喷吹煤气高炉的炉料同化过程研究

【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H_2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H_2含量的增加而增加,随CO_2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H_2含量增加而明显增大,H_2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H_2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H_2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-Al_2O_3-MgO-SiO_2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CO_2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。 【关键词】：喷吹煤气高炉 H_2含量 RDI_(-3.15) 还原率 熔融滴落 成渣过程
【学位授予单位】：东北大学　
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TF538.63
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-13
• 第1章 绪论13-40
• 1.1 高炉炼铁工艺的发展13-14
• 1.2 高炉喷煤技术14-16
• 1.2.1 高炉富氧喷吹煤粉的优点15
• 1.2.2 高炉喷吹煤粉的缺点15-16
• 1.3 高炉喷吹新技术16-20
• 1.3.1 喷吹天然气16-17
• 1.3.2 全氧混合喷吹17-18
• 1.3.3 喷吹热还原气18-20
• 1.3.4 喷吹技术发展的主要特征20
• 1.4 炉料同化过程的研究现状20-25
• 1.4.1 整体炉料的同化过程21
• 1.4.2 铁矿石的冶金性能21-23
• 1.4.3 焦炭的同化过程23-24
• 1.4.4 高炉渣的形成过程24-25
• 1.5 富氧喷吹煤气高炉工艺的基本思路25-28
• 1.5.1 富氧喷吹煤气高炉工艺的提出25
• 1.5.2 煤气的制取和H_2的来源25-27
• 1.5.3 喷吹煤气高炉工艺的特点27-28
• 1.6 富氧喷吹煤气高炉工艺的可行性28-38
• 1.6.1 工艺参数计算结果及其讨论28-33
• 1.6.2 H_2含量对新工艺热平衡的影响33-36
• 1.6.3 新工艺与传统工艺冶炼效果的比较36-37
• 1.6.4 新工艺的极限焦比37-38
• 1.7 主要研究内容38-40
• 第2章 低温区的炉料同化过程40-55
• 2.1 试验方案40-44
• 2.2 温度对矿石低温还原粉化的影响44
• 2.3 煤气成分对矿石低温还原粉化的影响44-45
• 2.4 不同炉料的还原粉化情况45-47
• 2.5 氢气含量对矿石铁氧化物还原的影响47-51
• 2.6 氢气含量对矿石渗碳的影响51-54
• 2.7 本章小结54-55
• 第3章 高温区炉料的同化过程55-80
• 3.1 试验方案及结果55-59
• 3.2 矿石的外观变化59-61
• 3.3 氢气含量对矿石失重的影响61-62
• 3.4 氢气含量对矿石还原率的影响62-64
• 3.5 氢气含量对矿石金属化率的影响64-65
• 3.6 还原后矿石的显微结构65-71
• 3.7 氢气含量对焦炭性能的影响71-79
• 3.7.1 焦炭的外观变化71-72
• 3.7.2 焦炭的失重72
• 3.7.3 焦炭的显微结构变化72-79
• 3.8 本章小结79-80
• 第4章 氢气含量对炉料熔融滴落过程的影响80-95
• 4.1 试验方案80-83
• 4.2 试验结果83-85
• 4.3 对炉料软熔、滴落温度的影响85-88
• 4.4 对熔滴过程最大压差的影响88-89
• 4.5 对滴落物的影响89-93
• 4.5.1 对滴落物质量的影响89-91
• 4.5.2 对铁水成分的影响91-93
• 4.6 新工艺条件下炉料熔滴特点的讨论93
• 4.7 小结93-95
• 第5章 喷吹煤气高炉的成渣过程95-121
• 5.1 试验方案95-96
• 5.2 炉料的软熔变化情况96-97
• 5.3 初渣的生成97-102
• 5.4 炉腹渣生成与变化102-105
• 5.5 终渣的生成105-107
• 5.6 两种工艺造渣过程的对比107-110
• 5.6.1 渣量的变化107-108
• 5.6.2 未燃煤粉对终渣性能的影响108-110
• 5.6.3 未燃煤粉对初渣性能的影响110
• 5.7 新工艺条件下的造渣制度110-119
• 5.7.1 碱度对炉渣冶金性能的影响111-112
• 5.7.2 MgO含量对炉渣冶金性能的影响112-113
• 5.7.3 Al_2O_3含量对炉渣冶金性能的影响113-115
• 5.7.4 对炉渣排碱、脱硫能力的影响115-119
• 5.7.5 高炉造渣制度的优化选择119
• 5.8 本章小结119-121
• 第6章 结论121-123
• 参考文献123-130
• 致谢130-131
• 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131-133
• 作者简介133

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