烧结矿催化还原NO的实验研究

摘要：《钢铁企业超低排放改造工作方案（征求意见稿）》中，计划将烧结烟气中NOx排放质量浓度控制在50mg/m3以内，烧结烟气NOx减排势在必行。因此，旨在利用烧结矿本身作为脱硝催化剂，以烧结过程产生的还原性气体CO为还原剂，系统地研究了烧结矿粒径、焙烧温度、空速比、CO/NO物质的量之比和O2体积分数对烧结矿催化脱硝效果的影响。结果表明，O2体积分数对烧结矿催化还原NO的转化率影响较大，当CO体积分数为3%、O2体积分数为1.04%时，NO的转化率为68.83%；O2体积分数降低至0.90%以下时，NO的转化率可达95%以上。无O2条件下，烧结矿粒径为0.2～1.0mm、焙烧温度为500℃、空速比为3000h-1、CO/NO物质的量之比为6时，NO的转化率可达99.58%。以烧结矿为催化剂能有效地促进CO对NO的还原，具有十分重要的环保意义和经济应用前景。     

准化学平衡条件下MgO对多元铁酸钙生成的影响

 研究了不同碱度、不同SiO2与Al2O3含量条件下MgO对铁酸钙生成的影响以及Fe2O3 SiO2 CaO Al2O3 MgO系内烧结矿的成矿过程,通过模拟高碱度烧结矿配料在空气气氛、1220 ℃准化学平衡条件下进行烧结实验,利用XRD QAMS法进行矿物定量、显微镜下观察矿相结构等方法进行分析。实验结果表明：R=2.0、不含Al2O3时增加MgO含量铁酸钙生成量明显增多,加入质量分数为25%的Al2O3后,MgO促进铁酸钙生成的作用减弱,Al2O3改变了MgO对铁酸钙生成的影响规律;随着碱度从1.8增加到2.3,铁酸钙生成量呈上升趋势,但是MgO对铁酸钙生成的促进作用减弱;实验还发现,随着MgO含量增加,不含Al2O3时铁酸钙晶形有“柱状”向“针状”变化趋势;加入质量分数为2.5%的Al2O3后,MgO含量增加对铁酸钙晶形影响减小。     

MgO和Al2O3对铁矿粉烧结液相生成的影响

为阐述烧结过程熔融机制和成矿机制,明确MgO、Al2O3质量分数对烧结液相生成和矿物组成的影响是至关重要的。利用Factsage软件计算Fe2O3 SiO2 CaO Al2O3 MgO体系的液相生成,计算氧分压在500Pa时,不同温度,不同MgO、Al2O3质量分数下体系液相生成和液相区分布的影响。通过烧结试验,分析烧结矿的矿相和矿物成分,结合软件计算得出烧结矿中MgO质量分数为2.0%、Al2O3质量分数为3.0%时其液相量、矿相、矿物成分达到最优适合烧结冶炼的标准。     

MgO对烧结矿CaO-Fe2O3系初期液相生成的影响

为了研究MgO对烧结过程中CaO Fe2O3系初期液相生成的影响及作用机理,通过DSC研究了不同MgO含量试样在升温过程中液相生成的变化,并通过XRD确定液相生成前MgO对矿物组成的影响。结果表明,试样中MgO含量的增加使得升温过程中初期液相生成量减少,但是初期液相的生成温度没有明显变化。MgO对初期液相的抑制分为两种方式,一种为MgO与Fe2O3反应生成含镁磁铁矿,另一种为MgO添加导致CaFe2O4分解。这两种方式都使CaO含量升高,促进了高熔点矿物Ca2Fe2O5和含镁磁铁矿的生成,导致液相量降低。通过研究MgO对初期液相生成的影响,为烧结矿中合理添加含镁熔剂提供理论基础。     

烧结过程中MgO在赤铁矿中的扩散行为的研究

烧结矿中MgO主要分布于铁相中与赤铁矿和富士体固溶形成镁质赤铁矿和镁质富士体,Mg2 在硅酸盐粘结相中的固溶量很低.试验采用白云石-Fe2O3扩散偶,并通过光学显微镜、电子探针等手段分析考察了白云石中MgO及CaO对赤铁矿的扩散行为及MgO的扩散速度.试验结果表明:CaO在Fe2O3中的扩散形成CaO·Fe2O3和CaO·2Fe2O3等低熔点物质促进了白云石与Fe2O3间扩散,CaO扩散量大于MgO的扩散量,并求得MgO在Fe2O3中的扩散速度为17.2 μm/min.     

