碱金属对高炉炉料的影响

通过研究碱金属对邯钢高炉炉料的影响,得出随着温度的升高,炉料吸附碱金属含量逐渐上升,但在1100～1300℃时炉料吸附碱金属含量随温度上升而下降。随着烧结矿、球团矿和焦炭粒度的增加,吸附的碱金属含量均减小。随着碱金属含量的增加,焦炭反应后的强度下降,反应性升高;烧结矿、球团矿的低温还原粉化率RDI-3.15和RDI-0.5升高,RDI+6.3迅速下降。     

高炉炉料吸附铅蒸气规律及对炉料冶金性能的影响

在实验室研究了温度、粒度对烧结矿、球团矿和焦炭吸附铅蒸气的影响,并对吸附铅蒸气后炉料的冶金性能进行了研究.结果表明:温度为1 000 ℃时,炉料的铅吸附率出现最大值,随粒度增大,吸附率降低;随着铅吸附量的增加,烧结矿、球团矿的RDI增加,焦炭的反应性增强,反应后强度降低.控制炉料粒度是提高高炉排铅率的有效措施.     

高炉内碱金属和碱金属氯化物对焦炭的影响

针对近年炉料劣化,碱金属严重影响高炉冶炼的问题,对某钢厂碱金属对焦炭的影响进行了研究.前人大多是采用焦炭浸泡碱金属碳酸盐的方法("浸碱"法)研究碱金属对焦炭的影响,根据实际高炉炉身中下部区域,绝大部分碱金属是以气态形式存在,设计了一个吸附碱金属蒸气的装置,研究了碱金属蒸气对焦炭的影响;还研究了用来改善烧结矿低温还原粉化...     

碱金属对高炉原料冶金性能的影响

通过分析碱金属在高炉内的还原和循环机理,研究了碱金属对焦炭、烧结矿、球团矿等原料冶金性能的影响。结果表明:随着碱负荷的增加,焦炭的CRI升高,CSR下降,当焦炭中碱负荷由0.0 kg/t升高到0.7 kg/t时,焦炭的反应性增加14.28%,反应后强度下降14.39%,可见少量的碱金属就能催化焦炭的气化反应;随着碱负荷的增加,烧结矿和球团矿的低温还原粉化率RDI-3.15和RDI-0.5升高,而RDI+6.3却迅速下降。严格控制烧结矿、球团矿、焦炭的碱金属含量是降低碱金属危害的根本措施。     

高炉内氯元素反应行为的热力学分析

利用热力学软件(HSC Chemistry 6.0)研究氯元素在高炉内可能存在的化学反应,分析氯元素在高炉内不同温度区间发生的主要化学反应,得到无碱金属、少量碱金属和大量碱金属存在三种冶炼条件下高炉内氯元素的反应行为。结果表明,在无碱金属存在时,由原燃料带入高炉内的氯多生成HCl气体;在含少量碱金属时,氯以HCl气体和碱金属氯化物的形式存在;在高炉内碱金属含量较高时,氯主要以碱金属氯化物形式存在。上述含氯产物随高炉煤气上升,部分吸附在含铁炉料和焦炭上并随之下降,部分随高炉煤气排出,少量氯元素被炉渣吸收,从而影响高炉冶炼过程。。     

风口取样装置在攀钢的应用

通过对高炉风口取样装置取出的焦炭的粒度、热性能、灰成份、碱金属含量的分析研究,分析结果表明,攀钢高炉风口回旋区长度约为2m,高炉风口回旋区沿径向上,焦炭灰分、碱金属、热性能都先变小后变大。随着喷煤量的增大,风口焦的平均粒度变小,回旋区缩短。     

富碱焦炭在不同反应条件下的溶损劣化模式

采用高温热还原法制取K、Na蒸汽,并对四种工业焦炭进行了K、Na蒸汽吸附,对富碱焦炭进行了1 100℃恒温和模拟高炉温度制度下的溶损反应劣化研究,分析了碱金属对焦炭溶损反应速率和反应后强度的影响。结果表明,未富碱焦炭的溶损反应率随着温度的升高而加快,CSR_(25%)随反应温度的升高呈现先减小后增大的规律,溶损反应模式为低温均匀反应模式+中温协同模式+高温反应核模式;1 100℃恒温下富碱焦炭的CSR_(25%)都在未富碱焦炭的劣化模式范围内,且K、Na协同富碱焦炭劣化程度最严重;模拟高炉温度制度下富碱焦炭的溶损劣化强度明显高于1 100℃恒温下的富碱焦炭。     

