焦炭床内铁水渗碳行为

摘要：高炉冶炼过程中铁水最终渗碳量接近饱和,相比而言,闪速炉中没有固体炉料的压迫作用,无法发生像高炉炉缸内死料柱根部与铁水之间的渗碳反应,最终渗碳量难以预料。为此,以电解铁和化学纯石墨为原料,利用管式电阻炉升温到1855K熔化铁块,以高纯Ar作为保护气体研究焦炭床内铁水渗碳行为,并对铁水渗碳行为进行数值模拟,为闪速炼铁工业化打下基础。实验结果表明,终铁C含量随焦炭粒度增大和渗碳床高度降低而减小,且铁水初始C含量对终铁C含量具有较大影响。对于不同条件下铁水渗碳反应中C元素的迁移规律,基于VB编程技术进行了数值模拟,模拟结果与高温实验结果较吻合,相对误差在3%以内。渗流速度控制因子始终控制在05左右,即铁水在焦炭床中的平均速度为初始滴落速度的一半左右。     

Investigation of Reduction and Smelting Mechanism in the Hi‐QIP Process

A new coal‐based reduction and smelting process for production of high quality iron pebbles in a rotary hearth furnace (Hi‐QIP Process) was developed. The reduction, carburization, smelting, and separating mechanism of the Hi‐QIP process were investigated. The experiments were carried out in a graphite heater furnace under rapidly heating up to 1773 K. A mixture of coal and ore produced molten metal and slag, which were held on the coal and did not come into contact with the refractory located under the coal layer. It is confirmed that the reduction of wettability between the iron and slag promotes the separation of them, when the content of FeO slag decreases. High productivity of the process is expected when using iron ore with small particle diameter and low gangue content. Favourable operating results were obtained in a pilot test using a rotary hearth furnace with a diameter of 7 m and a width of 1.5 m. This test demonstrated the possibility of continuous production of iron pebbles with high productivity (15t‐iron/d).     

含钒铁水增碳与增碳剂的选择

通过分析含钒铁水增碳的热力学,证明了含钒铁水增碳的可行性。然后在1 500℃的增碳温度下,将5种增碳剂加入到含钒铁液,进行增碳试验。由试验结果可知,5种增碳剂的增碳效果优先顺序为:低氮增碳剂、石墨、无烟煤、碳粒、焦炭,增碳反应的平衡常数K的数量级为10~(-4)s~(-1)。分析认为,增碳效果的不同主要与增碳剂中硫含量和灰分含量的差别有关。综合分析表明无烟煤是含钒铁水增碳的最佳增碳剂,在实际生产中,吨铁加入13.2 kg无烟煤时,增碳量为0.5%。     

高炉焦炭在铁水中溶解行为研究现状及展望

在当前及未来大型高炉高冶炼强度的条件下,加快焦炭在铁水中的溶解速率、提高高炉炉缸铁水的碳饱和度是削弱碳不饱和铁水对炉缸炉衬侵蚀、保证炉缸正常工作及延长高炉寿命的重要措施,同时可以为下游的炼钢工序提供部分热量来源。首先对国内外焦炭在铁水中溶解的试验和模拟研究方法进行了概括,然后对焦炭自身结构性能、焦炭中矿物质、铁水的物理性质等影响焦炭溶解速率的因素进行了详细分析。结果表明,碳结构的有序度和铁水温度的升高有利于焦炭的溶解,而焦炭中矿物质及铁水中硫、磷等元素的存在会抑制铁水的进一步渗碳。研究结果为高炉操作者理解焦炭在铁水中的溶解行为提供借鉴,指导钢铁工业的节能减排。     

金隆闪速炉炉体改造

通过逐步改造,金隆闪速炉由原设计冶炼能力100kt/a矿铜提高到目前350kt/a,实现了超热负荷情况下的闪速冶炼。本文阐述了金隆闪速炉从投产至今的炉体改造过程和部位。     

