冶金性能等方面表征了高硫精矿配比对烧结矿性能的影响。试验结果表明,精矿配比为25%时,烧结矿还原的界面反应条件较差,硅酸盐相阻碍了还原气体的扩散,致使烧结矿还原度为77.80%,软化开始温度为1 200 ℃,软熔带透气性能恶化。精矿配比为30%时,烧结利用系数提升至1.19 t/(m2·h)、垂直烧结速度达到22.22 mm/min。精矿配比为40%时,有效改善了烧结矿还原性能,恶化了低温还原粉化性能。精矿配比为45%时,烧结利用系数最高,为1.20 t/(m2·h),还原性能和低温还原粉化性能适宜。整体而言,在试验范围内,适当增加高硫精矿配比有利于提升烧结矿的还原性能和荷重软化熔滴性能,但精矿配比为45%时烧结矿的熔滴S特性值为281.02 kPa·℃,透气性能恶化。烧结烟气方面,精矿配比为40%时,烧结烟气的CO₂和NO_x含量较高,烧结过程氧化性气氛较强,降低了烧结矿中铁橄榄石等低还原性矿物含量,恶化了低温还原性能。烟气分析结果表明,高硫精矿烧结时硫元素基本都进入烧结烟气中,并未恶化烧结矿性能。     

烧结机风箱中烟气排放规律及分析

 为了研究烧结机各个风箱中烟气的变化规律，选择某400 m2烧结机为研究对象，通过使用不同的烟气分析仪器对烧结机48个风箱中的烟气进行检测，得出了大型烧结机不同风箱中烟气温度、负压、流速、烟气成分(包括氧气、二氧化硫、一氧化碳、氮氧化物)等的变化规律；将烧结过程的料层分为6个状态，结合料层状态和风箱烟气参数分析了不同风箱对应的料层状态，解析了各个风箱烟气参数变化与料层状态的关联性和各个参数之间的相关性。可以得出，烟气的负压与流速的变化正相关；烟气温度与二氧化硫质量浓度变化趋势一致；氧气体积分数与一氧化碳、氮氧化物质量浓度变化呈现负相关趋势；一氧化碳和氮氧化物质量浓度变化一致；不同风箱烟气参数变化与风箱对应的烧结料层状态密切相关。     

烧结烟气及污染物减量化技术研究

烧结工序是钢铁冶炼过程中高能耗、高污染的集中环节,是钢铁行业实现超低排放的重点和难点。本文聚焦于"风"对烧结生产的功能作用,提出了"风"是烧结生产过程的"血液"的比喻,烧结风不仅为燃料燃烧提供助燃O_2,还承担传热载体和污染物析出载体的功能;论述了烟气及污染物产生的机理和烟气量与漏风率的关系,若烧结机漏风率由40%降低至20%,则单位面积和时间内穿过风机的烟气量可由94 m~3/(m~2·min)下降至71 m~3/(m~2·min)。此外,还介绍了烧结机高效综合密封技术、烟气循环烧结技术、氢系燃料顶喷强化烧结技术、燃料预处理低NO_x烧结技术等烟气减量化和污染物过程控制技术的原理、工艺、装备及应用情况。