烧结矿和球团矿吸附锌的规律及冶金性能变化的研究

模拟高炉中锌的还原及其蒸气在炉料吸附的过程,对入炉烧结矿、球团矿做了锌吸附及低温还原粉化的试验。试验结果表明:烧结矿和球团矿的吸附锌量随着温度的增加而提高,随着粒度的增大而减少;随着锌吸附量的增加,烧结矿和球团矿的低温还原粉化指标下降,这会影响到高炉的透气性,生产中应对入炉原料的锌含量做严格控制。     

高炉喷吹煤气后固体炉料的还原与变化

模拟高炉喷吹含氢煤气条件下炉料的变化过程,结果表明,炉料的低温还原粉化率随氢含量增加而增加.随着温度的升高炉料的低温还原粉化率降低.氢含量升高有利于铁氧化物的还原、CO的析碳,温度为900 ℃时氢对还原矿的碳含量无影响.氢含量升高,焦炭的反应后强度大幅度降低.     

碱金属对高炉焦炭结构及性能的影响

焦炭在高炉冶炼过程中发挥着重要作用,高炉的大型化发展以及冶炼强度的提高对焦炭的质量提出了更高的标准,高炉入炉原料中的碱金属对焦炭的结构和冶金性能均有显著影响,为了保证高炉稳定顺行,有必要清晰了解焦炭在高炉冶炼过程中的劣化机制,并采取合理的焦炭质量控制措施。本研究采用气相吸附法考察了碱金属钾和钠对焦炭结构及性能的影响,对焦炭的基础性能检测分析,并采用工业计算机断层扫描（CT）观察焦炭的裂纹及气孔等微观结构。结果表明,钾蒸气对焦炭结构的劣化程度大于钠蒸气,并且随着钾蒸气含量增加,焦炭粉化程度增大,焦炭裂纹进一步延展,孔径增大;但是,焦炭吸附5%钠蒸气后,焦炭内部的裂纹及孔隙变化较小。     

高炉焦炭石墨化过程中的微观组织和冶金性能演变

当前低碳高炉冶炼条件下使得炉内焦炭层变薄,恶化了料柱的透气透液性,焦炭在炉缸高温区石墨化过程中产生的焦粉是导致该现象出现的主要原因之一.为了研究焦炭在高炉下部的石墨化过程对其在炉缸内的冶金性能影响,研究了1100~1500℃不同温度下焦炭的石墨化度改变;同种焦炭石墨化程度与焦炭反应性及反应后强度之间的关系;不同石墨化度焦炭与碱金属侵蚀之间的关系;观察并分析了试验后不同焦炭试样的微观形貌.结果表明,随着温度的升高,焦炭石墨化程度加深,且温度每升高100℃,焦炭石墨化度约提高1.8倍,层间距d₀₀₂值约降低2%,微晶结构层片直径L_a值约提高3%,层片堆积高度L_c值约提高15%;焦炭的表面气孔减少,特别是大气孔减少,焦炭表面镶嵌组织减少,各向同性组织增多,焦炭的结构有序化程度增强.随着焦炭石墨化程度的加深,焦炭的反应性逐渐减小、反应后强度逐渐提高,焦炭表面的劣化情况减弱,生成的大气孔减少,气孔壁破坏趋势减弱.碱金属对焦炭的反应性有促进作用,使焦炭的反应性提高,反应后强度降低.而焦炭的石墨化对焦炭的碱侵害具有一定的抵抗作用,降低了焦炭表面的劣化程度.      

