甲烷气氛中铁精矿粉闪速还原行为研究

高炉炼铁工艺存在流程长、能耗高以及强烈依赖冶金焦等问题,发展绿色低碳的非高炉炼铁工艺对钢铁生产具有重大意义。本文采用超级铁精矿粉进行了甲烷闪速还原试验,考察还原温度及甲烷体积分数对金属化率的影响,研究铁精矿粉在试验条件下的闪速还原行为,并对还原产物微观形貌进行观察,分析闪速还原机理。结果表明：还原温度为1 550 K、甲烷体积分数7.5%、还原时间为5.49 s时,矿粉金属化率可达90.0%;还原温度的升高及甲烷体积分数的增加提高了矿粉的金属化率;甲烷在还原过程中发生裂解,生成的固体碳在还原产物表面沉积,促进铁氧化物的还原和金属铁的渗碳;渗碳过程降低了金属铁的熔点,还原产物由不规则形状向球型转变;矿粉内部为致密的铁层包裹着未反应的铁氧化物的结构,在FeO/Fe界面处FeO的还原主要是由铁中的固溶碳[C]完成。     

流态化技术在熔融还原工艺中的应用

介绍了FINEX、FINMET、Circored和HIsmelt等几种典型熔融还原工艺采用流化床处理粉铁矿的技术及特点。总结了熔融还原中采用流化床处理粉铁矿应遵循的原则。参考国内外有关流化床处理粉铁矿的实践经验,提出了一种采用流化床处理粉铁矿的熔融还原炼铁新工艺流程,按照冶金功能分为4个系统:使用约800℃的还原煤气生产还原度约80%的DRI的流态化预热预还原系统;直接使用粉煤、高温高预还原度炉料、纯氧冶炼,二次燃烧率控制在20%左右的铁浴终还原系统;具有调节和变换终还原高温煤气和循环使用炉顶煤气功能的煤气改质系统;解决输出煤气利用的综合利用系统。     

钛渣电炉煤气在钛精矿预还原中应用的探讨

介绍了一种高效使用钛渣电炉煤气的方法,为今后钛渣工艺的整体布局提供数据支撑。采用热力学计算方式,得到钛渣电炉产生煤气量与球团金属化率的关系,同时根据实际生产钛精矿预还原球团所需热量的需求,得到钛渣电炉生成煤气热量与实际生产钛精矿预还原球团所需热量之间的关系。结果表明,不同金属化率钛精矿预还原球团用来冶炼钛渣,球团的金属化率无论在什么水平,其生成电炉煤气热量都低于实际球团生产所需热量。若将回收电炉煤气用来生产钛精矿预还原球团需额外增加热源,并且随着球团金属化率升高,补加热量增多。     

熔融还原炼铁工艺的煤气富氢改质预还原

考虑到二步法熔融还原炼铁过程中终还原煤气降温和提高预还原效率的需要,以Corex为例分析了终还原炉煤气富氢改质后用于预还原的优势,讨论了其不利因素和对策.结果表明,对终还原炉煤气进行富氢改质后用于预还原是可行的.     

移动床内氧化铁还原及还原气体氧化行为分析

为了研究工艺参数对移动床内氧化铁还原及还原气体氧化的影响规律,建立了移动床内氧化铁还原及煤气氧化耦合动力学模型。以C-3000的竖炉预还原为例,动力学模型研究主要结果与实际工艺相吻合。气矿比一定条件下,标况气速提高,会增加移动床的产量,但金属化率和煤气利用率都将下降;标况气速一定条件下,气矿比提高,能够提高金属化率,但产量和气体利用率下降。煤气还原势对移动床内的还原效率有明显影响,为了提高金属化率,建议将还原势提高到95%左右的水平。当标况气速一定时,煤气压力的增加,提高了金属化率和煤气利用率。煤气中的惰性气体含量对移动床内的还原有不利影响。适度增加球团矿比例或向煤气中适度提高氢气含量,有助于移动床内还原效果的提高。     

COREX竖炉还原热模拟研究

介绍了由煤气发生炉，煤气加热炉和还原竖炉组成的Ｃｏｒｅｘ竖炉还原热模拟装置，用木炭或用原煤加少量木炭的为原料，Ｏ２和ＣＯ２为气化剂，产生还原煤气，将铁矿石还原成金属率达９０％以上的海绵铁的过程。描述了不过程中竖炉内的温度分布，熔剂分解和不同炉料结构时的海绵铁粒度组成和金属化率等试验情况，讨论了还原煤气的成分，温度，流量，还原时间以及炉料结构等对海绵铁金属化率的影响。     