高炉使用高碱度烧结矿冶炼试验总结

1前言高碱度烧结矿具有良好的冶金性能，包括还原粉化率，中、高温还原性能，软烙滴落性能等。随着烧结矿碱度的提高，烧结矿的矿物结构发生了变化：强度好和还原性高的铁酸钙增加；强度差的玻璃质和还原性差的铁橄榄石减少。使其在质量上得以改善。高碱度烧结矿主要有Fe3O4、CaO．Fe2O3、2CaO·SiO2等矿物组成，其中2CaO·SiO2熔点很高（2131℃），在碱度大于1．8的烧结矿中，2CaO·SiO2增加，且因其均匀分布在CaO·Fe2O3的粘结相中使β－2CaO·SiO2比较稳定，不易转变成为γ－2CaO·SiO2。因而高碱度烧结矿具有软熔温度高、强…     

烧结矿催化还原NO的实验研究

《钢铁企业超低排放改造工作方案(征求意见稿)》中,计划将烧结烟气中NO_x排放质量浓度控制在50 mg/m~3以内,烧结烟气NO_x减排势在必行。因此,旨在利用烧结矿本身作为脱硝催化剂,以烧结过程产生的还原性气体CO为还原剂,系统地研究了烧结矿粒径、焙烧温度、空速比、CO/NO物质的量之比和O_2体积分数对烧结矿催化脱硝效果的影响。结果表明,O_2体积分数对烧结矿催化还原NO的转化率影响较大,当CO体积分数为3%、O_2体积分数为1.04%时,NO的转化率为68.83%;O_2体积分数降低至0.90%以下时,NO的转化率可达95%以上。无O_2条件下,烧结矿粒径为0.2～1.0 mm、焙烧温度为500℃、空速比为3 000 h~(-1)、CO/NO物质的量之比为6时,NO的转化率可达99.58%。以烧结矿为催化剂能有效地促进CO对NO的还原,具有十分重要的环保意义和经济应用前景。     

低温非平衡条件下氧化铁还原顺序研究

研究了低温条件下(＜570℃)CO和H2还原氧化铁的动力学机理.结果表明:实际还原过程属于非平衡态过程,它的还原机理与还原气体的成分相关.当还原气体中CO(或H2)的含量不能满足Fe3O4 CO(H2)→3FeO CO2(H2O)反应进行的要求时,氧化铁的还原顺序为Fe2O3→Fe3O4→Fe;如果还原气体成分满足此要求,Fe2O3→Fe3O4→Fe和Fe2O3→Fe3O4→FeO→Fe两种还原顺序将同时存在.     

含钾、钠、氟铁矿石的高温性能及包钢合理炉料结构的研究

本文利用五因子二次回归正交设计法研究了K_2O、Na_2O、F、MgO和CaO/SiO_2对烧结矿高温性能的影响。K_2O、Na_2O和F的升高,使软熔性能严重恶化;F的存在使K_2O和Na_2O的不良影响加重了。提高CaO/SiO_2和MgO可以改善软熔性能,但其作用较普通烧结矿小。含K_2O、Na_2O和F的烧结矿在软熔过程中的压差陡升温度较普通烧结矿低200～250℃,使高炉内软熔带上升至热交换呆滞区,是料柱透气性恶化的主要原因。在精矿中K、Na、F不能显著降低的条件下,较优的入炉烧结矿成分是K_2O≤0.15%,Na_2O≤0.17%,F≤0.83%,MgO=2.5%,CaO/SiO_2=1.5;SiO_2≤6.5%。较合理的炉料结构是80%上述成分的烧结矿加上20%无钾、钠、氟的酸性球团。     

Fe2O3微粉添加对MgO CaO系耐火材料烧结性能及 抗水化性能的影响

通过添加Fe2O3微粉的方法,研究了Fe2O3微粉对MgO CaO系耐火材料烧结性能和抗水化性能的影响。试验结果表明,添加Fe2O3微粉可以有效地促进MgO CaO系耐火材料的烧结,抑制其水化速度。当Fe2O3的添加量在0～3%时,随着Fe2O3添加量的增加,耐火材料试样的体积密度先增加后减小,显气孔率则先减小后增加,且两者均在Fe2O3为1%处出现极值。当Fe2O3的添加量在02%～05%的范围时,耐火材料试样的显气孔率和体积密度变化最明显。当Fe2O3添加量为1%时,将试样在温度为60 ℃、相对湿度为75%的条件下水化144 h后,其粉化率仅为146%。
     

基于调控含钙化合物反应行为的烧结过程NOx减排研究进展

 高效低成本减少铁矿烧结工序NO_x排放是当前高环保态势下钢铁企业面临的重大挑战。由于铁矿烧结料层内存在将NO还原成N₂的工质条件,且含钙化合物能促进NO还原,首先从热力学和动力学角度分析了烧结料层内NO还原的主要反应,得出料层内CO还原NO反应具有明显热力学、动力学优势;其次,分析了烧结料层内CaO、铁酸钙系矿物等含钙化合物对CO还原NO反应的催化机理,重点阐述了调控生石灰、石灰石等原生含钙化合物和铁酸钙系矿物等次生含钙化合物的反应行为对其催化料层内NO还原的影响规律;在此基础上,分别从明晰料层内CO还原NO主要影响因素、解析铁酸钙系矿物对CO、NO的吸附反应行为、料层高度与含钙化合物反应行为联合调控等3方面提出了强化料层内NO还原的展望。     

