氧气高炉喷吹CO2对冶炼参数的影响研究

采用物料平衡、热平衡方法,模拟计算了氧气高炉喷吹CO₂后理论燃烧温度、鼓风动能、焦比、炉腹煤气量、直接还原度及炉顶煤气量的变化规律。结果表明,随着CO₂喷入量增加,氧气高炉的理论燃烧温度和直接还原度降低,鼓风动能、焦比、炉腹煤气量和炉顶煤气热值提高。CO₂喷入量为100 m³/t时,理论燃烧温度降低到2 267℃,鼓风动能提高到1 780.41 kg·m/s,能够满足高炉炼铁的正常生产需求。     

富氢气体喷吹对高炉冶炼工况的影响规律

为了研究富氢气体进行高炉喷吹对于冶炼工况的影响，建立高炉喷吹富氢气体的能质平衡模型，研究了天然气、焦炉煤气、炉顶循环煤气喷吹量对燃料比、直接还原度、炉腹煤气量、氢利用率、炉腹煤气量以及CO₂排放量的影响。对风口理论燃烧温度的计算方法进行修正，将原燃料灰分吸热、未燃烧煤粉吸热、甲烷分解吸热等因素考虑在内，计算结果更精确。富氢气体喷吹可不同程度地降低直接还原度，发展间接还原，减少燃料消耗。当富氧率和焦比不变时，天然气对于直接还原度、风口焦炭质量、理论燃烧温度的影响最大，焦炉煤气其次，循环煤气最小。天然气、焦炉煤气、循环煤气喷吹量每提高10 m³,直接还原度分别降低0.014、0.009、0.002 4,风口燃烧焦炭量分别增加3.22、2.01、0.55 kg,理论燃烧温度分别增加20、14.33、10.17℃。高炉喷吹富氢气体后高炉CO₂产生量和排放量减少，其中天然气喷吹的CO₂减排效果最显著，与基准期相比，喷吹60 m³天然气时CO₂排放量减少了9.46%。     

高炉喷吹COREX脱CO2顶煤气的数值分析

 COREX脱CO₂顶煤气作为一种优质富氢气体,直接喷吹进入高炉可有效降低高炉燃料消耗。建立了高炉喷吹COREX脱CO₂顶煤气静态工艺模型,研究高炉喷气对风口理论燃烧温度、炉腹煤气量、炉腹煤气成分、风口回旋区形状、直接还原度、节焦效果等因素的影响,并进一步探究了提高风温作为热补偿措施后的适宜喷气量。研究结果表明,不采取热补偿措施条件下,随着COREX脱CO₂顶煤气喷吹量的增加,理论燃烧温度逐渐降低,炉腹煤气量逐渐升高,高炉直接还原度降低。以维持理论燃烧温度和炉腹煤气量稳定为标准,风温相对基准提高30、60、90 ℃后,可接受喷吹的煤气量为45.4、85.5、123.3 m3/t。热补偿后,随着喷气量增加,鼓风量逐渐降低,富氧率逐渐升高。炉腹煤气中的CO及H₂含量随喷气量增加而增加,每增加10 m3/t的COREX煤气喷吹量,炉腹煤气中总的还原气体体积分数增加0.46 %,直接还原度降低0.006,节约焦炭1.48 kg/t。     

钒钛磁铁矿冶炼高炉喷吹焦炉煤气的减排能力

高炉喷吹焦炉煤气可以充分发挥氢还原的作用,实现高炉冶炼的低碳绿色发展。为了分析高炉喷吹焦炉煤气的减排能力,以钒钛磁铁矿冶炼高炉的现场生产数据和炉内理化反应为基础建立质能平衡模型,研究焦炉煤气喷吹量对风口理论燃烧温度和炉顶煤气CO₂排放量的影响;建立一定约束条件下喷吹焦炉煤气的操作窗口,讨论其降碳减排能力。研究结果表明,在一定的富氧率、焦比、煤比和风温下,随着焦炉煤气喷吹量的增加,风口理论燃烧温度和炉顶煤气CO₂排放量均降低。当风温和煤比一定时,通过提高富氧率可以实现喷吹焦炉煤气高炉的热量补偿。随着焦炉煤气喷吹量的增加,富氧率提高、焦比降低。不喷吹焦炉煤气,钒钛磁铁矿高炉在富氧率为3%、焦比为380.0 kg/t(Fe)、煤比为130 kg/t(Fe)、风温为1 200℃操作条件正常运行时,其风口理论燃烧温度为2 075℃、炉顶煤气温度最低为120℃;当焦炉煤气喷吹量为55 m³/t(Fe)时,可以维持与不喷吹焦炉煤气时相同的理论燃烧温度和炉顶煤气温度,相应的富氧率为5.63%、焦比为371 kg/t,炉顶CO_2...     

