转底炉还原炼钢含锌粉尘球团的数值模拟

针对某钢铁厂处理含锌粉尘的转底炉直接还原工艺,建立了描述炉膛气体流动、燃烧和传热过程及炉内含碳球团理化反应和传热过程的数学模型,采用实际生产用球团在高温硅钼炉内进行还原实验验证模型的可靠性,得到转底炉炉膛内温度场、流场、压力场及球团内部的温度和组分分布,分析了转底炉主要操控参数对产品铁金属化和脱锌指标的影响. 结果表明,炉气流速沿流动方向逐渐增大,炉温最高点出现在还原二段(接近1350℃),球团还原20 min出炉后铁金属化率和脱锌率分别达77.9%和92.7%;要使产品铁金属化率达70%,生球碳氧摩尔比不得低于0.9,而配碳量对脱锌率影响不大;煤气供给减少1%将使产品铁金属化率和脱锌率分别降低0.8%和1.3%,二次风欠供20%时二者分别下降14%和24%;球团中锌还原脱除后在炉气中再次氧化,可通过转底炉烟气除尘系统将富锌粉尘回收并用于有色行业炼锌.     

高炉瓦斯灰和转炉污泥造块制备金属化球团

用高炉瓦斯灰和转炉污泥造块后制备了金属化球团. 分析了两种尘泥的化学成分、物相组成及分布、粒度组成及堆密度等物化性质,考察了金属化处理温度、时间和原料C/O对球团金属化效果的影响. 结果表明,铁氧化物、熔剂氧化物及固体碳在两者中均含量较高,分布均匀,接触良好,锌以ZnFe2O4存在于CaO、MgO混合物相中. 两种尘泥堆密度均较小(<1.5 g/cm3),且含较多大于1.5 mm的粗颗粒. 提高金属化处理温度,延长处理时间及降低原料C/O,球团的金属化率、脱锌率均增大,其中温度的影响最为显著. 在C/O=1.0,金属化温度>1220℃,时间>30 min时,可获得金属化率大于85%,脱锌率大于90%的金属化球团.     

褐铁矿的煤泥球团直接还原

以煤泥为还原剂,考察了其种类及用量、还原温度与时间以及CaCO3添加量等对褐铁矿中铁氧化物直接还原的影响,研究了不同条件下还原产物中铁矿物的存在形式,考察了添加剂用量对含碳球团熔融分解的影响. 结果表明,煤泥C还原效果最好,其用量30%,CaCO3添加量3%,在1250℃下直接还原30 min,含碳球团金属化率达94.02%. 铁在产物中主要以金属铁颗粒存在,粒度多大于30 mm,添加3% CaCO3使渣铁分离效果明显,有利于产物分离. 表明煤泥是一种良好的褐铁矿还原剂.     

弱氧化性气氛下尘泥含碳球团的还原动力学

在1348~1573 K温度范围内,在弱氧化性气氛下还原尘泥含碳球团,通过动力学实验和还原机理分析,得出影响尘泥含碳球团还原速度的限制性环节为界面反应或局部反应,反应活化能为111.66 kJ/mol,还原速度可由Mckewan方程1-(1-R)1/3=kt表达. 随温度升高,反应速率增大,金属化率和脱锌率提高,金属化率和脱锌率1573 K时最高,分别为79.92%和97.83%, 1348 K时最低,仅为60.17%和75.25%.     

加入聚乙烯的含碳铁矿球团的直接还原

以包头地区褐铁矿和无烟煤为主要原料,加入聚乙烯颗粒制成含碳铁矿球团,直接还原制备珠铁. 考察了还原温度、还原时间、配碳量及聚乙烯加入量对含碳铁矿球团直接还原的影响. 结果表明,影响含碳铁矿球团还原率的因素为还原温度、还原时间、配碳量、聚乙烯加入量. 最佳还原条件为C/O摩尔比1.2,加入聚乙烯量4%(w), 1350℃下保温5 min. 该条件下产物还原率最高,达99.87%. 加入一定量聚乙烯可缩短球团还原时间、降低还原温度、提高还原效率. 添加2% CaF2不仅使渣铁分离效果明显,且分离的渣可自然粉化,有利于筛分得到高品质珠铁.     

