钢铁厂典型粉尘的基本物性与利用途径分析

对钢铁生产流程中产生的几种典型粉尘采用化学分析,激光粒度仪,偏光显微镜,扫描电镜和XRD等手段进行了分析,结果表明,粉尘含铁量高,粒度细且含有多种杂质元素;高炉干灰碳含量为34.00%,锌含量为16.60%且以铁酸锌形式弥散分布;烧结三电场除尘灰钾含量为15.88%且以氯化钾形式存在.对比了烧结、球团、直接还原和炼钢处理粉尘的优缺点,着重分析转底炉直接还原处理粉尘的优势,并在实验室条件下模拟转底炉直接还原工艺,在1250℃下还原15min时,得到金属化率大于75%,脱锌率大于95%,脱钾、钠率大于80%和残碳量低于0.2%的金属化球团.     

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.     

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%.     

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.     

回收高炉尘泥中的铁与锌

利用高炉尘泥以还原焙烧-磁选工艺获得高品位富铁矿,由醋酸回收液回收还原后的锌得到高纯度醋酸锌产品. 研究得出合理的焙烧工艺条件是：温度1373.2 K、时间60 min. 通过还原焙烧,高炉尘泥脱锌率可达98%,并得到含锌率仅为0.04%(w)、金属化率高的还原矿. 还原矿在150 mT的磁场强度下弱磁选可得铁品位在80%左右的富铁矿,回收液经浓缩结晶后得到纯度达98.7%的醋酸锌副产品. 所得富铁矿和醋酸锌可工业应用.     

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.     

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．     

基于涂层防护的含碳球团制备海绵铁的研究

为了减缓海绵铁的高温再氧化,在以含碳球团制备海绵铁的过程中,在含碳球团表面包覆一层约0.25mm厚的Al2O3-MgO-CaO-SiO2陶瓷料浆作为保护层,研究了有无防护层的海绵铁在制备过程中的金相组织及微观形貌,分析了氧化产物的物相组成,测试了球团的金属化率,考察了包覆层对含碳球团还原过程的影响,探讨了涂层防护含碳球团的还原行为和防护机理。研究结果表明,含碳球团"自还原"过程中表层还原产物FeO在高温下通过塑性变形进入包覆层,并包裹其中的功能组元MgO颗粒,两者发生固溶反应生成主要成分为(MgO)0.239(FeO)0.761的致密层,该致密层可进一步氧化生成内层为"针状"的Fe2.95Si0.05O4、外层为"补丁"状的MgFe2O4尖晶石结构的防护层,防护层的总厚度为0.20mm,可通过挤压形变处理的方式使其从海绵铁基体上完整剥落。涂层防护改变了海绵铁疏松多孔的氧化皮结构,致密的防护层很好地维持含碳球团内部的还原性气氛,防止生成的海绵铁被高温氧化性炉气二次氧化,在富氧炉况下取得了80%的金属化率(与无防护涂层的含碳球团相比,金属化率提高了59.5个百分点)。     

无烟煤直接还原铜渣中铁矿物工艺研究

铜矿经熔炼等工序提取铜后,渣中的铁元素含量通常超过30%(质量分数)。直接还原-磁选制备金属铁是利用铜渣中铁资源的有效途径。以无烟煤为还原剂,用正交实验和单因素实验考察了焙烧温度、焙烧时间、碳铁物质的量比、碱度等因素对铁金属化率的影响。结果表明铁金属化率随焙烧温度、焙烧时间、碳铁物质的量比、碱度的增加先增加后基本保持不变,各因素影响铁金属化率的顺序为焙烧温度焙烧时间碳铁物质的量比碱度。无烟煤直接还原铜渣的工艺条件:焙烧温度为1 100℃,焙烧时间为90 min,碳铁物质的量比1.4,碱度为1.6。在此条件下铁金属化率达到91.84%。     

COREX竖炉球团粘结机理

模拟COREX竖炉还原条件进行铁矿球团荷重还原实验,研究了温度、还原气体成分、荷重对粘结的影响,并用SEM-EDS和XRD分析了不同条件下粘结物的矿相和成分.结果表明,球团间的粘结物以铁为主,属于金属铁原子以扩散方式相互渗透的固相粘结类型;还原温度从750℃升至950℃,球团金属化率和粘结物强度均增大;随H_2在还原气体中比例提高,球团金属化率及粘结情况均改善,荷重使球团间粘结加剧.     