晋南钢铁高炉喷吹富氢气体工业化实践

 钢铁工业是中国制造业中碳排放量最高的行业,碳排放占全国碳排放总量的15%左右。高炉是钢铁工业碳消耗量最大的工序,碳消耗占钢铁流程总碳消耗的70%以上,减少高炉冶炼碳消耗是降低钢铁工业碳排放的最有效措施。高炉喷吹富氢气体不但可以提高冶炼效率,减少污染物排放,而且可以减少焦炭或煤粉消耗,从源头上降低高炉冶炼碳消耗,从而减少碳排放。以山西晋南钢铁两座1 860 m3高炉风口喷吹富氢气体工业化生产数据为例,详细研究了高炉喷吹富氢气体对燃料比、风口理论燃烧温度、炉腹煤气量、H₂利用率以及CO₂排放量的影响。结果表明,喷吹富氢气体可以显著降低高炉固体燃料消耗,在吨铁富氢气体喷吹量为65 m3条件下,富氢气体与固体燃料的置换比为0.49 kg/m3;风口喷吹富氢气体降低了风口理论燃烧温度,吨铁每喷吹1 m3富氢气体,风口理论燃烧温度降低约1.5 ℃,高炉鼓风量和炉腹煤气量都少量降低;喷吹富氢气体以后,炉内H₂的利用率平均为37.3%,CO的利用率约为43.2%;吨铁CO₂排放量可以降低80 kg左右,高炉CO₂排放降低了5.6%,取得了较好的经济、环境和减污降碳效果。     

影响炉缸煤气成分与数量的因素

<正>鼓风湿度、鼓风含氧量和喷吹物等因素影响炉缸煤气成分和数量。当鼓风湿度增加时,由于水份在风口前分解出H2和O2,炉缸煤气中的含H2量和CO量增加而N2含量相对下降。喷吹含H2量较高的喷吹物时,炉缸煤气中H2量增加,CO和N2相对下降。     

喷吹天然气条件下高炉主要工艺参数的研究

摘要：随着高炉喷吹天然气技术的应用推广,需要对天然气在高炉内的热力学行为及其操作参数的变化进行研究。利用热力学第二定律,分析了喷吹天然气在高炉内的热力学还原行为。并以物料平衡和热量平衡模型为基础,探讨了鼓风富氧、鼓风温度、鼓风湿度等工艺参量对喷吹天然气后高炉炉腹煤气量和风口回旋区理论燃烧温度的影响及其变化。利用高炉操作参数对炉腹煤气量和理论燃烧温度影响结果进行线性回归,实现定量分析各因素之间的动态耦合效果。研究结果表明：天然气首先在高温下吸热裂解成CO和H2,有助于提高煤气中CO和H2的体积分数和还原势,促进间接还原反应的进行。高炉喷吹天然气导致炉腹煤气量快速升高,理论燃烧温度快速降低。鼓风湿度的变化对炉腹煤气量和理论燃烧温度影响很大,富氧率其次。而风温变化潜力有限,对炉腹煤气量和理论燃烧温度影响相对较小。     

新钢10号高炉空料线停炉生产实践

因高炉炉缸碳砖侵蚀严重,威胁到高炉安全生产,故对新钢2 500 m³高炉采用空料线炉顶雾化打水停炉操作。由于停炉前做了充分的准备工作,使本次料面顺利降到了风口,计算料面降至高炉炉腹区域,煤气成分φ(H₂)大于12%时停止回收煤气,全程回收煤气量310.7万m³;炉顶雾化打水装置雾化效果较好,实现了安全、环保停炉,减少了噪音和环境污染,为今后的停炉操作提供了宝贵的经验。     