钒钛磁铁矿含碳球团转底炉直接还原实验研究

对转底炉直接还原钒钛磁铁矿新工艺进行了实验研究,将钒钛磁铁矿精矿粉与煤粉等混合,采用压球机压球,并用石油液化气同空气混合燃烧牛成的热烟气干燥生球,通过正交实验考察C/O、焙烧时间和焙烧温度3个因素对金属化率与抗压强度的影响,得出最优的实验方案是:C/O为1.3,焙烧温度为1330℃,焙烧时间为25-min.通过XRD分析发现在金属化率较高的球团中存在假板钛矿.     

含碳球团还原机理研究

在1223~1473K的N2气氛下研究了石墨粉粒度、铁精矿粉粒度、温度、碳含量对含碳球团还原速度的影响．结果表明，石墨粉和铁精矿粉粒度越小，还原温度和碳含量越高，含碳球团还原速度越大．基于碳气化反应、气相扩散和界面反应的含碳球团还原速度方程均能较好地处理本研究的数据。根据Arrhenius方程计算出的碳气化反应和界面反应活化能分别为227．7和294．14kJ／mol；计算出的气相扩散为限制环节的含碳球团还原活化能为391．26～411．37kJ／mol．因此本研究条件下含碳球团还原似应由气相扩散所控制．     

金属化球团防止再氧化研究

研究了转炉尘泥和精矿含碳球团在氧化性气氛下还原、冷却和贮存过程中的再氧化问题，提出了有效防止再氧化的措施．高温（大于１２００℃）、快速（１０～２０ｍｉｎ）还原得到的金属化率大于９０％的金属化球团，采用炉内冷却、埋煤粉中、放密封罐内、炉内冷至９００～１０００℃后出炉冷却四种方式都是有效的，干燥清洁的室内堆存是简单有效贮存海绵铁的方法．     

转炉尘泥含碳球团还原动力学研究

在1473~1573K的N2保护气氛下,通过还原失重实验研究了转炉尘泥所制含碳球团的还原特性.结果表明,还原得到的金属化球团全铁(TFe)在67%以上,金属化率(ηFe)在72%以上,可以作为高炉冶炼的原料;转炉尘泥所制含碳球团在0~100s时间内,反应分数受温度影响较小,在100s以后,受温度的影响逐渐增大,温度越高其值越大,转炉污泥球团还原反应分数随温度的变化更明显,反应结束时间在500s左右,比转炉细灰球团要早大约100s.含碳球团还原速度可由Mckwan方程所表达,还原速度由界面或局部反应控制.根据Arrhenius方程可以计算得出转炉细灰含碳球团的还原反应活化能为74.64kJ/mol,转炉污泥含碳球团的还原反应活化能为77.48kJ/mol.     

硼铁精矿含碳球团还原过程数学模型

通过等温热重实验分析CO/CO2/N2气氛中硼铁精矿还原和无烟煤气化的动力学特性,求得Fe3O4→Fe O和Fe O→Fe两个还原阶段及碳素溶损反应的活化能分别为74.72,65.74与194.72 k J/mol.建立了硼铁精矿含碳球团还原过程数学模型,并通过实验验证了模型的准确性.考察了球团尺寸、孔隙率、反应活化能对金属化率的影响,结果表明,球团尺寸从φ16 mm×8 mm增加至φ32 mm×16 mm,前期还原速率降低,但最终金属化率从85%上升至99.4%;球团孔隙率对还原过程影响较小;碳素溶损反应活化能上升抑制还原进行,但对最终金属化率没有影响,而当界面还原活化能从初始值的0.95倍上升至1.05倍时,不仅反应速率下降,最终金属化率也从99.59%降低至94.81%.从活化能对还原过程影响推断,反应前期还原过程受碳气化和铁氧化物还原联合控制,后期为铁氧化物还原反应控制.     

