残留CO2对石灰在转炉初渣中溶解的影响

 在转炉炼钢过程中,石灰快速溶解对转炉高效脱磷具有十分重要的意义,石灰溶解过程中熔渣/石灰界面处形成的2CaO·SiO₂产物层被认为是阻碍石灰溶解的关键因素。制备了具有两种不同CO₂含量的部分煅烧石灰石,采用浸泡法研究了部分煅烧石灰石在转炉初渣中的溶解行为,并与纯石灰、石灰石的溶解行为进行比较。结果表明,石灰石溶解时在液态熔渣中CaO的传质系数为石灰的2.1倍,残留CO₂质量分数为10%的部分煅烧石灰石的传质系数高达石灰石的6.7倍。在CO₂质量分数为0～43.5%时,石灰的溶解速率先增大后减小。石灰溶解过程中形成的2CaO·SiO₂层严重阻碍了FeO_x的扩散,从而减缓了石灰的溶解。与石灰不同,石灰石分解产生的CO₂能够破坏2CaO·SiO₂层并破坏自身结构,有利于熔渣的渗透,这也适用于残留CO₂的部分煅烧石灰石。制备纯石灰的过程中为了确保石灰芯部完全煅烧,因此极易导致石灰外表面发生过烧,而制备部分煅烧石灰石能在一定程度上解决表面过烧的问题。此外,与石灰石相比,部分煅烧石灰石由于表面是石灰外壳,溶解初期其表面附近的炉渣温降相对更低,能够避免溶解初期出现停滞阶段。在转炉富余热量有限的情况下,部分煅烧石灰石的石灰替换比高于石灰石,这取决于部分煅烧石灰石中的CO₂残留量。     

转炉复吹与石灰石造渣行为控制技术的研究

为了建立适合天津钢铁集团有限公司（以下简称天钢）特点的低成本、高效化、稳定性生产洁净钢新工艺体系,进行了转炉复吹与石灰石造渣行为控制技术的研究.分析了石灰石分解特性以及石灰石代替石灰造渣的可行性并进行试验,发现通过石灰石直接进入转炉造渣炼钢模式取代传统的“煅烧石灰-造渣炼钢”模式,使煅烧石灰的用量在40~50 kg/t_钢基础上,降低煅烧石灰用量高达50 %以上;采用CO₂代替N₂用于转炉溅渣护炉以及复吹转炉底吹CO₂进行搅拌和冶炼技术,预计能够取得良好的效果.      

炼钢温度下小颗粒石灰石热分解反应机理

转炉喷吹石灰石粉造渣脱磷有利于提高其反应效率，在快速造渣同时还可资源化利用CO₂。为此基于热重-差热分析仪和高温管式炉，对小颗粒石灰石在炼钢温度下的分解行为进行研究。研究结果表明，升温速率越小，小颗粒石灰石分解反应开始温度和完成温度越低，且升温速率越大分解反应持续时间越短；粒径2.5 mm以下的石灰石颗粒均可以在1 000℃以下快速完成分解反应，且粒径越小分解越快，反应完成温度越低，可见转炉采用喷粉方式可减少造渣时间，提高冶炼效率；与N₂、空气、O₂气氛相比，在纯CO₂气氛下，石灰石热分解反应完成温度提高，但分解所需时间反而缩短1/3,随着CO₂分压增加，分解完成温度提高但分解速度加快；随着煅烧温度提高，不同颗粒度石灰石分解完全所需时间均有不同程度的缩短，且粒径越大缩短程度越明显；在同一煅烧温度下，随着石灰石颗粒度由小到大，石灰石完全转化所需时间呈现由长到短再到长的趋势。仅从小颗粒石灰石煅烧效率上讲，转炉喷吹石灰石粉粒径选取0.13～1.5 mm为宜。     

沼气提纯过程中二乙醇胺溶液吸收二氧化碳的影响因素

采用交互作用正交试验设计,系统研究了进液流量、进气流量、CO₂体积分数、进液温度及其交互作用对填料塔中二乙醇胺溶液吸收CO₂的转化率η和气相总体积传质系数K_Ga_e的影响.经过直观分析和方差分析,评价了各参数对η和K_Ga_e影响的显著程度.实验发现进液流率、进气流率、CO₂体积分数、进液温度,以及CO₂体积分数与进气流率、进液温度与进液流率、进液温度与进气流率的交互作用对η影响显著;进液流率、进气流率、CO₂体积分数、进液温度、CO₂体积分数与进气流率的交互作用以及进液温度与进气流率的交互作用对K_Ga_e影响显著;进气流率增加,η降低而K_Ga_e增加;进液流率增加,η和K_Ga_e均增加;进气CO₂体积分数增加,η和K_Ga_e均降低;进液温度升高,η和K_Ga_e均呈先增加后减小趋势.      