不同增碳剂对含钒铁水增碳的理论分析和试验

 用热力学方法计算并分析了铁水增碳过程中碳溶解反应自由能变化以及碳氧化反应自由能变化的关系,认为碳的氧化是阻碍铁液增碳的不利因素,增碳反应必须在氧气较少的气氛中进行。在此基础之上,进行增碳试验。首先利用过量石墨增碳,分别得到含钒铁水在1 450、1 500、1 550 ℃时的碳饱和溶解度,并拟合得到碳溶解度与温度的关系式,即[w(Cs)＝2.7×10－3T＋0.38。]然后将不同的增碳剂加入到由铁屑熔化而得到的含钒铁液中,并保温一定时间进行增碳试验。由试验结果可知,5种增碳剂的增碳效果优先顺序为：低氮增碳剂、石墨、无烟煤、碳粒、焦炭。由动力学计算可知,在本次试验条件下增碳反应速率常数的数量级为10－4 s－1。通过分析认为,提高温度可以促进增碳反应的进行,而增碳剂中的硫和灰分抑制增碳反应的进行。     

高炉内铁?焦界面的渗碳润湿行为研究

高炉内铁水渗碳过程是影响冶炼效率及未饱和铁水对炉缸炉衬侵蚀的重要因素。本文通过高温真空润湿性测试装置模拟了高炉炉缸区的铁水渗碳反应,分析了不同碳质量分数（3.8%、4.3%、4.8%）的Fe?C熔体与质量分数为99.9%的石墨基体在高温下界面间的润湿反应,同时利用扫描电镜（SEM）和能谱仪（EDS）研究了渗碳界面的微观形貌及渗碳距离。结果表明:界面接触角随着Fe?C熔体中碳含量的增加而变大;熔化过程中,接触角随着反应时间延长而减小,并最终趋于稳定;4.8%碳质量分数的Fe?C熔体中由于含碳量已至饱和,处于不润湿状态。扫描电镜分析显示,Fe?C熔体与石墨基体的接触界面形成了“球帽状”凹陷,凹陷半径与体积随碳含量的增加而减小。能谱线扫描分析显示,随着Fe?C熔体中初始碳含量的增加,石墨基体中的碳素溶解量减少,渗碳效果变差,良好的润湿性有利于碳的传质。通过计算表面能发现,石墨基体中碳素溶解进入Fe?C熔体后,有效减小了两者之间的表面能,使得表面张力减小,接触角在熔化期间递减。      

Surface and interfacial properties of Fe-30%Cr-S alloys in contact with alumina

The surface tension of liquid iron-30% chromium alloys at 1823 K was determined as a function of sulfur content using the sessile drop technique. The surface tension of iron-30% chromium alloys decreases with increasing sulfur content and the results can be described by the following equation for sulfur mass contents of greater than 21 ppm: γ = 1592 – 178ln(1 + 145a_S)mN/m. The contact angle between the droplet and an alumina substrate was also measured and found to decrease from 142° at 21 ppm sulfur activity to 80° at a sulfur activity of 0.53 (related to the standard state with a mass content of 1%). From these measurements the interfacial energy between liquid iron-30% chromium alloys and alumina was calculated using Young's equation. The interfacial tension can be described by the following equation: γ = 2026 – 519ln(1 + 29a_S)mN/m.     

铁硫合金制备工艺的优化

在火法炼铜过程中,用密度和熔点合适的铁硫合金消除沉降电炉过厚的炉结是较为理想的方法。结合前期研究,对制备铁硫合金工艺进行了优化。运用金相显微镜、XRF进一步探索了制备铁硫合金的过程中,二元碱度（R=m（CaO）/m（SiO₂））、碳粒度及碳添加比对铁硫合金密度和汇聚率的影响。结果表明:二元碱度为1.3、碳粒度为0.25~ < 0.42 mm、碳添加比为1时,制备出的铁硫合金密度和汇聚率较优;较优制备条件下铁硫的实际利用率为85.11%,损失在渣中的铁远高于硫,因此制备出的铁硫合金实际硫含量偏高。      

