还原气氛对流态化还原铁矿粉黏结失流的影响

采用热态可视流化床装置研究了973~1173 K不同气氛条件对流态化还原铁矿粉黏结失流的影响.研究发现,一定表观气速条件下温度和还原气氛组成对失流时铁矿粉的金属化率影响不大,而失流时颗粒微观形态受还原气种类和温度的影响较显著,但还原气体积分数对形态的影响较小.此外,流化时间随着还原气体积分数的增大而逐渐缩矩,并通过线性拟合得到了不同温度时二者间的数学关系式.     

高磷鲕状铁矿酸浸脱磷

研究了酸浸处理高磷铁矿脱磷及其影响因素.实验用鄂西鲕状高磷矿Fe的质量分数为51.7%,P的质量分数约0.5%,S的质量分数为0.34%.通过硫酸浸出,浸出矿中磷的质量分数降低至0.07%左右,而铁损只有0.18%,S的质量分数为0.35%,满足钢铁生产的要求.通过扫描电镜观察和能谱分析表征了高磷矿中磷的脱除,在实验酸度下能明显看出磷灰石溶解,而铁相基本不反应,并得到了热力学计算证明.实验确定了最佳的酸浸条件:浸出时间1 h,液固比100mL:8 g,酸度0.2 mol·L^-1,振荡频率150 Hz.通过微波加热预处理,高磷铁矿中产生微裂纹,增加了矿石的比表面积,但是这并没有明显促进酸浸脱磷的进行.通过补酸的方式循环利用酸浸液处理高磷铁矿能得到较好的脱磷效果,脱磷率稳定在80%,能有效减少酸耗、保护环境.     

撞击流反应器内气固两相流动的数值模拟

采用标准k-ε湍流模型和颗粒轨道模型模拟了水平撞击流反应器内的气相流场和颗粒运动,实验采用压力计和PV4A光纤速度测量仪测量了整体压力损失和颗粒沿喷嘴轴线的速度变化,模拟得到的规律和实验结果基本吻合。通过模拟还得到了单侧颗粒进料时的颗粒运动特征、颗粒的最大渗透深度和平均飞行时间等信息。结果表明,撞击区域集中在2～3倍喷嘴直径范围之内,气流场的速度和压力呈对称分布,颗粒进入反向气流后速度急剧衰减,最大渗透深度约为喷嘴直径的2倍,颗粒的平均飞行时间在0.7 s～1.8 s之间。随着喷嘴气流速度的增加,颗粒物料更容易被气流带走。     

折流式移动流化床COREX煤气预还原粉铁矿的数值模拟

建立了折流式移动流化床内粉铁矿预还原的二维气固反应流CFD模型.模型的数值求解采用PHOENICS和FLUENT的联合求解.与之前的实验结果相比,在冷态条件下单床层平均压降和气固相流动行为的数值模拟结果与其基本一致,得出所提出的数学模型是可靠的.在此模型基础上,对采用COREX输出煤气对铁矿粉预还原的工艺过程进行热态模拟.在模拟的工况条件下,还原气温度的整体降幅700 K,气相CO和H_2还原势的利用率分别达到38%和26%,矿粉的还原分数达到75%,即反应器内有良好的气固换热而且对COREX煤气还原势的利用率较高,实现了对还原气热能和还原势的梯度利用.     

CO气氛下CaO对铁晶须生长影响的原位观察和机理研究

利用光学体视显微镜和高温热台对CO气体还原Fe₂O₃过程进行原位观察,并结合扫描电镜、能谱和红外光谱分析,研究掺入CaO对还原过程中铁晶须生成和生长机理的影响.实验结果表明:铁晶须是在实现FeO→Fe转变时形成和不断生长的;CaO对氧化铁的还原有抑制作用,当掺入CaO质量分数 ≥ 8%时,没有铁晶须生成和生长.因此,可以通过控制CaO掺入量的方式抑制铁晶须的生成和生长,进而减少矿粉颗粒团聚的发生.     