高炉处理烧结烟气脱硫脱硝理论分析

对利用高炉处理烧结烟气同时脱硫脱硝脱二噁英技术的可行性进行了理论探讨,分析高炉内部还原二氧化硫和氮氧化物,以及分解二噁英的热力学条件,探讨烧结烟气代替空气鼓风对理论燃烧温度、风量、炉缸煤气、炉顶煤气和铁水硫含量的影响.结果表明:二氧化硫、一氧化氮和二氧化氮的最低平衡体积分数分别为1.84×10^-13%、3.08×10^-11%和3.72×10^-21%,高炉内部还原二氧化硫和氮氧化物是可行的;高炉具有分解二噁英的有利热力学条件;烟气中二氧化硫和一氧化碳对理论燃烧温度的影响可忽略,氮氧化物能略微提高理论燃烧温度,二氧化碳体积分数增加1%,理论燃烧温度降低大约40.5℃,但通过降低鼓风湿度和提高富氧率等措施,能达到高炉正常生产时的炉缸热状态水平;随着烟气中二氧化碳含量的增加,风量、炉缸和炉顶煤气量都逐渐降低,炉缸煤气一氧化碳和氢气含量增加,炉顶煤气中一氧化碳、氢气、二氧化碳和水含量都增加,氮气含量显著降低;铁水硫含量与烟气二氧化硫含量成正比,但当二氧化硫质量浓度达到2000 mg·m^-3,铁水中硫质量分数仅为0.025%,铁水质量仍合格.通过综合调节高炉操作参数,也可以实现烧结烟气代替空气鼓风进行高炉炼铁生产,达到脱硫脱硝脱二恶英的目的.     

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,...     

集束射流火焰燃烧特性热态实验

通过实验室建立的小型实验炉,进行集束射流加热金属冷料的热态模拟实验,分析了集束射流火焰在不同冶炼阶段的成分变化.实验研究表明:集束射流火焰形态呈现多样性特点,燃烧产物成分不断变化.在金属冷料的存在作用下,少量CO₂气体产生,O₂增加,CO下降;熔化期中,O₂逐渐升高,CO逐渐降低,CO₂体积分数一直保持在1%~2%;脱碳期与熔化期相比,O₂下降,而CO上升,CO₂稍有增加;脱碳期中,钢水中C含量逐渐降低,CO₂和O₂有所增加,而CO含量剧烈降低.集束射流火焰燃烧产物中,各成分之间关系密切,CO的含量随着O₂含量的升高而降低.在熔化期中,CO气体含量随着CO₂气体含量的增加而增加;在脱碳期,CO气体含量随着CO₂气体含量的增加而降低.     

高炉富氧鼓风技术的理论分析

研究了富氧喷煤条件下,高炉炉腹煤气量、理论燃烧温度的变化规律,同时对比分析了由富氧鼓风到全氧鼓风对高炉冶炼可能带来的影响.以一座4000m<'3>级高炉的生产指标为例,计算结果表明,这一高炉富氧率在0%～14%时,富氧率每提高1%,炉腹煤气量增加2.7%～3.9%,理论燃烧温度提高7～16K.如果单纯考虑炉腹煤气量对高炉冶炼的影响,在保持鼓风量不变的前提下,高炉所能接受的最大富氧率应该为12%左右.     

高炉热风炉独立外均压自动换炉工艺应用实践

针对常规鼓风充压工艺需要分流高炉鼓风流量,容易造成鼓风波动、炉况顺行不稳定等问题,在两座1 800 m³高炉热风炉上应用了独立外均压自动充压换炉工艺,该工艺以“小压差、大流量”和“分段式、恒压差”方式对热风炉进行快速自动充压。投运以来,每座高炉热风炉日累计增加烧炉时间约5.6 h;在满足1 200～1210℃送风温度要求下,日煤气消耗总量没有明显改变;两座高炉日均出铁量平均增加了119 t,综合焦比平均降低了3.95 kg/t·Fe,煤气消耗平均降低了10 m³/t·Fe。     

沙钢5800 m3高炉炉缸长寿浅析

沙钢5 800 m³高炉生产运行已超过12年,受限于总图布置,高炉仅有3个铁口,且铁口分布不均匀,生产中曾出现过数次炉缸温度升高及炭砖侵蚀现象。针对5800m³高炉炉缸工作不均匀、不容易活跃、存在气隙等问题,经过长期的生产实践,摸索出了适合炉役后期安全生产的措施:(1)优化出铁制度,加强出铁管理;(2)提高炉缸活跃性;(3)炉缸定期压浆和排水;(4)加强原燃料质量管理。目前,5800m³高炉一代炉役铁产量已达到9300 t/m³以上,炉缸温度在受控范围内,炉缸炭砖没有出现新的侵蚀,炉缸工作状态稳定,利用系数达到2.25t/(m³·d)。     