钒钛磁铁矿流态化直接还原技术现状与发展趋势

钒、钛是重要的生产生活资料,90%以上赋存于钒钛磁铁矿中. 我国钒钛磁铁矿资源储量丰富,但在当前高炉?转炉工业流程中,受高炉冶炼条件限制,钒钛磁铁精矿中的钛元素未能得到回收利用. 面对钒钛磁铁精矿铁钒钛资源全面提取利用难题和资源环保集约综合利用的迫切需求,直接还原?电炉熔分两步法流程受到广泛关注,其中流化床法因直接采用粉矿入炉、工序流程短、低温综合反应效率高,在直接还原工序中优势突出. 本工作阐述并对比了钒钛磁铁精矿流化床直接还原工艺,分析了钒钛磁铁精矿难还原的原因,重点介绍了流态化预氧化强化还原方法,同时归纳流化床直接还原过程中影响粘结失流的主要因素,总结了5种抑制铁矿粉粘结失流的直接方法,并提出了添加MgO惰性添加剂、碳包覆及改进床型结构的研究发展方向.     

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。     

高温炉气中含碳团矿的还原和氧化过程研究

本文首次指出，在高温氧化性护气中焙烧含碳团矿时，还原反应开始前存在一脱碳期，其例证是，在表层的矿相照片上发现存在无碳无铁的浮氏体烧结层．因此，在高温炉气中焙烧含碳团矿时的化学反应过程可分为三段；前期为脱碳过程，中期为还原过程，后期为再氧化过程．后期的再氧化使金属化率随时间的变化由极大植逐渐下降，此金属化率极大值的高低主要决定于前期的脱碳程度．     

Modelling the complex interactions between reformer and reduction furnace in a midrex‐based iron plant

This article studies the complex mass and energy interactions between the reformer and the reduction furnace in an iron plant based on Midrex technology. The methodology consists in the development of rigorous first principle models for the reformer and the reduction furnace, in addition to models for auxiliary units such as heat recuperator, scrubber and compressor. In this regard, a one‐dimensional heterogeneous model for the catalyst tubes which takes into account the intraparticle mass transfer resistance was developed for the reformer unit, while the furnace was modelled with bottom‐firing configuration. As for the reduction furnace, the mathematical model was based on the concept of shrinking core model. The furnace was modelled as a moving bed reactor taking into consideration the effects of water gas shift reaction, steam reforming of methane and carburisation reactions. The model was first validated using data from a local iron/steel plant and was then simulated to determine key output variables such as bustle gas temperature, degree of metalisation, carbon content, ratio of hydrogen to carbon monoxide, reductants to oxidants ratio and required compression energy. The effects of key input parameters on the performance of the plant were studied. These parameters included recycle ratio, scrubber exit temperature, injected oxygen flow rate, flow rate of natural gas after reformer, to transition zone, to reformer and to cooling zone. Useful profiles were compiled to illustrate the results of the sensitivity analysis. These results may serve as guidelines for a further optimisation of the plant.     

冶炼烟气制酸系统烟气复合除尘技术的研发应用

介绍了冶炼烟气制酸系统净化工序烟气复合高效除尘技术的工艺流程、关键设备及废水多层级循环减量技术。采用"高效降温湍冲塔+多能除尘洗涤塔+移热除尘增湿冷却塔+电除雾器"工艺除去烟气中氟、砷等有害杂质,通过水平衡分析,合理循环利用酸性废水,达到了高效除尘和废水减量的目的。该技术应用后烟气除尘效率提升0.5个百分点,净化指标达标率提升3.2个百分点,酸性废水减排41.7%。     

Modeling and simulations of a reformer used in direct reduction of iron

This paper presents a detailed modeling and simulations of a reformer unit used in the direct reduction of iron (DRI) process. A one-dimensional heterogeneous model for the catalyst tubes which takes into account the intraparticle mass transfer resistance was developed, while the furnace was modeled with bottom firing configuration. Validation against data from a local iron/steel plant showed satisfactory results. The performance variables of the unit were the process gas temperature, wall temperature and conversions of hydrogen, methane and carbon dioxide. The profiles of these output variables along the distance were calculated. The effect of operating parameters such as inlet temperature, natural gas flow rate and gas composition was also determined.     

铁矿微粉低温输送预还原及附碳行为

研究了铁矿微粉低温输送预还原中气固比、还原时间、炉温、矿粉粒径、还原剂种类等参数对矿粉还原率的影响,并运用正交设计和模式识别方法对工艺参数进行了优化,对预还原过程中样品的附碳行为进行了探讨. 结果表明,在矿粉粒径14~20 mm、炉温660~700℃、反应时间180~220 s、还原气成分CO 0~20%(j)的优化条件下,预还原率较高,最高达70.16%. XRD分析表明,还原样品发生碳吸附现象,少量氢气可提高碳吸附率.