石灰石造渣对转炉煤气CO含量影响研究

为研究石灰石造渣对转炉煤气成分及回收量的影响,在100 t转炉上进行了不同石灰石替代比下的造渣炼钢工业试验。研究结果表明：当铁水温度在1 350～1 650℃,石灰石分解产生的CO₂可作为弱氧化剂与铁水中元素反应生成CO,反应次序依次为[Si]、[Mn]、[C]、[Fe];通过工业试验证实,石灰石分解产生的CO₂确实可参与铁水氧化反应,随着石灰石替代比的增加,炉气中CO比例升高;通过理论估算,与石灰造渣工艺相比,石灰石造渣炼钢工艺的吨钢煤气回收量提高约16.12%,可见石灰石代替石灰造渣还可以增加转炉煤气回收水平。     

活性石灰对造渣速率的影响

由电阻炉在1150~1250℃煅烧石灰石制备试验用活性石灰,并按照ZBQ27002-85标准测定了石灰的活性度,利用熔点熔速仪和高温综合热分析仪测定了石灰与高炉渣混合试样的开始熔化温度、半球点温度、流动性温度和差示扫描量热法（DSC）曲线。结果表明,在1150℃、加热2h时石灰活性度最高为417 mL;当碱度（CaO/SiO₂）一定时,炉渣的开始熔化温度、半球点温度和流动性温度随着碱度的增加而降低;当石灰活性度一定时,炉渣的开始熔化温度、半球点温度和流动性温度随着碱度的增加先减小后增加;石灰活性度提高,生成2CaO·SiO₂的吸热峰和3CaO·SiO₂的放热峰会在较低的温度出现。利用FactSage软件模拟计算,其结果与实验结果相吻合。     

碳中和背景下的赤泥综合利用现状

作为氧化铝工业过程伴生的固体废弃物,赤泥的规模化消纳与高值化利用一直以来是能源、化工领域的研究热点。在“碳中和”目标的引领下,有必要对赤泥的无害化处置及综合利用技术进行重新归纳与审视。首先从赤泥的基本理化性质出发,面向不同CO₂浓度的应用场合,分析了赤泥直接在CO₂捕集中的利用现状,对捕集装置、技术及赤泥组分的转化进行了综述。其次,基于赤泥自身丰富的多孔结构与碱金属类的化学组分,论述了以赤泥为原料的高值固体多孔材料(如沸石分子筛)合成与应用的相关研究,涉及材料制备工艺、CO₂捕集效果等。最后,从赤泥基固体催化剂的角度,论述了其在CO₂加氢、化学链燃烧等领域的催化效果。为赤泥在CO₂捕集转化领域的应用现状提供了全面的认识。     

典型燃煤烟气碳捕集技术综述

介绍了燃煤烟气碳捕集技术的研究现状,并对以分离CO₂为目标的膜分离法等物理吸收方法、以碱性溶液吸收CO₂的化学反应法、以改性海藻焦吸收CO₂的生物吸收法等多种碳捕集方法进行系统性的评述。对比各技术特点,提出了物理法、化学法、生物法碳捕集技术的发展方向,为碳捕集技术的应用研究提供借鉴。     

碱式碳酸钇焙烧制备纳米Y2O3的工艺及动力学研究

针对液相沉淀法制备纳米Y₂O₃粉体工艺的焙烧过程中粉体易团聚问题,以碳酸钠和碳酸氢钠混合沉淀剂沉淀获得的纳米碱式碳酸钇为对象,系统研究了其焙烧条件对Y₂O₃形貌和粒度的影响以及动力学行为。研究表明：在煅烧温度860℃、升温速率5.375℃/min、焙烧时间1 h的条件下,得到D₅₀=0.050μm,(D₉₀―D₁₀)/(2D₅₀)=0.98,分散性良好的纳米Y₂O₃,其形貌与前驱体碱式碳酸钇相似。碱式碳酸钇前驱体(Y(OH)CO₃·H₂O)焙烧制备纳米Y₂O₃粉体的热分解过程分为两个阶段：第一阶段,Y(OH)CO₃·H₂O分解生成Y(OH)CO₃,该反应过程的表观活化能E为90.23 kJ/mol,指前因子A为7.46...     