脱湿鼓风技术在中天钢铁1580m3高炉的应用

针对中天钢铁1580m³高炉鼓风湿度波动大的状况,采用了脱湿鼓风技术。8号、9号高炉应用实践表明,脱湿效果明显,鼓风湿度正常稳定在9～11 g/m³,最低为8g/m³,风口前理论燃烧温度稳定在2290℃左右。与脱湿鼓风前相比,日产量增加78.26t/d,焦比降低3.21 kg/t,煤比上升7.62kg/t,燃料比下降16.33kg/t,煤气利用率提高1.46个百分点。高炉采用脱湿鼓风技术,对提高入炉风量,稳定理论燃烧温度,以及提高煤比、降低焦比、增加日产量等,起到了一定的促进作用,但也带来了鼓风机吸入侧机壳、管壁结露的问题,为避免腐蚀,需要在相应位置加设保温层。     

钛矿护炉对首钢股份1号高炉生产的影响

阐述了首钢股份1号高炉钛矿护炉期间各生产指标,如风量、冶炼强度、燃料比、铁水温度、[Ti]及炉缸炉底钛沉积量等的变化状况。钛矿护炉为期10天,钛矿配加量由常规护炉的1.5t/批,提升至强化护炉的2.5t/批;风量由4777m³/min减小到4744m³/min,透气性明显变差;冶炼强度出现小幅度下降;燃料比未出现明显变化;铁水温度及[Si]都出现了不同程度的下降。在钛矿护炉前期,[Ti]含量呈现出明显的上升趋势,炉缸炉底钛沉积量在短时间内由2t/d上升到14t/d左右,容易引起炉况波动,应该密切关注炉况的变化。     

氧气高炉回旋区内煤粉燃烧行为的数值模拟

炉顶煤气循环-氧气鼓风高炉炼铁新技术的工艺特点决定了煤粉在其回旋区内的燃烧条件与传统高炉相比将发生很大变化.本文建立了氧气高炉直吹管—风口—回旋区下部煤粉流动和燃烧的数学模型,研究了入口布置方式、氧含量、循环煤气温度以及H₂O和CO₂含量对煤粉燃烧的影响.模拟结果表明:三种引入方式中,假想的循环煤气和氧气混合进入方式明显优于循环煤气和氧气单独进入方式.当氧的体积分数由80%增加到90%,相应的煤粉燃尽率由87.525%提高到93.402%.循环煤气温度对煤粉燃尽率的影响并不显著.循环煤气中H₂O和CO₂的体积分数提高5%,风口轴线上气体的最高温度分别降低124 K和113 K.     

炉顶煤气循环-氧气鼓风高炉综合数学模型

为了研究开发炉顶煤气循环μ氧气鼓风高炉炼铁新工艺,建立其综合数学模型.模型由高炉各个区域煤气成分计算方程、高炉上部空区热平衡模型、热化学平衡模型和炉身效率模型组成.用此模型计算了该炼铁工艺的基本工艺参数.结果表明:新工艺的焦比为200 kg·t^-1,煤比为200 kg·t^-1,相比传统高炉,燃料比降低22.9%;风口循环煤气量对风口理论燃烧温度影响较大,风口循环煤气量每增加10m³·t^-1时,风口理论燃烧温度降低17.6K.此外,应用此模型还可以计算任何原料和燃料等条件下的炼铁工艺参数,研究相同原料和燃料条件下的各个工艺参数的变化规律.     

马钢2号高炉活跃炉缸的措施

马钢2号高炉自2018年以来炉缸工作状态持续下降,2019年8月炉芯温度一度下降至300℃以下。炉缸工作状态差的原因主要是铁水钛含量高、装料制度不合理和鼓风动能偏低。通过采取优化铁水成分改善流动性、调整装料制度优化两道气流、积极用风提高鼓风动能等技术措施,高炉两道气流趋于稳定,炉缸工作状态逐步好转。2020年5月炉芯温度明显回升,持续保持在400℃以上。随着炉缸的活跃,炉况明显改善,主要技术经济指标不断提升,10月高炉利用系数达到2.54t/(m³·d)、燃料比522kg/t、焦炭负荷4.40。     

韶钢3200 m3高炉开炉快速富氧喷煤实践

介绍了韶钢3 200 m³高炉于停炉检修后开炉快速富氧喷煤恢复正常生产的过程。通过科学合理的开炉配料装料方案,以及后续料炉料结构和变料时机的精准把控,保障高炉气流稳定,炉缸热量充足的同时快速富氧喷煤,达到灵活调剂炉温,使铁水[Si]平稳下降,减轻了炉前工作量,并实现了高炉快速达产。