高磷铁矿气基还原冶炼低磷铁

针对鄂西鲕状高磷铁矿难选、难冶的特点,从该矿矿相结构分析出发,在使用HSC计算化学软件的热力学模拟和具体实验的基础上,提出了气基还原+电炉熔分冶炼高磷铁矿的新型工艺.实验结果与HSC软件模拟结果吻合.实验室含P 1.28%的高磷铁矿通过CO还原后熔分,得到含P 0.27%的低磷铁;通过H₂还原后熔分,得到含P 0.33%的低磷铁.由熔分铁的SEM和EDS结果证实,P仍以夹杂物的形态存在,可以在熔分时通过去除铁水中夹杂物的方法进一步脱磷,以满足炼钢的要求.     

利用高含碳金属化团块实现高炉炼铁的节焦

高炉炼铁是主要的铁水生产工艺,低焦比炼铁一直是高炉节能的重要指标。研究了高含碳金属化团块在高炉中的应用,以达到节约焦炭的目的。利用超细氧化铁粉和非焦煤煤粉为原料在管式加热炉中通过直接还原制备了碳质量分数为15.6%的高含碳金属化团块;在模拟高炉环境的条件下,考察了团块质量变化、团块部分反应后抗碎强度变化和团块微观结构变化;利用自制的热重装置考察了团块内碳的气化动力学;以试验结果为基础,结合高炉数学模型,对利用高含碳金属化团块实现高炉炼铁节约焦炭的效果进行了定量分析。试验结果表明,在高炉环境下,团块部分反应后抗碎强度可以保持在1 200N/个以上,团块的反应主要为碳溶损反应,且团块有较高的CO₂反应性。对2 500m³高炉的模拟结果表明,在高炉的含铁炉料层中添加质量分数为5%的高含碳金属化团块,生产率可以提高419t/d,生产1t铁水可以节约焦炭11.3kg,且高炉的操作参数不需要进行调整。     

微波干燥和焙烧球团矿

使用1400/850W的微波炉,在实验室研究了微波加热磁铁矿球团时球团矿的温度变化规律、干燥特点、生球强度和焙烧后球团的岩相特征,并对固结机理进行了探讨。结果表明,和普通干燥焙烧方法相比,微波法干燥焙烧球团矿温度上升迅速且内部温度分布均匀;干燥速度很快,干燥过程中不出现裂纹和爆裂现象;焙烧后的磁性球团矿主要由连晶充分的Fe₂O₃组成;每个成品球的强度为170~230kg;焙烧时不会出现过热.     

折流式移动床反应器内粉铁矿煤气还原模拟算法的研究

以质量守恒定律，动量守恒定律和能量守恒定律为基础，通过分析折流式移动床反应器中煤气预报还原粉铁矿的传热和传质过程，并结合粉铁矿煤气还原的动力学数据，全面考虑了煤气和粉铁矿的热力学性能数据，建立了粉铁矿在折流式移动床中的还原数学模型，为优化折流式移动床干燥器的设计和粉铁矿还原的实验研究提供了可靠的理论依据。     

折流式移动流化床改质焦炉煤气预还原铁矿粉的数值模拟

 建立了折流式移动流化床内利用改质焦炉煤气进行气基粉铁矿预还原的数学模型。模型求解采用FLUENT和PHOENICS的联合求解。冷态工况的数值模拟结果和试验结果进行了比较。通过比较床层平均压降和分析气固相的流动行为,对提出的数学模型的可靠性进行了验证。利用所建立的数学模型对利用该反应器和采用改质COG(焦炉煤气)对铁矿粉预还原的工艺过程进行了热态模拟。在模拟的工况条件下,指出了反应器内分布板布置上的缺陷;反应器必须采用气体分布板振动才可以保持气固正常流动,同时保持较小的流化气速。还原气温度的整体降幅达到770K,气相还原势的利用率达到35%,矿粉的还原分数达到0.7,反映出该反应器内良好的气固换热和对还原势的利用率。该反应器在一个紧凑的结构下实现了对还原气热能和还原势的梯级利用。