熔融还原炼铁技术分析

分析了主要的熔融还原炼铁流程.COREX采用预还原竖炉+熔融气化炉的纯氧炼铁流程,已经工业化,但吨铁焦炭量维持在250 kg左右的水平,吨铁燃料比达到1 000 kg.FINEX采用多级流化床+热压块+熔融气化炉+煤气脱除CO:循环使用的纯氧炼铁流程,可直接处理粉矿,吨铁燃料比为800 ks左右,吨铁焦炭使用量在200kg左右,不过FINEX工艺复杂,效率低,仍在进行工业化试验.HISMELT试图采用一步法直接熔融还原粉矿,难度大,指标与预期相差较大,尚处在技术攻关阶段.可见,目前的熔融还原炼铁流程,离低能耗、低污染的炼铁目标相差甚远,最大的问题是预还原矿粉(球团)的低温还原性能差,提高铁矿的低温反应性能是熔融还原炼铁走向成功、高效、环保的关键所在.     

两步三段式厚渣层铁浴熔融还原炼铁工艺

针对目前熔融还原设备无法将煤气二次燃烧氧化区与铁氧化物还原区隔离而导致能耗偏高的问题,提出了一种两步三段式厚渣层铁浴熔融还原炼铁工艺,以期利用厚渣层冶炼的方法使得氧化区与还原区的梯度隔离。设计了主反应器铁浴炉尺寸与产能,并建立了工艺的整体静态模型,考察了球团金属化率与铁浴炉炉顶煤气氧化度对工艺煤耗、氧耗以及能耗的影响。在选定的适宜操作参数,即煤气氧化度55%,球团金属化率80%条件下,冶炼1t铁水,消耗球团矿1 869.83kg,煤粉674.07kg,同时得到还原度71%的改质煤气898.44kg。结合反应器的设计产能,反应器可处理球团矿3 793.66kg/(h·m2)。     

COREX预还原竖炉煤气析碳行为分析

COREX预还原竖炉还原煤气中CO浓度较高,竖炉内部较大温度范围都存在发生析碳反应的可能性。从竖炉操作压力和温度两个方面,分析了竖炉内不同区域内的析碳行为,同时重点分析了预还原竖炉内析碳反应对金属化率和下降管析碳量的影响。理论分析表明,析碳比例增加1%,竖炉金属化率平均降低3.4%;采用冷煤气作为冷却介质时,析碳量明显增加,此时不宜将下降管温度控制在750℃以下,且反窜煤气比例超过10%时,应及时切换成用N2冷却。     

铁矿石在含氢煤气中的还原行为研究

通过低温还原粉化、静态荷重还原和熔滴试验,模拟COREX还原温度和含氢煤气条件,研究了球团和块矿还原行为的差异.结果表明,与球团相比,块矿因其结构致密、孔隙率低,导致其低温还原粉化率差,还原前中期还原速率慢,还原过程中强度低,开始软化和熔融温度低,熔融区间窄,最大压差高.为解释现场使用块矿后压差上升、金属化率下降、易黏结等生产现象提供一定依据.     

The process analysis of fine iron ore reduced in fluidized bed

The processes of fine iron ore reduced in fluidized bed have been reviewed in this paper,the superiorities and limitations of the processes of direct reduction,pre-reduction in fluidized bed have also been comprehensively analysed,which matches with bath smelting furnace or coke bed type furnace.The analysis has also been made on several controversial topics,and the gas use ratio has been point out to be the key of the competition of the reduction process in fluidized bed.The suitability with final reduc...     

微型流化床内CO还原铁矿粉动力学试验

 采用微型流化床-过程质谱反应分析仪进行了铁矿粉的CO还原动力学研究。结果表明：微型流化床可抑制外扩散作用,利用等温方法算出的铁矿粉还原反应的活化能为2628kJ/mol,指前因子003946s-1,证明该铁矿粉还原符合气体内扩散控制机制模型,并且采用等温动力学方法可实现反应速率常数与模型函数的分离,极大地简化了计算过程,增加了动力学参数的准确性,为铁矿粉还原动力学的研究提供了一种简单可靠的测试方法。     

