CO/CO2气氛下Fe-C合金气固反应脱碳

 为研究Ar-CO-CO₂气氛下Fe-C合金薄带的脱碳效果,通过热力学分析结合试验,确定脱碳气氛条件混合气体流量为850 mL/min,CO的体积分数为25%,PCO₂/(PCO+PCO₂)为0.26。以初始碳质量分数为4.2%左右的Fe-C合金薄带为研究对象,探索不同脱碳温度、薄带厚度、脱碳时间对脱碳效果的影响。研究结果表明,对厚度为2 mm的Fe-C合金薄带,脱碳温度分别为1 293、1 353、1 413 K,脱碳60 min后,平均碳质量分数分别为2.748%、1.870%、1.134%。厚度分别为1、1.5、2 mm的Fe-C合金薄带,脱碳温度为1 413 K,脱碳时间为60 min,对应的碳质量分数分别为0.32%、0.92%、1.05%。证明提高脱碳温度、延长脱碳时间、减少薄带厚度均有助于提高脱碳效果。     

CO2和H2O气氛下Fe-C合金薄带脱碳对比

 为了对CO₂和H₂O两种气氛的脱碳效果进行对比,将碳质量分数约为4.2%的Fe-C合金薄带分别在两种气氛中进行脱碳处理。通过热力学分析结合试验保证碳被脱除且铁不氧化的气氛条件分别为:Ar-CO-CO₂(气体流量为850 mL/min,CO的体积分数为25%,$P_{CO_2}$/(P_CO+$P_{CO_2}$)为0.26),Ar-H₂-H₂O(气体流量为500 mL/min,H₂体积分数为15%,水浴温度为313 K)。当脱碳温度为1 413 K时,Ar-H₂-H₂O气氛下,脱碳时间为50 min时,脱碳后的平均碳质量分数为0.6%,Ar-CO-CO₂气氛下,脱碳时间为70 min时,脱碳后的平均碳质量分数为0.92%。当脱碳时间相同时,Ar-H₂-H₂O的脱碳效果优于Ar-CO-CO₂的脱碳效果,由于随着脱碳反应的进行薄带表面与氧化气体反应达到平衡,Ar-H₂-H₂O反应平衡时薄带的碳活度要低于Ar-CO-CO₂气氛条件的碳活度,导致Ar-H₂-H₂O气氛条件下薄带的碳浓度梯度高于Ar-CO-CO₂气氛条件,进而导致Ar-H₂-H₂O气氛条件的扩散通量大,脱碳效果好。     

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。      

CO2在钢铁工业资源利用现状

钢铁生产过程CO₂的资源利用问题将对我国CO₂减排任务的完成起到重要作用.以CO₂在钢铁工业中的资源化利用为出发点,分析了国内外CO₂气体作为反应气体、搅拌气体及保护气体等在钢铁生产过程中的应用现状. CO₂用作反应气体主要应用在BOF转炉炼钢、不锈钢生产及钢渣碳酸化处理;CO₂用作搅拌气体主要应用于转炉底吹、钢包搅拌及LF炉精炼;CO₂用作保护气主要应用在出钢、中间包及连铸等工序.利用CO₂用于钢铁生产具有成本低、热力学条件好、密度大、搅拌能力强及实现CO₂资源利用等优点,CO₂喷吹之后反应体系中CO₂的利用率需进一步研究.      

变压吸附脱除CO2降低干熄焦烧损的探讨

结合焦化行业干熄焦装置的运行情况,针对在干熄焦生产工艺中焦炭实际烧损率大于设计值的问题,提出了用变压吸附法,对20%的循环气进行脱碳,以降低干熄焦烧损率。并对其技术和经济可行性进行了探讨。     

富镧钕金属在RECl3-KCl和RECl3-KCl-CaF2体系中溶解损失研究

利用差重分析,研究了富镧钕金属在RECl3-KCl和RECl3-KCl-CaF2体系中溶解损失及添加剂CaF2对其的影响,得到了数学模型,绘制了各因素与溶解损失的关系曲线,并进行了讨论.     

CO2矿物碳酸化的研究进展

CO₂的温室气体效应已为全世界环保工作者所重视。CO₂ 的矿物固定即碳酸化是减少其温室气体效应的有效方法之一。本文从矿物碳酸化的热力学、动力学方面分析了这种方法的可行性以及反应机理、速率影响因素等;总结了其工艺路线、生产成本以及产品的性能、用途等。指出用钢铁工业的废弃物-钢渣固定CO₂具有大的应用前景。     

CO2-O2混合喷吹工艺冶炼不锈钢的基础研究

经过大量理论计算与实验室试验,北京科技大学研究人员成功将CO2-O2混合喷吹(COMI)工艺应用到不锈钢的冶炼中。试验结果表明,COMI工艺不影响不锈钢的正常冶炼,且可促进熔池脱碳保铬,减少镍损,利于不锈钢质量的提高。此外,该工艺利用部分CO2代替O2和Ar,吨钢节约成本20～45元,循环利用CO2,利于低碳经济的发展。     