Sintering behaviours of iron ore with flue gas circulation

Flue gas circulation is an important method for energy conservation and pollutant emission reduction in iron ore sintering. In this paper the effects of flue gas recirculation ratio on sintering of different iron ores including haematite, magnetite and limonite were studied by illustrating the variation of sinter bed temperature, atmosphere and mineralisation characteristics of different types of iron ores induced by the circulation. It shows that the proper flue gas circulation ratios for haematite, magnetite and limonite are 37, 30 and 25%, respectively. For magnetite ore, preheating and high consumption of oxygen in combustion zone caused more silicate minerals and less acicular calcium ferrite, thereby lowering sinter tumbler strength. As for haematite ore, the rapid change of temperatures of combustion, melting and solidification zones leads to elevated combustion efficiency and increased formation of acicular calcium ferrite, which enhances the sinter strength. When using limonite ore as the main raw material, high oxygen consumption, lower maximum temperature of sintering bed, higher cooling rate and larger porosity of sinter are observed.     

高硫精矿配比对烧结矿性能的影响

 相比进口富矿粉,精矿品位较高,可广泛应用于铁矿石烧结工序。为了探究高硫精矿对烧结矿产质量的影响以及精矿中硫元素对烧结过程的影响,利用烧结杯试验装置进行了高硫精矿配比在25%~45%范围内的烧结杯试验。并通过微观结构、技术指标及冶金性能等方面表征了高硫精矿配比对烧结矿性能的影响。试验结果表明,精矿配比为25%时,烧结矿还原的界面反应条件较差,硅酸盐相阻碍了还原气体的扩散,致使烧结矿还原度为77.80%,软化开始温度为1 200 ℃,软熔带透气性能恶化。精矿配比为30%时,烧结利用系数提升至1.19 t/(m2·h)、垂直烧结速度达到22.22 mm/min。精矿配比为40%时,有效改善了烧结矿还原性能,恶化了低温还原粉化性能。精矿配比为45%时,烧结利用系数最高,为1.20 t/(m2·h),还原性能和低温还原粉化性能适宜。整体而言,在试验范围内,适当增加高硫精矿配比有利于提升烧结矿的还原性能和荷重软化熔滴性能,但精矿配比为45%时烧结矿的熔滴S特性值为281.02 kPa·℃,透气性能恶化。烧结烟气方面,精矿配比为40%时,烧结烟气的CO₂和NO_x含量较高,烧结过程氧化性气氛较强,降低了烧结矿中铁橄榄石等低还原性矿物含量,恶化了低温还原性能。烟气分析结果表明,高硫精矿烧结时硫元素基本都进入烧结烟气中,并未恶化烧结矿性能。     

基于RDI>3.15 mm响应面法的烧结原料配矿方案优化

烧结矿在高炉低温还原气氛下容易发生碎裂粉化,会严重影响高炉透气性进而破坏高炉顺行。RDI_{>3.15 mm}(低温还原粉化指数)是反映烧结矿低温还原粉化现象发生程度的重要指标,但其大小受到烧结原料中MgO、Al₂O₃、碱度R等主要因素的影响。为了探究烧结原料成分因素对烧结矿低温还原粉化性能的影响程度及交互作用,提出一种基于RDI_{>3.15 mm}响应面的烧结原料配矿优化方法。首先,以w(MgO)、w(Al₂O₃)、碱度R为自变量,以烧结矿RDI_{>3.15 mm}指数为响应值,建立烧结矿RDI_{>3.15 mm}指数的响应面模型;其次,对试验得到的烧结矿RDI_{>3.15 mm}指数进行拟合,得到烧结矿RDI_{>3.15 mm}指数的预测公式;最后,通过最佳原料配比自制烧结矿并测得其RDI_{>3.15 mm}指数,验证了所提出方法的...     