氢气还原1～3mm铁矿粉的动力学研究

在自制的kg级高温流化床中研究了氢气还原1～3 mm矿粉的动力学试验。随着时间的增加,气体利用率下降,表明还原前期反应速度快,后期反应慢;温度越高,气体利用率越高,但随着还原时间的增加,差距在逐步缩小;对于750℃,前20 min的气体利用率为9%,金属化率达到84%,说明氢气还原矿粉反应是非常迅速的。随着气速的增加,金属化率在增加,并且几乎成线性关系,因此使用氢气作为还原剂,可以允许更高的气速,从而提高设备的生产效率。随着料高的增加,金属化率不断下降,然而气体利用率却在不断升高。使用氢气作为还原剂,可以将还原温度降低到700～750℃,避免流化床过程中的粘结难题;试验中氢气还原1～3 mm铁矿粉时的表观活化能为58.4kJ/mol。     

流化床反应器的流动模型

在理论分析的基础上,建立了流化床反应器的流动模型,给出了气体流速、床体尺寸、处理能力等参数的计算公式和判断内部流态化流型的依据。在此基础上,给出了1个模型的算例,并与文献给出的计算结果相比较,结果表明二者的符合性较好,根据模型计算得到的参数具有良好的合理性。该模型对使用流化床反应器炼铁有一定的指导意义。     

熔融还原流程优化试验研究

介绍了铁矿石在流化床和竖炉模拟装置中的还原试验结果，研究了用不同金属化率预还原矿熔炼的基本能耗，综合讨论了获得最佳还原熔炼配合和最低能耗的熔融还原基本技术参数。     

流化床反应器的流动模型

在理论分析的基础上,建立了流化床反应器的流动模型,给出了气体流速、床体尺寸、处理能力等参数的计算公式和判断内部流态化流型的依据。在此基础上,给出了1个模型的算例,并与文献给出的计算结果相比较,结果表明二者的符合性较好,根据模型计算得到的参数具有良好的合理性。该模型对使用流化床反应器炼铁有一定的指导意义。     

Iron ore reduction in a continuously operated multistage lab-scale fluidized bed reactor—Mathematical modeling and experimental results

Industrial-scale fluidized bed processes for iron ore reduction (e.g., FIOR and FINMET) are operated by continuous feeding of ore, while laboratory tests are mostly performed under batchwise operation. The reduction behavior under continuous operation is influenced by both the residence time of the iron ore particles and the reduction kinetics, which is obtained by batch tests. In a mathematical model for such a process, the effect of both phenomena has to be considered. The residence time distribution of iron ore particles in a laboratory fluidized bed reactor was obtained by measuring the response of a step input and described by mathematical models similar to a continuously stirred tank reactor. In the same reactor, reduction tests with continuous feeding of iron ore were performed. Based on batch tests in a fluidized bed reactor, a mathematical model was developed to describe the kinetics of iron ore reduction under fluidized bed conditions. This kinetic model was combined with the fluidized bed reactor model to describe continuous iron ore reduction. In this detailed model, the change of gas composition while rising in the fluidized bed was considered. The degree of reduction and the gas conversion for reactors in series were calculated. The results obtained by the mathematical model were compared with experimental data from the laboratory-scale reactor.     

Mathematical model of COREX melter gasifier: Part I. Steady-state model

The COREX melter gasifier is a countercurrent reactor to produce liquid iron. Directly reduced iron (DRI), noncoking coal, and other additives are charged to the melter gasifier at their respective temperatures, and O₂ is blown through the tuyeres. Functionally, a melter gasifier is divided into three zones: a moving bed, fluidized bed, and free board. A model has been developed for the moving bed, where the tuyere region is two-dimensional (2-D) and the rest is one-dimensional (1-D). It is based on multiphase conservation of mass, momentum, and heat. The fluidized bed has been treated as 1-D. Partial equilibrium is calculated for the free board. The calculated temperature of the hot metal, the top gas, and the chemistry of the top gas agree with the reported plant data. The model has been used to study the effects of bed height, injection of impure O₂, coal chemistry, and reactivity on the process performance.     

还原流化床内铁的析出形态与铁矿粉的粘结行为

用电子扫描电镜分析和探讨了铁矿粉在还原流化床中的粘结行为与金属铁析出形态的关系，结果表明，在不同的还原条件下，金属铁将以不同的形态析出，而铁矿粉在还原流化床中的粘结行为又受金属析出形态的影响，在一定温度下，粘结现象主要由铁晶须引起的。最后，为熔融还原流化床提出了一种新的，有效的预防粘结措施。