COREX竖炉煤气流分布的数值模拟

发布时间：2020-06-02 14:54

【摘要】：COREX作为最早实现工业化的非高炉炼铁工艺,设计初衷是减少炼铁过程对焦炭的使用量,减少污染物排放,但COREX炼铁工艺仍存在一些技术问题,其中炉料黏结和煤气反窜是影响煤气流分布的重要因素。虽然研究人员分别提出了抑制炉料黏结和缓解煤气反窜现象的方法,但针对采取炉料黏结方法和综合考虑两者对COREX竖炉煤气流分布的影响研究较少。本论文根据实验确定的抑制黏结方法,即在球团表面涂覆抑制剂,进行数据分析,确定竖炉内空隙度分布状况,分析涂覆抑制剂对竖炉内煤气流分布的影响规律。进一步结合缓解煤气流反窜的措施,对竖炉内采用抑制剂前后煤气流分布状况进行数值模拟,为COREX工艺发展提供理论依据。论文主要研究结论如下:(1)根据前期抑制黏结的实验结果,分析得出有无涂覆抑制剂时不同实验温度下竖炉球团间空隙度。并结合前人研究的竖炉内温度分布状况,确定COREX预还原竖炉内空隙度分布。相比未涂覆抑制剂,采用涂覆抑制剂时,竖炉内相同位置上空隙度有所提高。(2)COREX竖炉采用未涂覆抑制剂球团作为入炉炉料时,炉内压力有上至下逐渐升高,竖炉内压差为24.88kPa。当采用涂覆抑制剂球团时,竖炉内压差为20.5k Pa,相比未涂覆抑制剂时压差降低了17.60%,竖炉整体压力均有所上升,提高了竖炉内中心气流流速,更有利于煤气通过球团间空隙到达竖炉中心,促进中心炉料还原。(3)为缓解竖炉内煤气流反窜现象,对竖炉内部结构进行改造,在COREX竖炉加装AGD或CGD。加装AGD或CGD,均能提高竖炉整体压力水平,提高竖炉中心的煤气流速,使中心区域炉料还原充分。当采用涂覆抑制剂并加装AGD时,增加了竖炉下部煤气死区的体积;当采用涂覆抑制剂并加装CGD时,有效提高了竖炉下部煤气速度,但竖炉上部煤气速度有所下降。
【图文】：

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1-预还原竖炉；2-螺旋排料器；3-熔融气化炉；4-热旋风除尘器；5-冷去煤气洗涤器；6-炉顶煤气洗涤器；7-煤气加压泵；8-加煤斗图 1.1 COREX 工艺流程图[11]n shaft furnace; 2-Screw discharge device; 3-Melt-gasifier furnace; 4-Hot cyor; 5-Cooled gas scrubber; 6-Top gas scrubber; 7-Gas pressurized pump; 8-CFig. 1.1 Flow diagram of COREX process预还原竖炉内的化学反应较为复杂，炉料除了含铁原料，还有反应如下 1.1-1.12 式：= 2FeO + CO2ΔHΘ= 43.28kJ/mol 3FeO + CO2ΔHΘ= 19.24kJ/mol Fe + CO2ΔHΘ= 10.98kJ/mol 2Fe3O4+ H2O ΔHΘ= 2.72kJ/mol 3FeO + H2O ΔHΘ= 59.8kJ/mol e + H2O ΔHΘ= 29.58kJ/mol O + CO2ΔHΘ= 179.06kJ/mol = CaO MgO + 2CO2ΔHΘ= 303.73kJ/mol ΔHΘ= 43.38kJ/mol

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形成浓密相，使得炉料还原时间变长，还原后海绵铁金属化率降低。P. LM. Wong[26]通过研究竖炉内球团间黏结现象。结果表明，当还原温度大于 820℃时，球团间黏结行为加剧。Shao J H 等人[27]研究了温度对含铁原料黏结行为的影响，结果表明，当铁含量大于 98%时，温度为 400℃～500℃，铁粉的体晶格开始明显流动，，当温度上升至 600℃～700℃之间时，铁粉之间开始黏结。李维国[28]通过将宝钢的 COREX-3000 和印度京德尔 COREX-2000 的生产实践状况进行对比分析，宝钢的 COREX-3000 由于炉料黏结导致竖炉内炉料不能顺利下行，造成的竖炉清空时间相对提早，对宝钢 COREX-3000 采集的竖炉黏结物进行取样分析得出：当竖炉内炉料在还原煤气还原一段时间后，金属化率升高，与此同时，在高温和荷重挤压的作用下炉料间易形成黏结。狄瞻霞[29]等人通过模拟 COREX 预还原条件进行铁矿球团荷重还原实验，结果表明，球团间出现黏结状况主要是由于铁原子通过相互扩散相互渗透，形成以铁为主的黏结物，实验得出温度由 750℃上升至 950℃，竖炉内球团间黏结状况明显加重，还原后球团黏结状况如图 1.2。
【学位授予单位】：安徽工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TF557

【参考文献】