噴吹煤氣高爐的爐料同化過程研究

【摘要】： 噴吹煤粉是降低高爐冶煉成本、增強競爭力的有效技術(shù)措施,但也給高爐生產(chǎn)帶來了一系列負面影響。作者提出了通過煤造氣自風口向高爐噴吹還原氣體,結(jié)合富氧進行煉鐵生產(chǎn)的新工藝,以高爐整體爐料為對象,研究了爐料的同化過程,探討了煤氣中H_2含量對爐料的低溫還原粉化、還原率、熔融滴落、成渣和焦炭變化過程的影響。研究結(jié)果表明: 溫度對鐵礦石的低溫還原粉化具有重要影響,在500℃時礦石的粉化最為嚴重,500～900℃區(qū)間內(nèi)礦石的粉化率(RDI_(-3.150)隨溫度升高而降低;相同溫度下,礦石的粉化率隨煤氣中H_2含量的增加而增加,隨CO_2含量的增加而明顯減少;相同條件下,燒結(jié)礦的低溫還原粉化率明顯高于球團礦和塊礦,鐵礦石的低溫還原粉化主要是由于赤鐵礦還原為磁鐵礦時體積膨脹造成的。 新工藝條件下礦石的還原率隨著溫度的升高、時間的延長而增加,兩者基本上呈線性關(guān)系。相同條件下,礦石的還原率隨著H_2含量增加而明顯增大,H_2含量增加擴大了爐料在塊狀帶的間接還原,對于強化高爐冶煉,降低冶煉過程能耗具有決定性作用;新工藝條件下焦炭的失碳率顯著增加,導(dǎo)致焦炭性能惡化,對于起骨架作用的焦炭提出了更高的要求。 隨著H_2含量增加,爐料的滴落溫度降低,滴落溫度區(qū)間減小,噴吹煤氣高爐能夠在較低溫度下進行冶煉,可以降低高爐生產(chǎn)過程的能耗;隨著H_2含量增加,爐料滴落過程的最大負壓明顯降低,最大壓差降低。噴吹煤氣高爐內(nèi)的軟熔帶變薄甚至可能消失,爐內(nèi)的透氣性改善,對高爐順行非常有利。 高爐初渣的生成與爐料的種類有關(guān),球團和天然塊礦生成由大量FeO和硅鋁酸鹽組成的初渣;燒結(jié)礦生成呈酸性的CaO-Al_2O_3-MgO-SiO_2初渣。球團和天然塊礦的初渣在下降過程中FeO被還原,吸收CaO和MgO轉(zhuǎn)變?yōu)榻K渣。噴吹煤氣高爐由風口進入的酸性物質(zhì)減少,爐料的入爐堿度大幅降低,渣量降低,沒有未燃煤粉的加入,成渣過程比噴煤高爐更為合理,有利于高爐形成合理的操作爐型,強化高爐冶煉。采用合理的造渣制度可以使爐渣具有良好的冶金性能,解決渣量降低帶來的問題,生產(chǎn)出高質(zhì)量鐵水。 研究結(jié)果表明,高爐噴吹煤氣是完全可行的。新工藝把煤粉在風口前的燃燒、氣化這一復(fù)雜過程轉(zhuǎn)移到爐外,使高爐冶煉功能單一化,不但可以改善冶煉條件,而且可以實現(xiàn)“富氫”冶煉。爐頂煤氣可通過造氣爐轉(zhuǎn)化循環(huán)利用,降低高爐煉鐵能耗,減少高爐的CO_2排放,使高爐冶煉由依賴焦炭轉(zhuǎn)向普通煤,符合當前冶金行業(yè)發(fā)展方向,具有明顯的優(yōu)越性。 【關(guān)鍵詞】：噴吹煤氣高爐 H_2含量 RDI_(-3.15) 還原率 熔融滴落 成渣過程
【學(xué)位授予單位】：東北大學(xué)　
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2009
【分類號】：TF538.63
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-13
• 第1章 緒論13-40
• 1.1 高爐煉鐵工藝的發(fā)展13-14
• 1.2 高爐噴煤技術(shù)14-16
• 1.2.1 高爐富氧噴吹煤粉的優(yōu)點15
• 1.2.2 高爐噴吹煤粉的缺點15-16
• 1.3 高爐噴吹新技術(shù)16-20
• 1.3.1 噴吹天然氣16-17
• 1.3.2 全氧混合噴吹17-18
• 1.3.3 噴吹熱還原氣18-20
• 1.3.4 噴吹技術(shù)發(fā)展的主要特征20