2007～2016年金隆闪速炉生产技改概述

1997年金隆投产设计冶炼能力为100kt/a矿铜,经过20年生产实践,历经多次技术改造,现矿铜产量已经达到350kt/a,在线运行热负荷最高达2 302 MJ/(h·m3),本文主要介绍金隆公司2007至2016年历次技术改造、闪速炉生产状况、渣含铜变化等情况。     

铅富氧闪速熔炼新技术

由北京矿冶研究总院提供主体工艺设备与设计、与灵宝市华宝产业有限责任公司合作开发的我国第一座具有完全自主知识产权的10万t/a铅富氧闪速熔炼厂于2011年5月10日在河南省灵宝市正式投料生产。入炉物料含铅约30%,闪速熔炼渣含铅8%～12%。经电炉贫化还原,电炉弃渣含铅小于2%、含锌小于2%、平均含银小于6g/t、含金小于0.1g/t、含铜小于0.1%。粗铅品位大于98%。闪速熔炼烟尘含铅大于65%、含锌小于3%,烟尘率8%～12%且全部闭路返回熔炼。铅回收率大于98%、金银回收率大于99.5%、总硫利用率大于98%。包括还原贫化电炉挥发锌的能耗在内,粗铅综合能耗213kgce/t。     

侧吹炉的现状与展望

阐述了目前侧吹炉的炉体结构、主要设计参数、运行操作以及存在的主要问题。提出了为进一步提升侧吹炉在投资及运行成本方面的优势,侧吹炉需要朝着优化炉体结构、大幅度提高产能、大幅度提高炉体寿命、操作机械化以及运行智能化等方面发展。论述了处理能力由现在的300 kt/a大幅度提高到600 kt/a的方法以及炉体寿命由现在的2～3年大幅度提高到闪速炉熔炼炉炉体寿命的8～9年而采取的措施。     

转炉钢渣气化脱磷反应的热力学分析及试验

转炉渣在钢铁厂内部循环使用是最便捷的钢渣二次利用途径,但目前循环利用量甚少,主要是因为钢渣中磷元素含量较高,在烧结过程中难以去除,烧结矿中的磷又经过高炉冶炼几乎全部进入铁水,造成高炉内的磷富集现象,同时又会加重炼钢过程的脱磷负担.采用Factsage 6.2分别对不添加SiO2和添加SiO2条件下钢渣气化脱磷反应的开始温度进行了热力学计算,初步探明了气化脱磷反应的温度、压力条件;在微波加热条件下将纯试剂Ca3(PO4)2与C在1 100℃、103 Pa条件下进行气化脱磷试验,通过检测反应产物验证了气化脱磷反应的可能性;并将钢渣与焦粉在同样条件下进行气化脱磷试验,保温30 min,气化脱磷率达31％.研究结果探明了钢渣气化脱磷反应的热力学条件,为实现转炉渣在钢铁企业内部的循环利用提供了理论依据.     

Reduction and Carburization of Iron Oxide by Carbonaceous Materials

The iron nugget making process, where mixtures of iron ore powder and pulverized coal are made to heat rapidly, is regarded as a new ironmaking process. Since the iron carburization reaction is an especially important step from the viewpoint of energy saving in this process, the purpose of this study is to reveal the carburization mechanism of reduced iron formed during the heating process of the mixtures. Fe₂O₃ and H₂‐CO‐CO₂ gas mixture were made react with each other to simulate the formation of iron ore and the generation of coal gas from coal during the heating process. An electric resistance furnace was used to heat the samples. A cut surface of the quenched iron product was observed by microscopy. Carbon content in the iron was analyzed after reduction and carburization of Fe₂O₃. It is considered that there are many possibilities in the real process to carburize the reduced iron during the heating process, such as carburization with CO formed by coal combustion, solution loss reaction, and direct carburization with coal. It was observed in the present work that the carbon content in the reduced iron became the highest as Fe₃C was formed during the heating process. Therefore, it became clear that the key technology for production of pig iron containing high carbon was to control the formation of Fe₃C in the heating period of the mixture. The carburization mechanism was discussed in this study based on these experimental results.     