K2O对烧结矿强度影响的试验研究

 炼铁原燃料碱金属含量较高时,既会影响铁矿石质量,还会导致高炉透气性差、焦比升高,这是钢铁企业需要重点关注的问题之一。从碱金属化合物K₂O入手,经过配料制样、强度测验、扫描电镜等,分析其对赤铁矿强度和铁酸钙强度的影响。结果表明,K₂O质量分数由0增加至4%时,赤铁矿烧结后的抗压强度由5 000降低至2 863 N;铁酸钙的抗压强度由3 066降低至680 N。在此基础上,以烧结配料中添加除尘灰的方式,通过烧结杯试验来探究碱金属对烧结矿强度的影响规律。烧结杯试验结果表明,随着除尘灰配比的增加,烧结矿转鼓强度下降。除尘灰配比由0增加到3.23%,烧结矿碱金属w(K₂O+Na₂O)由0.15%增加到0.25%,烧结矿转鼓强度由81.07%降低到75.47%。研究结果可为改善烧结矿强度和合理控制高炉碱负荷提供理论指导和参考依据。     

生物质替代焦粉铁矿石烧结过程中的碱金属迁移行为

通过挥发–冷凝实验装置进行小型烧结实验,运用X射线荧光光谱（XRF）、扫描电镜–能谱仪（SEM–EDS）及电感耦合等离子体发射光谱仪（ICP–OES）等分析检测手段,结合Factsage热力学模拟,对比研究了以木炭和焦粉为燃料,配加含铁粉尘的铁矿石烧结过程中,床层碱金属随烟气挥发迁移的规律、烧结前后的碱金属脱除率以及工艺措施对碱金属脱除的影响。结果表明,K相对于Na更容易被脱除,挥发至烟气中的碱金属化合物主要是KCl,其次为NaCl。增加燃料配比促进了碱金属元素的脱除;在燃料配比相同的条件下,木炭烧结的碱金属脱除效果不及焦粉烧结。烧结过程中,排入废气中的碱金属化合物被下部混合料层大量捕获、吸附,下部床层内捕集的碱金属氯化物促进了碱金属的氯化脱除。添加CaCl₂后,以木炭为燃料时K和Na的脱除率高于焦粉工况,且产物中K和Na的含量较低。配合氯化脱除工艺将生物质应用于铁矿石烧结是烧结生产发展的可行方向。      

高炉炉缸径向焦炭碱金属变化及其对焦炭性能影响的研究

利用风口焦炭取样机取得了整个高炉炉缸半径上的焦炭样品。分析了炉缸径向不同位置、不同粒径的焦炭的碱金属含量,得出:炉缸径向同一位置风口焦炭粒度由小至大的碱金属含量是升高趋势,且同一风口焦炭粒级,由炉缸边缘至中心,碱金属总体呈上升趋势。通过对炉缸焦炭、入炉焦炭光学组织及碱金属的对比分析,得出:入炉焦炭中的各向同性的组成相比于各向异性的组成在高炉内具有较强的抗碳溶损能力;迁钢1号高炉炉缸径向风口焦炭中各向同性的比例与其碱金属含量没有相关性。     

高炉块状带焦炭劣化机理

 模拟高炉块状带气流和温度条件,研究了粒度、熄焦方式和焦炭类型对焦炭劣化影响,以及高炉上部碱金属K2CO3和Na2CO3催化焦炭与CO2的反应机理。结果表明：小粒度焦炭和湿熄焦炭失碳率较高,产生的粉末量多;捣固焦炭在反应开始时劣化程度低于顶装焦炭,随着反应时间增加,劣化程度高于顶装焦炭;碱金属会与焦炭中的灰分形成催化复合物,导致焦炭与CO2反应的起始温度降低,破坏焦炭的微晶结构,失碳率增加,粉化加重;K2CO3的催化作用高于Na2CO3的催化作用。     