• 1.4 爐料同化過程的研究現(xiàn)狀20-25
• 1.4.1 整體爐料的同化過程21
• 1.4.2 鐵礦石的冶金性能21-23
• 1.4.3 焦炭的同化過程23-24
• 1.4.4 高爐渣的形成過程24-25
• 1.5 富氧噴吹煤氣高爐工藝的基本思路25-28
• 1.5.1 富氧噴吹煤氣高爐工藝的提出25
• 1.5.2 煤氣的制取和H_2的來源25-27
• 1.5.3 噴吹煤氣高爐工藝的特點27-28
• 1.6 富氧噴吹煤氣高爐工藝的可行性28-38
• 1.6.1 工藝參數(shù)計算結(jié)果及其討論28-33
• 1.6.2 H_2含量對新工藝熱平衡的影響33-36
• 1.6.3 新工藝與傳統(tǒng)工藝冶煉效果的比較36-37
• 1.6.4 新工藝的極限焦比37-38
• 1.7 主要研究內(nèi)容38-40
• 第2章 低溫區(qū)的爐料同化過程40-55
• 2.1 試驗方案40-44
• 2.2 溫度對礦石低溫還原粉化的影響44
• 2.3 煤氣成分對礦石低溫還原粉化的影響44-45
• 2.4 不同爐料的還原粉化情況45-47
• 2.5 氫氣含量對礦石鐵氧化物還原的影響47-51
• 2.6 氫氣含量對礦石滲碳的影響51-54
• 2.7 本章小結(jié)54-55
• 第3章 高溫區(qū)爐料的同化過程55-80
• 3.1 試驗方案及結(jié)果55-59
• 3.2 礦石的外觀變化59-61
• 3.3 氫氣含量對礦石失重的影響61-62
• 3.4 氫氣含量對礦石還原率的影響62-64
• 3.5 氫氣含量對礦石金屬化率的影響64-65
• 3.6 還原后礦石的顯微結(jié)構(gòu)65-71
• 3.7 氫氣含量對焦炭性能的影響71-79
• 3.7.1 焦炭的外觀變化71-72
• 3.7.2 焦炭的失重72
• 3.7.3 焦炭的顯微結(jié)構(gòu)變化72-79
• 3.8 本章小結(jié)79-80
• 第4章 氫氣含量對爐料熔融滴落過程的影響80-95
• 4.1 試驗方案80-83
• 4.2 試驗結(jié)果83-85
• 4.3 對爐料軟熔、滴落溫度的影響85-88
• 4.4 對熔滴過程最大壓差的影響88-89
• 4.5 對滴落物的影響89-93
• 4.5.1 對滴落物質(zhì)量的影響89-91
• 4.5.2 對鐵水成分的影響91-93
• 4.6 新工藝條件下爐料熔滴特點的討論93
• 4.7 小結(jié)93-95
• 第5章 噴吹煤氣高爐的成渣過程95-121
• 5.1 試驗方案95-96
• 5.2 爐料的軟熔變化情況96-97
• 5.3 初渣的生成97-102
• 5.4 爐腹渣生成與變化102-105
• 5.5 終渣的生成105-107
• 5.6 兩種工藝造渣過程的對比107-110
• 5.6.1 渣量的變化107-108
• 5.6.2 未燃煤粉對終渣性能的影響108-110
• 5.6.3 未燃煤粉對初渣性能的影響110
• 5.7 新工藝條件下的造渣制度110-119
• 5.7.1 堿度對爐渣冶金性能的影響111-112
• 5.7.2 MgO含量對爐渣冶金性能的影響112-113
• 5.7.3 Al_2O_3含量對爐渣冶金性能的影響113-115
• 5.7.4 對爐渣排堿、脫硫能力的影響115-119
• 5.7.5 高爐造渣制度的優(yōu)化選擇119
• 5.8 本章小結(jié)119-121
• 第6章 結(jié)論121-123
• 參考文獻123-130
• 致謝130-131
• 攻讀博士學(xué)位期間的研究成果、發(fā)表的論文、 獲獎及發(fā)明專利131-133
• 作者簡介133

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