高锌渣配入锌精矿的沸腾炉生产探讨

根据 40kt/a硫酸系列的 30m2 沸腾炉产出焙尘含硫高的问题 ,提出了在入炉锌精矿原料中配入高锌渣的生产方案 ,回收高锌渣和减少焙烧矿杂质含量创造的效益     

BL法竖炉还原过程中球团内碳与硫元素含量的变化

研究了球团矿在ＢＬ法竖焖还原过程中碳、硫元素的变化趋势,竖炉还原带整个温区内气相的碳势高于炉料的碳势,炉料处于渗碳过程中,球团的碳含量随竖炉料线的下移而增加;球团在还原过程中硫含量基本不变,海绵铁中的硫基本上源于矿石。     

铁矿粉配比对铁焦性能影响的试验研究

 高反应性铁焦是一种能够改善高炉内铁矿石还原反应效率,大幅削减CO2发生量,提高弱黏结煤和低品位矿石使用率的新型高炉原料。系统地研究了铁矿粉种类及配比对铁焦灰分、硫分、相对密度、气孔率、机械强度、热性质、铁矿粉的还原程度等性能的影响。试验结果表明,随着铁矿粉配比的增加,铁焦的硫分有所增加,灰分线性增加,真、假相对密度均提高,总、显气孔率均降低,抗碎强度和耐磨强度均降低,反应性提高、反应后强度降低,金属铁含量增加,加矿和鄂矿的还原程度提高、澳矿有所降低。当铁矿粉配比为15%时,加矿或鄂矿铁焦中金属铁（MFe）的质量分数为6%~9%,铁矿粉中的氧化铁有55%~70%还原成铁。     

氢气含量对含铁炉料还原及软熔性能的影响

为了研究氢气含量对含铁炉料还原及软熔性能的影响,利用程序还原炉分析了不同氢气含量对含铁炉料还原性能的影响,利用高温熔滴炉模拟高炉喷吹含氢煤气,研究了氢气含量对含铁炉料软熔性能的影响。结果表明,当增大氢气含量后,炉料的软化温度会升高,滴落温度逐渐降低,同时也会改善炉料结构的透气性,使得渣铁更加容易分离;氢气含量会使含铁炉料中的FeO含量降低,弱化了脱碳反应,从而促进生铁中碳含量的增加。低温时氢气含量对还原几乎没有促进作用,高温则会促进氢气的还原性能;同时,氢气会促进含铁炉料中铁的析出。     

CHARP工艺过程中的硫行为及硫控制

 对转底炉煤基热风熔融炼铁工艺(CHARP)含碳球团还原熔分过程中硫的分配、硫的行为以及如何降低或控制珠铁中的硫含量进行了实验研究。结果表明，除了控制原料中以及垫底料中硫含量以外，应尽量缩短珠铁形成以后其在炉内的停留时间，防止液态铁从垫底料中吸硫；垫底料中混合适量的固硫剂有利于降低珠铁中硫含量。含碳球团中碱度对珠铁降硫作用不大，添加适量的Na2CO3和MnO2对珠铁具有较显著的降硫效果。氧化性气氛可促进含碳球团中硫的挥发。     

添加剂对低品位菱铁矿制备高品位碳化铁的影响

低品位菱铁矿作为一种典型的难处理铁矿目前难以应用于钢铁行业.为了促进低品位菱铁矿的利用,提出了渗碳-磁选-酸浸制备优质电炉原料(碳化铁)的新工艺,并探究了添加剂对菱铁矿球团渗碳产物中碳化铁和脉石分离的作用机制以及对酸浸过程中碳化铁提纯效果的影响规律.结果 表明,添加剂能显著促进碳化铁颗粒长大、改善碳化铁与脉石的嵌布关系...