钢渣碳化及其对水泥砂浆性能影响的试验研究

冶金工业和水泥工业是全球CO₂排放的主要行业,面临着巨大的“碳减排”挑战。钢渣是冶金工业产生的大宗固体废弃物,在富CO₂的环境下具有较高的碳化反应活性。本文以钢渣为主要原料,研究钢渣在常温常压下的碳捕集能力,制备了用于水泥行业的碳化钢渣掺合料,并探索了其对水泥砂浆流动度、力学强度和微结构的影响。结果表明,钢渣可在常温常压下捕集CO₂,钢渣的碳化增重最高可达9.11%,表明每吨钢渣可捕集约90 kg CO₂;经过碳化处理的钢渣由于表面形成了多孔碳化产物,吸水率会增加,因此会对水泥砂浆的流动度有一定的影响;掺有碳化钢渣的水泥基材料结构更为致密,水泥砂浆后期力学强度优于掺有未碳化钢渣的水泥基材料,并且碳化增重率越高,水泥砂浆的28 d抗压强度也越高。     

Limestone calcination in a rotary kiln

An experimental study of the calcination of limestone has been carried out in a highly instrumented pilot-scale rotary kiln. Local gas, solids, and wall temperatures and pct calcination have been measured under a range of operating conditions to determine the influence of limestone type, feed rate, rotational speed, inclination angle, and particle size on calcination and heat flow in the kiln. Thus, it has been found that the local calcination is dependent primarily on the solids temperature and hence on heat transfer. Of the variables studied, the limestone feed rate has the strongest effect on the temperature and calcination fields, whereas inclination angle and rotational speed are relatively less important. The different limestones studied exhibited significant differences in heat-absorption capacity and calcination temperature which may be related to their radiative properties. Increasing particle size over a range of 0.75 to 3.5 mm resulted in an increase in both heat transfer to the bed and calcination.     

入口气组分对质子交换膜燃料电池柴油水蒸气重整制氢流程的影响

考察了Ni-Yb/γ-Al₂O₃(Ni 16%,Yb 5%,质量分数)催化剂,入口气中添加不同组分(CO₂、H₂和CH₄)对柴油低/高温水蒸气重整过程中转化率及重整率的影响,以及添加CO₂入口气对质子交换膜燃料电池柴油水蒸气重整制氢流程中后续的CO水气变换和深度去除CO过程的影响.结果表明:入口气中添加CO₂或H₂进一步提高了柴油在低温(400～500℃)水蒸气重整反应中的转化率(<95%),能够为后续的高温(550～750℃)水蒸气重整过程提供CH₄代替柴油作为重整原料,从而显著抑制了积碳.入口气中添加H₂对高温水蒸气重整有抑制作用,添加CH₄不利于提高柴油转化率.入口气中添加CO₂时,气碳摩尔比约为0.54时柴油转化率最佳,但重整产物中CO含量会增加,因而后续CO水汽变换过程的空速需降低以便保证CO去除率,添加CO₂对最后深度去除CO过程(两段选择甲烷化法)无明显影响.      

A mathematical model of calcination of limestone in rotary kiln

A mathematical model of the rotary kiln for the calcination of limestone was developed by considering calcination kinetics, mass and energy balance of solid and gas. A system of strongly nonlinear equations with two point boundary conditions were numerically solved. The measured outlet temperature of gas and calculated combustion temperature were used as boundary conditions. By applying this developed model, the axial temperature profiles of gas, solid and wall and the axial concentration profiles of solid and gas were calculated from operating conditions. The temperature of outer wall and limestone conversion calculated by model were in good agreement with those measured from running rotary kiln at Kwangyang Steel Works.     