Processing of converter slurry by coking with coal

Processing of the industrial waste formed at steel plants is of great importance. In the converter production of steel, 12–25 kg of fine dust is formed in the production of 1 t of steel, depending on the composition of the raw materials, the furnace design, and the smelting conditions. Wet cleaning of the waste gases converts the dust into a slurry containing 46–50% Fe₂O₃. It is difficult to process such slurry because of its high water content, the small particle size, and the presence of zinc oxides. Standard dehydration technology is complex. It is also associated with thermal drying, which poses an explosion risk, while briquetting or granulation does not resolve the problem posed by the presence of zinc oxides and is complicated by a lack of acceptable binders. Researchers at Siberian State Industrial University have developed complex conditioning of iron-bearing slurry by nonthermal adsorptive dehydration and subsequent thermochemical agglomeration, with simultaneous reduction of the iron and zinc oxides. Adsorptive dehydration to a moisture content of 2?3% is possible by contact with porous lignite semicoke produced by Termokoks technology. Then the lignite semicoke is pneumatically separated and sent for use in energy systems, while the iron-bearing product is mixed with GZh or Zh coal and sent for thermooxidative coking in a furnace of special design (an annular furnace with a rotating hearth), where large and strong pieces of ferrocoke are obtained at 1050–1100°C. The ferrocoke contains 55–60% of the iron-bearing product. The oxides of iron and zinc are almost completely reduced. The zinc passes to the vapor phase and is removed with the combustion products of the volatile coking components. On cooling to 850°C, the zinc vapor condenses. The ferrocoke obtained is suitable for blastfurnace use, thereby reducing the consumption of sinter and coke. The heat obtained on cooling the ferrocoke and the energy of the combustion products after the deposition of zinc are utilized in a gas-turbine system.     

高炉烟尘真空还原过程中铅锌钾氯的挥发特性

炼铁过程中会产出大量富集铅、锌、氯、钾等元素的烟尘,这些元素的存在对烟尘中铁的循环利用有不利影响,对其分离是实现高炉烟尘高效循环利用的首要条件。本工作对高炉烟尘进行了TG-DSC综合热分析,对铅、锌、氯、钾元素的水溶特性及其在真空还原过程中的挥发特性以及还原渣中铁的物相进行了研究。结果表明,烟尘在744及963℃有明显的吸热峰,说明在此温度下有较强烈的反应发生。根据烟尘中铅、锌、氯、钾的水溶特性,定性判断四种元素在烟尘中的主要存在形式为ZnCl2, KCl, ZnO, ZnFe2O4, PbO。真空还原可有效提取高炉烟尘中的铅、锌、钾、氯等元素,在炉内压力10 Pa、1100℃保温30 min条件下,烟尘中的铅、锌、钾、氯的挥发率分别为99.90%, 99.76%, 98.31%, 99.70%;烟尘中氯的存在形式主要为ZnCl2和KCl,氯在400~600℃时主要以ZnCl2形式挥发,600℃以上以KCl形式挥发;烟尘中锌除了以ZnCl2挥发以外,在高温阶段为ZnO和ZnO?Fe2O3被还原为金属锌而挥发;钾的挥发以KCl为主,铅的挥发是PbO被烟尘中的碳还原为金属铅蒸气而挥发。高炉烟尘中铁主要为Fe2O3,通过真空还原在895℃保温30 min,Fe2O3被还原为Fe3O4, FeO和Fe,在1075℃保温30 min时Fe2O3基本转变为结晶度较好的Fe。     

炼焦过程利用含锌粉尘实现高温焦炉煤气脱硫的实验与模拟

提出了在炼焦过程中利用含锌粉尘作为焦煤添加剂，从而实现高温焦炉煤气脱硫的设想.热力学模拟计算和实验表明，在炼焦前期，含锌粉尘是非常有效的缚硫剂. 而在炼焦后期，在炼焦室中锌呈气态从半焦中进入焦炉煤气，在焦炉煤气离开炼焦室后，气态锌与硫化氢反应生成固态硫化锌. 脱硫产物自动从焦炉煤气中分离出来，从而实现了焦炉煤气的脱硫. 锌在焦炭中残留极少；氧化铁的存在有助于炼焦后期半焦中锌的挥发；含锌粉尘对焦炭质量的影响很小.     

