喷吹煤气高炉的炉料同化过程研究

论文摘要

喷吹煤粉是降低高炉冶炼成本、增强竞争力的有效技术措施,但也给高炉生产带来了一系列负面影响。作者提出了通过煤造气自风口向高炉喷吹还原气体,结合富氧进行炼铁生产的新工艺,以高炉整体炉料为对象,研究了炉料的同化过程,探讨了煤气中H2含量对炉料的低温还原粉化、还原率、熔融滴落、成渣和焦炭变化过程的影响。研究结果表明:温度对铁矿石的低温还原粉化具有重要影响,在500℃时矿石的粉化最为严重,500～900℃区间内矿石的粉化率(RDI-3.150随温度升高而降低;相同温度下,矿石的粉化率随煤气中H2含量的增加而增加,随CO2含量的增加而明显减少;相同条件下,烧结矿的低温还原粉化率明显高于球团矿和块矿,铁矿石的低温还原粉化主要是由于赤铁矿还原为磁铁矿时体积膨胀造成的。新工艺条件下矿石的还原率随着温度的升高、时间的延长而增加,两者基本上呈线性关系。相同条件下,矿石的还原率随着H2含量增加而明显增大,H2含量增加扩大了炉料在块状带的间接还原,对于强化高炉冶炼,降低冶炼过程能耗具有决定性作用;新工艺条件下焦炭的失碳率显著增加,导致焦炭性能恶化,对于起骨架作用的焦炭提出了更高的要求。随着H2含量增加,炉料的滴落温度降低,滴落温度区间减小,喷吹煤气高炉能够在较低温度下进行冶炼,可以降低高炉生产过程的能耗;随着H2含量增加,炉料滴落过程的最大负压明显降低,最大压差降低。喷吹煤气高炉内的软熔带变薄甚至可能消失,炉内的透气性改善,对高炉顺行非常有利。高炉初渣的生成与炉料的种类有关,球团和天然块矿生成由大量FeO和硅铝酸盐组成的初渣;烧结矿生成呈酸性的CaO-Al2O3-MgO-SiO2初渣。球团和天然块矿的初渣在下降过程中FeO被还原,吸收CaO和MgO转变为终渣。喷吹煤气高炉由风口进入的酸性物质减少,炉料的入炉碱度大幅降低,渣量降低,没有未燃煤粉的加入,成渣过程比喷煤高炉更为合理,有利于高炉形成合理的操作炉型,强化高炉冶炼。采用合理的造渣制度可以使炉渣具有良好的冶金性能,解决渣量降低带来的问题,生产出高质量铁水。研究结果表明,高炉喷吹煤气是完全可行的。新工艺把煤粉在风口前的燃烧、气化这一复杂过程转移到炉外,使高炉冶炼功能单一化,不但可以改善冶炼条件,而且可以实现“富氢”冶炼。炉顶煤气可通过造气炉转化循环利用,降低高炉炼铁能耗,减少高炉的CO2排放,使高炉冶炼由依赖焦炭转向普通煤,符合当前冶金行业发展方向,具有明显的优越性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 高炉炼铁工艺的发展
• 1.2 高炉喷煤技术
• 1.2.1 高炉富氧喷吹煤粉的优点
• 1.2.2 高炉喷吹煤粉的缺点
• 1.3 高炉喷吹新技术
• 1.3.1 喷吹天然气
• 1.3.2 全氧混合喷吹
• 1.3.3 喷吹热还原气
• 1.3.4 喷吹技术发展的主要特征
• 1.4 炉料同化过程的研究现状
• 1.4.1 整体炉料的同化过程
• 1.4.2 铁矿石的冶金性能
• 1.4.3 焦炭的同化过程
• 1.4.4 高炉渣的形成过程
• 1.5 富氧喷吹煤气高炉工艺的基本思路
• 1.5.1 富氧喷吹煤气高炉工艺的提出
• 2的来源'>1.5.2 煤气的制取和H₂的来源
• 1.5.3 喷吹煤气高炉工艺的特点
• 1.6 富氧喷吹煤气高炉工艺的可行性
• 1.6.1 工艺参数计算结果及其讨论
• 2含量对新工艺热平衡的影响'>1.6.2 H₂含量对新工艺热平衡的影响
• 1.6.3 新工艺与传统工艺冶炼效果的比较
• 1.6.4 新工艺的极限焦比
• 1.7 主要研究内容
• 第2章 低温区的炉料同化过程
• 2.1 试验方案
• 2.2 温度对矿石低温还原粉化的影响
• 2.3 煤气成分对矿石低温还原粉化的影响
• 2.4 不同炉料的还原粉化情况
• 2.5 氢气含量对矿石铁氧化物还原的影响
• 2.6 氢气含量对矿石渗碳的影响
• 2.7 本章小结
• 第3章 高温区炉料的同化过程
• 3.1 试验方案及结果
• 3.2 矿石的外观变化
• 3.3 氢气含量对矿石失重的影响
• 3.4 氢气含量对矿石还原率的影响
• 3.5 氢气含量对矿石金属化率的影响
• 3.6 还原后矿石的显微结构
• 3.7 氢气含量对焦炭性能的影响
• 3.7.1 焦炭的外观变化
• 3.7.2 焦炭的失重
• 3.7.3 焦炭的显微结构变化
• 3.8 本章小结
• 第4章 氢气含量对炉料熔融滴落过程的影响
• 4.1 试验方案
• 4.2 试验结果
• 4.3 对炉料软熔、滴落温度的影响
• 4.4 对熔滴过程最大压差的影响
• 4.5 对滴落物的影响
• 4.5.1 对滴落物质量的影响
• 4.5.2 对铁水成分的影响
• 4.6 新工艺条件下炉料熔滴特点的讨论
• 4.7 小结
• 第5章 喷吹煤气高炉的成渣过程
• 5.1 试验方案
• 5.2 炉料的软熔变化情况
• 5.3 初渣的生成
• 5.4 炉腹渣生成与变化
• 5.5 终渣的生成
• 5.6 两种工艺造渣过程的对比
• 5.6.1 渣量的变化
• 5.6.2 未燃煤粉对终渣性能的影响
• 5.6.3 未燃煤粉对初渣性能的影响
• 5.7 新工艺条件下的造渣制度
• 5.7.1 碱度对炉渣冶金性能的影响
• 5.7.2 MgO含量对炉渣冶金性能的影响
• 2O₃含量对炉渣冶金性能的影响'>5.7.3 Al₂O₃含量对炉渣冶金性能的影响
• 5.7.4 对炉渣排碱、脱硫能力的影响
• 5.7.5 高炉造渣制度的优化选择
• 5.8 本章小结
• 第6章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读博士学位期间的研究成果、发表的论文、 获奖及发明专利
• 作者简介