焙烧铜渣中磁铁矿的物性转变研究

为探究熔融状态下,焙烧铜渣中磁铁矿的物性转变,对铜渣进行了CO/CO₂气氛下熔融氧化焙烧实验。考察了CaO添加量与焙烧温度对于渣中Fe₂SiO₄向Fe₃O₄转变过程和Fe₃O₄迁移并富集的影响。CaO的添加促进了渣中Fe₂SiO₄向Fe₃O₄转变和Fe₃O₄迁移富集,而选择适宜的焙烧温度才能最大程度让Fe₃O₄迁移富集。最后发现在CaO添加量为铜渣质量的25 %,焙烧温度1 300 ℃,保温时间2 h,CO₂和CO体积比为190:10的条件下焙烧铜渣,铜渣中的Fe₂SiO₄基本完成了向Fe₃O₄转化,且Fe₃O₄迁移与富集程度较好。      

原料粒度比在白灰窑分级煅烧中的实践

由于矿山系统生产工艺的制约,导致白灰窑使用的原料有时不够,通过扩大使用原料的粒度范围,找出最适合的原料粒度比,对两条生产线采用分级煅烧的实践,保证了白灰窑的产量和质量,收到较好的效果。     

焦炭在H2O+CO2气氛中的溶损反应特性

 为了研究富氢高炉内焦炭的溶损反应特性,开发了连续进水的全自动焦炭反应性测定装置,分别利用CO₂和N₂载带不同比例H₂O(0%～30%)提供H₂O+CO₂(H₂O和CO₂混合气体)和H₂O+N₂(H₂O和N₂混合气体)的含水气氛进行焦炭溶损试验,通过红外气体分析仪实时记录出口气体中CO和H₂的摩尔分数,研究了焦炭在H₂O+CO₂气氛下的溶损反应过程以及碳溶反应(C+CO₂=2CO)和水煤气反应(C+H₂O=CO+H₂)的动力学过程。研究表明,随着H₂O+CO₂混合反应气氛中H₂O比例的增加,焦炭的碳素溶损率和溶损速率均逐渐增大,而且水煤气反应的溶损速率逐渐变大、碳素溶损率逐渐升高,但是碳溶反应的溶损速率则逐渐减小、碳素溶损率也逐渐降低,这说明H₂O+CO₂反应气氛中H₂O和CO₂同时与焦炭反应存在显著的竞争作用。通过分析碳素溶损率和水蒸气含量线性关系的拟合斜率发现,焦炭在H₂O+CO₂混合反应气氛中发生的碳溶反应和水煤气反应的斜率均小于单纯单一气氛下的碳溶反应和水煤气反应的斜率,并提出基于斜率差值的抑制因子α表征H₂O和CO₂对碳溶反应和水煤气反应互相影响程度,CO₂对水煤气反应的抑制因子α_<sub>CO₂/H₂O为0.253,H₂O对碳溶反应的抑制因子α_<sub>H₂O/CO₂为0.179,α_<sub>CO₂/H₂O为α_<sub>H₂O/CO₂的1.41倍,CO₂对水煤气反应的抑制程度强于H₂O对碳溶反应的抑制程度。     

CO2作为RH提升气的冶金反应行为研究

钢液真空循环脱气法（RH）精炼能够利用高真空和钢液循环流动有效脱气和去除夹杂物。同时,炼钢环境下 CO₂可与钢液中[C]反应生成CO提高搅拌强度。因此,本文提出将CO₂作为RH提升气进行真空精炼。针对CO₂在RH精炼过程的冶金反应行为特性,通过热力学理论分析了极限真空条件下CO₂脱碳的有利条件及限度,同时搭建了CO₂作RH提升气工业试验平台,通过工业试验对比研究了CO₂/Ar分别作提升气时对钢液精炼过程的影响。结果表明,若单纯考虑CO₂与碳反应,则当钢液中[C]低于1.8×10?6,CO₂仍然具有氧化碳元素的能力。然而,CO₂对钢液中碳铝元素存在选择性氧化,当铝含量低于一定程度时,CO₂主要参与脱碳反应;反之,CO₂则会造成一定铝损,因此若采用新工艺需考虑铝合金加入时机以及加入量。此外,CO₂用作RH提升气可获得与Ar效果相当甚至更优的脱氢效果,喷吹同等量CO₂并未造成钢液的大幅温降,因此CO₂完全有潜力作为RH提升气,进而完成精炼。