CO2用于K-OBM-S转炉冶炼不锈钢的理论分析与实践

为探究K-OBM-S转炉冶炼不锈钢过程中用CO₂代替底吹氩气(Ar)的可行性,以409不锈钢为例,基于热力学计算明确了底吹气中CO₂体积分数应高于30%,以此保证在脱碳末期CO₂仍能参与脱碳反应.CO₂氧化1 kg C,Si和Cr就会使1 t 409不锈钢钢水分别降温13.8 K、升温10.9和3.9 K,该升温效果显著低于O₂.理论分析表明,CO₂总流量应低于6.56 m³/t,以此保证脱碳终点钢水温度高于1 923 K,避免Cr发生严重氧化.利用太钢80 t K-OBM-S转炉开展相关工业试验,结果表明,与原底吹工艺(30 m³/min O₂+30 m³/min Ar, O₂-50%Ar)相比,试验工艺(35 m³/min O₂+27 m³/min CO₂,...     

基于碳素流分析铁前系统CO2排放及减排措施

本文通过对铁前系统碳素流和能量流进行分析,并基于碳素平衡原理,构建工序层级和铁前系统层级的碳素流输入-输出模型,得出焦化工序的煤气燃烧、烧结工序的固体燃料和点火煤气消耗、炼铁工序焦炭和喷煤消耗的碳排放潜力最大,同时指出改变铁前系统能源结构和重视高炉煤气和焦炉煤气的回收与低碳化利用以及开发节能新技术是解决铁前系统CO₂排放问题的重要措施。     

H2/H2O气氛下Fe?C合金薄带气固脱碳反应动力学

为对H₂/H₂O气氛下Fe?C合金薄带的气固反应脱碳进行动力学研究,在保证快速脱碳而铁不氧化的前提下,利用可控气氛高温管式脱碳炉,研究了不同的脱碳温度、薄带厚度、脱碳时间对Fe?C合金薄带脱碳效果的影响。结果表明延长脱碳时间、提高脱碳温度、减少薄带厚度均可提高脱碳效果。当脱碳温度为1353 K,在脱碳过程中,薄带可以分成明显的3层,由表面到内部依次是完全脱碳层、部分脱碳层和未脱碳层。完全脱碳层的组织为铁素体,此部分碳含量最低;部分脱碳层由铁素体、渗碳体和少量石墨相组成,未脱碳层由珠光体和大量石墨相组成,此部分碳含量最高。脱碳层的厚度随着脱碳时间的延长而增加,脱碳层的厚度y与时间t平方根满足良好的线性关系,可用函数y =kt0.5描述,碳原子扩散所需扩散激活能为122.36 kJ?mol?1,脱碳反应为表观一级反应,表观活化能为153.79 kJ?mol?1。      

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在炼钢工艺中的资源化利用现状与展望

将CO₂用于炼钢工艺可实现对CO₂资源化利用,是一种绿色化、低成本、高效率和易实现的冶炼技术。本文以采用CO₂炼钢工艺为立足点,介绍了近年来CO₂在转炉、电弧炉等流程的应用研究现状和发展情况。同时,结合基于钢铁企业的实际运用情况,概述了CO₂资源化利用在炼钢过程中的可行性和实际效果。CO₂可作为反应气体、保护气体、搅拌气体应用在炼钢工艺过程中,具有生产成本低、热力学条件好、搅拌能力强等优点,应用前景非常广阔。实际生产表明,采用CO₂炼钢可提高铁水脱磷率5%～7%,吨钢节约生产成本9元以上。CO₂在炼钢工艺中的资源化利用将是实现我国钢铁行业高效率、低成本减排的重点研究方向之一。以我国年产粗钢10亿t估算,采用CO₂炼钢工艺可降低钢铁行业CO₂总排放量约5%左右。     

O2/CO2气氛下煤粉燃烧数值模拟

采用CFD技术对不同气氛下煤粉燃烧过程进行了研究。用Fluent软件模拟不同工况下煤粉燃烧,获得煤粉燃烧的一些基础性参数,为实际应用提供相应的指导;建立包括气相湍流流动、气固之间传热、煤挥发分析以及燃烧等过程在内的三维数学模型;将不同气氛下煤粉燃烧的特性进行对比,研究气氛变化对燃烧的影响规律。     