N2-CO-CO2-H2O气氛下K(g)对焦炭高温气化反应动力学的影响

为了掌握高温区碱金属对焦炭气化过程的影响,在N₂-CO-CO₂-H₂O和N₂-CO-CO₂-H₂O-K_(g)气氛下,利用热失重法分别研究了焦炭在1 413~1 773 K的气化反应特征。结果显示,K_(g)对焦炭的气化反应具有较强的正催化作用,可以显著提高有效内扩散系数(D_e)和界面反应速率常数(k₊),降低内扩散活化能与界面反应活化能,且K_(g)对内扩散的影响程度高于对界面反应的影响。随着反应率的增加,内扩散阻力(η_i)和界面反应阻力(η_C)均逐渐增加,K_(g)可以促进η_i和η_C降低。在N₂-CO-CO₂-H₂O气氛、1 413 K时,气化反应的限制性环节逐渐由界面反应转为内扩散;而在1 473、1 573、1 673和1 773 K时其限制性环节始终为界面反应。在N₂-CO-CO₂-H₂O-K_(g)气氛下,气化反应的限制性环节始终为界面反应。     

Numerical simulation on novel blast furnace operation of combining coke oven gas injection with hot burden charging

A novel blast furnace operation of coke oven gas (COG) injection simultaneously with hot burden charging has been proposed to solve the problem of insufficient heat in the BF shaft zone under the condition of COG injection and make full use of the abundant sensible heat of high temperature burden. In this paper, the novel process has been simulated with a multifluid blast furnace model. The results show that, in comparison with the operation of COG injection only, under the operation of COG injection together with hot burden charging, the temperature in the upper zone of the shaft increases while that in lower zone decreases. Furthermore, the reduction of iron bearing material is improved in the top zone, and the cohesive zone tends to descend and narrow. The coke ratio, fuel ratio and CO₂ emissions of the operation of charging hot pellet and coke with the temperature of 800°C are decreased by 4.0, 4.7 and 5.3% respectively, while the hot metal productivity is increased by 7.14%. Therefore, COG injection combined with hot burden charging operation not only increases temperature in the upper part of the blast furnace but also decreases energy consumption per tonne hot metal.     

The effect of the granulometric composition and content of a coke charge on the viscosity of pitch-coke compounds

The viscosity of pitch-dust compositions containing 30 and 50% of the coke dust with a particle size of ?0.124 mm is measured in a temperature range of 480–750 K. It is found that the viscosity increases as the coke content and dispersity of the coke dust particles increase. The obtained results make it possible to predict the behavior of an anode mass with a variation in the temperature and composition of a coke charge.     

Natural-gas heating of cupola furnaces for more energy-efficient iron production

Natural gas is employed to reduce coke consumption in cupola furnaces with an open or closed top. The usual approach here is combustion of the natural gas by means of burners in external chambers at the perimeter of the furnace housing. Depending on their design, the burners ensure partial or complete preliminary mixing of the gas and air, with an air excess of 1.2–1.5. Then the combustion products are sent directly to the batch bed. In this system, the coke consumption amounts to 8–9% of the metal charge, while the consumption of gaseous fuel is 30–40 m3/t of melt. In these conditions, the melt temperature rises slightly (by 10–20°C); the productivity is increased by 15–20%; and the harmful gas emissions (mainly CO) are reduced by 20–25%. The gas dynamics of the cupola furnace is periodically disrupted, with suspension of the batch bed, cooling of the melt produced, less complete chemical combustion, and damage to the furnace lining. When using this method, the gas–air mixture is supplied to the hot bed with an air excess no lower than 2.5–3.0. A high-temperature zone (1350–1380°C) of width 60–70 mm is formed and moves through the bed at a speed of 15–20 mm/min. This calls for uniform mixing of the gas and air, specific gas-dynamic conditions, and the creation of the required gas–air ratio, with an air excess of more than 2.5–3.0. If cold gas–air mixture is supplied to the furnace bed through a tuyere, the combustion zone divides the whole bed into two stages: the initial and final stages. The high temperature of the combustion zone ensures fast cooling of the material at ignition of the gas–air mixture. That prevents ignition in the space above the bed. The lack of direct contact between the high-temperature zone and the furnace’s working space improves the reliability and economic indices of this process (no heat losses). Bed combustion of natural gas in the heating of such cupola furnaces increases the productivity from 10 to 13.6 t/h (by 36%), with reduction in coke consumption by 80 kg/t (33.3%) and decrease in heat consumption by 25 kW (18.78%). The heat losses with the exhaust gases are reduced by 25.32 kW (16.2%). The total thermal efficiency of the system is increased from 35.58 to 42.26% (by 15.81%, rel.).