竖炉生产海绵铁过程的还原特性及碳行为研究

论文摘要

海绵铁可以代替优质废钢作为电炉原料,近年来废钢资源短缺,海绵铁生产已显得越来越重要。本课题对气基竖炉生产海绵铁做了一些基础性研究,在球团矿还原特性、析碳和渗碳等方面进行了理论和实验研究,为实际生产提供参考。金属化率是衡量海绵铁质量的重要指标,还原时间直接影响到实际的生产效率。本课题设计了冶金性能实验装置,并在该装置上模拟竖炉的实际升温过程,采用含CO和H2的还原气对含铁球团进行了还原实验,还原气中CO+H2的含量在90%左右。改变还原气中氢碳比进行了大量实验,结果表明,用不同氢碳比还原气还原球团矿时,只要还原时间达到5.5小时,海绵铁金属化率均能达到92%,还原气中H2含量升高,能加快反应速率,但对还原时间的影响不大。此外,还进行了向还原气中配加5%～10%CO2,降低还原气中CO+H2的浓度的还原实验。结果表明,还原气中加入CO2后,还原时间需延长到6.5小时,金属化率才能达到92%。在实验的基础上,对CO和H2在低温下的还原特性进行了理论研究,结合实验结果建立了适用于气基竖炉还原球团矿的反应速率模型。在竖炉生产海绵铁过程中,还原气中的CO—CO2具有析碳、使炉料渗碳的性质。本课题以实验为基础,结合理论分析,探讨了气体析碳的温度条件,发现在500℃左右,还原气析碳较为严重。采用还原实验结束后称量碳粉质量的方法,研究了还原气氢碳比不同的条件下,析碳的规律及影响因素。另外还研究了Al2O3球代替球团矿通入还原气时的析碳规律,并与球团矿还原时的析碳规律进行对比,发现金属铁的生成对析碳有明显的催化作用。通过化验金属化球团中的C含量,得到还原气体成分对海绵铁碳含量的影响。并得到用不同成分还原气还原球团矿时海绵铁中的碳含量在0.6%～1.1%之间。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 课题研究的背景及意义
• 1.2 气基竖炉生产海绵铁流程简介
• 1.2.1 Midrex 竖炉法
• 1.2.2 HYLⅢ法
• 1.2.3 BL 法竖炉直接还原流程
• 1.3 研究现状
• 1.3.1 还原气用量的研究
• 1.3.2 还原反应速率及限制性环节的研究
• 1.3.3 竖炉内C 行为的研究
• 1.3.4 移动床数学模型
• 1.4 课题研究的内容及目的
• 1.4.1 研究目的
• 1.4.2 研究内容
• 2 物料平衡及热平衡计算与讨论
• 2.1 物料平衡计算
• 2.1.1 原料条件的确定
• 2.1.2 海绵铁中各物质含量计算
• 2.1.3 竖炉尾气成分及含量计算
• 2.1.4 竖炉物料收支平衡表
• 2.2 竖炉热平衡计算
• 2.2.1 热收入
• 2.2.2 热支出
• 2.2.3 竖炉热平衡表
• 2.3 各因素对还原过程影响的讨论
• 2.3.1 热平衡计算中各因素对煤气出口温度的影响
• 2.3.2 还原气成分及用量对炉顶气成分的影响
• 2.4 本章小结
• 3 竖炉还原特性的理论分析与实验研究
• 3.1 还原时间的确定
• 3.1.1 随炉升温时的还原时间
• 3.1.2 恒温还原时的还原时间
• 3.2 还原速率分析
• 3.2.1 随炉升温的还原速率
• 3.2.2 恒温还原时的还原速率
• 3.3 铁矿石还原速率及阻力计算
• 3.3.1 用CO 还原铁矿石的速率分析
• 2 还原铁矿石的速率分析'>3.3.2 用H₂还原铁矿石的速率分析
• 2 和CO 混合气体还原铁矿石的速率分析'>3.3.3 用H₂ 和CO 混合气体还原铁矿石的速率分析
• 3.4 本章小结
• 4 竖炉内碳的行为研究
• 4.1 析碳分析
• 4.1.1 热力学分析
• 4.1.2 实验分析
• 4.2 渗碳分析
• 4.2.1 热力学分析
• 4.2.2 实验分析
• 4.3 本章小结
• 5 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• A. 作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文目录
• B. 作者在攻读硕士学位期间参与的科研项目
• C. 硫平衡计算