CaSO4-WO3体系在H2SO4溶液中的溶解行为研究

采用酸式硫酸盐与钨矿焙烧的方式,可将钨矿中砷转变为易挥发的砷化物并由碱液吸收,从源头上改变砷在钨冶炼系统中易分散的走向,大大减少钨冶炼中含砷危废渣的形成;同时,钨矿经焙烧转变为MnSO₄、Fe₂(SO₄)₃+WO₃或CaSO₄+WO₃产物,下一步则需将焙烧产物中钨与杂质进行有效分离,以得到较纯的钨化合物。通常,采用廉价的硫酸即可有效溶解MnSO₄、Fe₂(SO₄)₃,但其是否同样可溶解CaSO₄和WO₃不得而知。基于此,本文系统地研究了CaSO₄-WO₃体系在硫酸中的溶解行为。结果表明：在硫酸体系中,CaSO₄溶解度显著大于WO₃溶解度,二者溶解度差异随硫酸浓度变化较小,随温度变化较大;控制一定的酸度和温度可实现CaS...     

钢铁工业减碳与CO2资源化利用技术的研究进展

在全球“碳达峰、碳中和”新发展背景下,钢铁工业低碳发展尤为重要。分析了钢铁工业构建低碳循环及减碳领域的典型技术研究现状,以及新型CO₂资源化利用产业的发展情况。从全球相对成熟的钢铁工业生产流程现状出发,重点介绍了高炉-转炉、全废钢-EAF、直接还原和熔融还原4类钢铁生产流程的碳排放强度。目前,全球钢铁制造流程主要以高炉-转炉长流程和废钢-电炉短流程为主,长流程吨钢碳排放强度约为电炉短流程的3倍。结合全球钢铁产量的演变值推算了2001—2022年间全球钢铁工业的CO₂排放量,阐述了减碳以及CO₂资源化利用的紧迫性和必要性。根据已有的钢铁工业减碳经验,选取日本、欧洲和中国的低碳冶炼项目进行分析,包括其在钢铁工业减碳发展中所进行的试验性技术探索和阶段发展实践。在钢铁工业减碳的基础上,推进CO₂的资源化利用是实现钢铁工业碳中和的重要任务。阐述了钢铁企业碳捕集固碳技术的研究现状与特点,系统归纳了当前助力钢铁工业CO₂资源化利用的有效方法,包括在炼钢转炉和精炼工序上采用不同模式的CO     

碳还原锆英石分离SiO2和ZrO2

进行了配碳量、温度、时间和颗粒大小及试样形式对碳还原锆英石中SiO₂的实验研究,得到相应脱硅率的影响规律。理论上,脱硅率的极大值可达到97.22%。碳还原锆英石的表现反应活化能,在1600~2000℃温度范围内为282.04kJ/mol。锆英石被碳还原的限制环节是锆英石的热分解,而不是它裂解成SiO₂之后再与碳的反应。     

低碱度含FeO渣热分解H2O/CO2制取H2/CO

以转炉钢渣为原料,通过高温重熔获得不同碱度渣样并开展H₂O/CO₂氧化试验,在获得H₂/CO气体能源的同时改善渣样磁性,提升渣综合利用率。试验结果表明,随着碱度增加,析出主要物相从橄榄石到镁蔷薇辉石最终向硅酸二钙转变,与此同时,固溶在其中的RO相逐渐溶出。相同亚铁含量下,高碱度渣样能够大幅度改善氧化反应效率,碱度1.83渣样最高产气量为H₂ (32.3 cm3/g)、CO (22.1 cm3/g),反应率分别达到了83.7%、57%,碱度1.13的渣样反应率分别仅为 40.5%、32%。氧化后的渣样磁选效率均有提高,碱度2.13渣样从14.85%增加到78.75%。     

钢铁生产CO2过程排放分析

钢铁生产成为大气中温室气体CO2的一大来源,准确测算钢铁生产CO2过程排放量是评估企业或行业减排的保障。建立基于CO2排放模块的CO2排放模型,选定国内典型钢铁生产企业进行分析,发现炼铁工序的CO2排放占总流程的60%左右,同时进一步分析了整体CO2排放强度与吨钢能耗的关系及工序CO2排放强度的分布。     

CaO-SiO2-Al2O3-MgO-FeO渣对Al2O3的溶解

为了控制低碳铝镇静钢中Al₂O₃夹杂物,并提升渣系对Al₂O₃夹杂物吸附能力,采用FactSage 8.1模拟计算CaO-SiO₂-Al₂O₃-5%MgO-5%FeO渣系的等黏度图和等ΔC/η(ΔC=C■-C■,η为渣的黏度)值线图。根据模拟计算图选取合适的五元精炼渣做Al₂O₃的吸附试验,试验研究了Al₂O₃在CaO-SiO₂-Al₂O₃-5%MgO-5%FeO渣系中的溶解速率,讨论了Al₂O₃棒浸入深度、直径、转速、渣成分以及温度对Al₂O₃溶解速率的影响,求解了Al₂O₃在溶解过程中的活化能。最后,采用场发射扫描电子显微镜(Apreo S HiVa...