气基直接还原竖炉内物料传输及还原过程研究

发布时间：2020-06-09 13:09

【摘要】：气基直接还原竖炉作为一种新兴的炼铁设备,利用氢气、一氧化碳和甲烷等气体作为还原剂,其产物海绵铁是良好的废钢代替品,不仅能够解决我国废钢资源缺乏的问题,而且能够有效的减少有害气体的排放,符合当今节能减排的大环境。本文在前人研究的基础之上,采用理论分析和数值模拟相结合的方法对竖炉的炉顶布料、底部螺旋排料机的排料及还原段内发生的化学反应进程进行了研究,为进一步更好地实现气基直接还原竖炉的应用提供有价值的理论指导和参考。首先根据离散单元法(DEM)采用缩小的竖炉和溜槽布料器模型,及接近于真实球团矿大小的球形颗粒进行模拟,研究了溜槽布料器溜槽角度分别为10°、20°、30°及料层厚度分别为0.12m、0.14m、0.16m时竖炉内空隙率沿着径向的分布情况。并进一步根据所得空隙率计算出料层内的单位压降,对不同布料操作下竖炉内气流的分布有了初步的了解。接着同样利用离散单元法,把球团矿简化为不同大小的球形颗粒,建立螺旋排料机和竖炉整体的三维模型,在EDEM软件中模拟得到不同螺旋结构下物料下降速度沿着竖炉径向的分布规律。为了得到近似于“活塞流”的炉料下行速度,通过缩小前几个螺旋叶片直径和螺距的方式,发现缩小螺旋排料机的螺距确实能够起到均匀物料下降速度的作用,但相比于缩小螺旋叶片直径来说影响要小的多。综合考虑竖炉底部死料堆的存在和实际生产情况建议本模型中螺旋叶片的最小直径不应小于600mm。最后结合对竖炉内物料下行速度和空隙率分布规律的研究,编写空隙率的UDF程序,并利用滑移网格技术,采用有限体积法,在Fluent软件中模拟竖炉还原段二维轴对称模型下,纯H_2还原Fe_2O_3物料得到Fe的化学反应过程,以此得到不同布料操作下不同还原时刻Fe的质量分数在竖炉高度上和沿着径向上的分布规律。发现在还原反应的前期,空隙率的变化对竖炉径向Fe的质量分布的影响要相对明显一些,在还原反应后期,空隙率的变化对竖炉径向Fe的质量分布的影响非常微弱几乎可以忽略。
【图文】：

1-1 气基直接还原竖炉三维模分海绵铁的生产都是依靠ex 工艺、HYL 工艺、PE头企业”Midrex 公司自研发，，目前已经形成了一16 年其生产的海绵铁产量积的利用系数是传统高炉积利用率过低的问题。体工艺流程[8]，可以看出气重整炉、炉顶废气收集竖炉部分又可以分为还原

第 1 章 绪 论还原，生成的海绵铁经过渡段直接进入到冷却段通过煤气洗涤器和加压机鼓入的冷却气自下而上的进行冷却，冷却后的海绵铁温度接近于室温，最后通过底部的排料装置排出竖炉。此工艺除了设备简单和技术成熟以外，带有 CO2的大部分还原尾气都可进入重整炉进行重整后循环再利用，同时 Midrex 竖炉内为低压运行电耗成本低，又不需要对水煤气进行变换的设备，生产的直接还原铁质量优质，故在气基直接还原竖炉工艺中一直占有主导地位。但由于 Midrex 工艺以天然气和炉顶煤气催化裂解产生的一氧化碳和氢气为还原剂，国内缺乏天然气，故此工艺不宜在国内大规模投产。
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TF554

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本文编号：2704734