锌灰制备碱式碳酸锌和超细氧化锌及表征

室温下采用氨浸出锌灰制得碱式碳酸锌,再经煅烧制得超细氧化锌。研究了在合成碱式碳酸锌过程中表面活性剂对碱式碳酸锌和氧化锌颗粒尺寸与形貌的影响。结果表明,聚乙二醇（PEG20000）和聚乙烯吡咯烷酮（PVP-K30）这两种表面活性剂对颗粒的分散效果最好,制得的碱式碳酸锌颗粒为无定形片状且分散均匀,平均粒径为1 μm,煅烧后的氧化锌颗粒为六方晶系纤锌矿结构,粒径约为0.7 μm。添加PVP-K30比添加PEG20000的碱式碳酸锌热分解温度高。添加PEG和PVP的碱式碳酸锌反应活化能分别为139.9 kJ/mol和146.8 kJ/mol。     

云南高泥尾矿铅锌分离实验研究

针对云南高泥尾矿铅锌嵌布粒度细、泥化严重、性质相对复杂的技术难点,进行了铅锌分离实验研究,采用泥砂分级别浮选-重选联合工艺流程,有效分离了铅锌,实现了该复杂尾矿资源的综合回收利用。结果表明,该矿中铅含量为4.29wt%,锌含量为4.99wt%,铅主要以白铅矿和铅铁矾的形式存在,铅和铁相互交代形成不同的包裹形式,分离难度极大;锌主要以氧化锌的形式存在,氧化程度较深,锌氧化率达99%,且主要为难选的异极矿。最终通过闭路选矿流程,获得铅品位33.87%,回收率62.53%的铅精矿;铅精矿中银品位142.50 g/t,银回收率30.92%;获得锌品位15.21%、回收率47.82%的锌精矿。     

水溶性丙烯酸涂料加锌的改性

论述了水溶性丙烯酸钢铁底漆涂料制备、性能以及用锌粉对其进行改性的研究。本实验是在用环氧树脂改性后的水溶性丙烯酸树脂为主要成膜物质中加入锌粉，来改善其抗盐雾性，耐候性等性能，特别是改善其抗腐蚀性能和表面光洁性能等。结果表明，一定温度下在改性的水溶性丙烯酸钢铁底漆涂料中加入0．5％的锌粉后，经测定其耐盐雾性可达106h以上，抗腐蚀性能和表面光洁性能都得到了显著提高。     

高落差粉尘扩散规律和分布特征

高溜井放矿过程中会形成强大的冲击气流引起粉尘扩散,造成严重的井下环境污染,对其进行有效治理一直是井下通风除尘的工作重心,本工作利用相似实验和数值模拟相结合的方式探究溜井放矿过程中粉尘的扩散规律和分布特征。通过改变放矿质量、矿石粒径、溜井密闭程度、含水率等因素测试不同条件下气流大小和粉尘浓度分布,并利用CFD-DPM耦合方法模拟卸矿过程中的气?固两相流,研究气流和粉尘浓度时空分布特征。结果表明,最大粉尘浓度和风速随放矿质量增加而上升,随颗粒粒径和溜井密闭程度增大而降低,且含水率越大,粉尘浓度越小,风速无明显变化,在放矿过程中矿石颗粒之间碰撞占主导作用,颗粒流呈横向分布。     

澳洲铁矿石粒度分布和铁含量关系的研究与探讨

工作中发现,不同粒径块铁矿的铁含量存在着较大的差异,研究粒度分布与铁含量的关系对手工取样和实验检测有现实的指导和参考意义,同时也能减少贸易纠纷。文章通过选样、筛分、磨样、烘样、溶样等手段对样品进行处理,并按标准ISO9507-1990对样品进行全铁含量检测,考察铁含量随不同粒径块铁矿的变化。结果表明:不同粒径块铁矿的铁含量存在着较大差异,最大偏差达到3.74%,这种差异被认为是块铁矿的结构、组分以及在破碎时不同的破碎方式导致的。