加拿大某精矿高配比烧结特性

 采用烧结杯试验、冶金性能检测及基础物化性能检测等多种方法研究了产自加拿大的某精矿的配矿烧结性能、烧结矿冶金性能及物化性质,对其烧结特点从物化性质方面进行了分析。结果表明:随精矿配比(质量分数)由24%增加到42%,烧结料层透气性阻力由857 Pa提高到1 150 Pa,垂直烧结速度由21.87 mm/min下降到18.38 mm/min,利用系数从1.14 t/(m2·h)降低到0.93 t/(m2·h),转鼓强度由67.47%下降到64.13%,无烟煤固体燃耗由62.46 kg/t提高到70.42 kg/t,烧结成品矿还原性指数(RI)由82.31%下降到78.76%,低温还原粉化率(RDI＞3.15 mm)由70.71%下降到64.41%,烧结各项指标及烧结矿的冶金性能均出现较大幅度恶化。物化性质分析表明,加拿大精矿的主要矿物组成是镜铁矿和假象赤铁矿,矿物表面亲水性差,且粒度组成不合理,恶化混合料制粒;同时,该精矿的颗粒表面光滑致密,高温反应性能差,软化温度在1 450 ℃以上,烧结过程中难以形成足够液相。加拿大精矿制粒性能差导致烧结料层透气性阻力大造成烧结利用系数低,而较高的软化温度导致随着该矿配比的提高烧结矿转鼓强度降低。     

铁矿石富氧烧结试验研究

在铁矿石烧结过程中进行富氧,观察富氧后烧结固体燃料消耗、成品率、利用系数、冶金性能及矿相显微结构等指标的变化情况.试验表明:富氧时间为2~4 min、富氧量为5~8m3/t时,烧结矿的各项指标较好.在该条件下,与基准烧结矿相比,成品率提高2.12%、转鼓强度值提高0.92%、固体燃料消耗降低1.56 kg/t;富氧烧结对改善烧结矿成品率的试验结果表明:16组烧结试验中,对烧结过程进行富氧后,成品率提高了0.79%~2.05%,富氧后的成品率平均高于基准成品率1.35%.随着富氧量的增加,成品率呈现出增长趋势;而随着富氧时间的增加,成品率没有明显增长.同时,富氧烧结后,烧结固体燃料消耗下降0.69~1.41 kg/t.     

烧结矿应用于化学链燃烧的反应特性

本文通过热重实验研究了烧结矿作为载氧体的H₂还原反应特性,将其与通过溶解法制备的Fe₂O₃/Al₂O₃载氧体进行了氧化还原反应性比较,在500~1250℃范围内研究了温度对于烧结矿还原反应过程的影响,在950℃下进行了30次循环反应实验,采用四种模型进行了反应动力学分析.结果表明,烧结矿的H₂还原转化率大于80%,可以完全再氧化,并具有良好的循环反应性能.在500~950℃范围内,随温度升高还原反应速率及最终转化率都显著增加;而当温度高于1100℃时,在反应后期还原反应速率和最终转化率有下降的趋势.在500~950℃范围内,对烧结矿的还原过程第一反应阶段(Fe₂O₃-Fe₃O₄/FeO,还原转化率< 25%)可采用二阶反应模型(M2)拟合,得到表观活化能为E=36.018 kJ·mol-1,指前因子为A₀=1.053×10-2 s -1;第二反应阶段(Fe₃O₄/FeO-Fe,还原转化率> 25%)采用收缩核模型(M4)拟合,得到的表观活化能为E=51.176 kJ·mol-1,指前因子为A₀=1.066×10-2 s -1.      

支撑板对烧结过程的影响

烧结料层上部荷重是造成烧结过程中燃烧熔融带透气性差的重要因素,而烧结料层透气性是制约我国厚料层烧结技术进一步发展的限制性环节.从减轻烧结料层燃烧熔融带荷重以及改善烧结过程料层透气性的角度出发,通过在烧结料层中安装支架研究不同荷重条件下对铁矿粉烧结行为的影响.烧结杯实验研究表明:安装支撑板后,烧结料层透气性明显改善,烧结矿转鼓强度大于65%;垂直烧结速度显著提高,最高可达28.4 mm·min-1;成品率波动幅度不大,利用系数从1.89 t·m-2·h-1增加到2.31 t·m-2·h-1;燃耗有所降低,最大降幅达1.32%.理论分析和实验表明,支撑板对减轻烧结熔融带上部荷重,提高料层透气性,以及改善燃耗和烧结矿质量具有重要意义.      

进一步提高细精矿烧结料层厚度的试验

进行厚料层烧结不仅使烧结矿的质量得到提高,而且固体燃料消耗大大减少,这将有利于减少碳排放。目前采用超厚料层烧结的企业都是粉矿烧结,精粉率不足10%,且会带来透气性变差、产量降低的情况。针对太钢烧结原料特点,为探求精矿烧结超厚料层烧结技术,进行实验室试验研究。结果表明,精矿原料条件下,在强化制粒效果、优化燃料粒度、配用复合黏结剂、采用预制粒等有效措施后,将料层厚度提高为800~900 mm,烧结矿的矿物结构改善,产量、质量指标得到保证,固体燃料消耗大大降低,达到预期效果。