高反应性铁焦的性能及其在高炉中应用的基础研究
发布时间：2021-03-23 21:58
目前,炼铁工艺中高炉炼铁仍然处于无可争议的领先地位,但随着生铁产量的不断增加,其可持续发展受到了自然资源、能源供给等问题的制约。高炉对优质煤资源的严重依赖是其主要问题之一,按照2009年的消耗速度,中国的主焦煤和肥煤资源在50年内将消耗殆尽。此外,我国高炉的能耗水平仍然偏高,以2010年为例,与欧洲高炉相比,我国高炉的平均燃料比和焦比分别高出50kg/t和10kg/t以上,这不仅消耗了更多的煤资源,也导致了更多的CO2排放,造成环境问题。因此,如何有效利用煤资源,降低高炉的能耗和CO2的排放成为了钢铁业最关注的问题。针对以上问题,本论文对用添加有铁矿石的配合煤混合炼制的新型炉料铁焦进行了研究。采用武汉平煤武钢联合焦化公司的配合煤探究了铁矿石种类和炼焦工艺对铁焦质量的影响;研究了不同铁焦的反应性,测定了它们的气化反应开始温度;试验研究了铁焦与矿石混装对矿石还原性和炉料熔滴性能的影响;对铁焦和铁矿石在高炉内的反应进行了动力学分析;并使用高炉一维数学模型对在高炉内使用铁焦的效果进行了预测,得到了以下主要结论:（1）以加拿大精矿粉、澳大利亚FMG粉、鄂西高磷铁矿粉与武汉平煤武钢联合焦化公司的配...
【文章来源】：武汉科技大学湖北省
【文章页数】：139 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
不同条件下焦炭反应速率与温度的关系表1.2添加富钙煤粉对焦炭性能的影响[35]
图1.8实现低还原剂比和高产率操作的不同性质焦炭装料方式Sawayama 等人[44]也关注焦炭作为还原剂和料层骨架的不同作用，与上述似，将焦丁和大块焦以不同的方式在高炉内应用，经过试验研究发现，通矿石层中混装焦炭的粒度可以使焦丁的消耗主要用于产生 CO，而大块焦的低减少，维持料层的透气性。这种方法在神户钢铁公司的加古川 3 号高炉后，该高炉的透气性得到改善，焦比降低。焦炭与矿石混装为高反应性焦炭的使用提供了一种思路，此外，也有一应性焦炭直接用于高炉生产的报道。根据 Babich 等人[45]的报道，一些高炉，包含一座炉缸直径为 14.7m 的大高使用热性能很差的焦炭(CRI=38~48%，CSR=30~40%)条件下，也能够相对稳作，并且焦比合理。我国的新疆八一钢铁公司一座2500m3高炉长期使用本地煤生产的焦炭进，由于当地煤粉自身的特点，生产出的焦炭热性能水平较低，CSR 约为 20I 约为 50%，但高炉操作稳定，指标也较好，利用系数在 2.0 左右，焦比 425比 108kg/t[46]。
基础上增加不同的检测手段，因此直到现在，仍然没有得到大家的普遍认同一套全面而系统的热性能检测方法取代标准 CSR/CRI 试验方法，要完成这一工作，还需要对高炉内焦炭的行为有更进一步的了解和更合适的试验技术，也需要各个专业学科的更好的沟通与合作。1.2.3高反应性焦炭的制备毕学工[53]指出优质炼焦煤资源日益短缺，过度追求低反应性高强度焦炭制约了高炉的可持续发展，而焦炭在高炉内的气化量主要取决于矿石的还原性，当矿石还原性高时，使用高反应性焦炭有利于改善高炉的效率。同时，高反应性焦炭的生产也可以有效利用弱、非炼焦煤等劣质煤资源，具有重要的意义。焦炭的反应性取决于焦炭的化学反应性与孔结构。如图 1.9 所示，焦炭的化学反应性取决于焦炭自身结构与炼焦煤所含矿物的催化作用，而焦炭自身的结构与结焦温度和炼焦煤种类有关，降低结焦温度可以增加焦炭的石墨化程度，从而增加焦炭的化学反应性。焦炭结构随炼焦煤种类而变化，有光学各向同性结构的焦炭的反应性要高于各向异性结构的焦炭。
【参考文献】：
期刊论文
[1]氧化铁对焦炭溶损反应的影响[J]. 黄丹丹,曹银平,宋俐蓉,余国普,黄婕. 化工进展. 2015 (02)
[2]混装铁焦对人造富矿还原行为的影响[J]. 毕学工,马毅瑞,李鹏,张慧轩,程向明,史世庄. 钢铁. 2014(11)
[3]高炉炼铁过程数学模拟的研究进展[J]. 储满生,王宏涛,柳政根,唐珏. 钢铁. 2014(11)
[4]铁矿粉含量对神府煤制备的含铁型焦气化反应起始温度的影响[J]. 刘建国,张龙龙,原春阳,王社斌. 太原理工大学学报. 2014(06)
[5]冶金反应工程学中反应过程动力学的研究方法探究[J]. 吴铿,张家志,赵勇,朱利,折媛. 有色金属科学与工程. 2014(04)
[6]铁矿粉配比对铁焦性能影响的试验研究[J]. 史世庄,孙超祺,毕学工,张慧轩,董晴雯,林志龙. 钢铁. 2014(05)
[7]重新认识高炉用焦炭与CO2的反应性[J]. 胡德生,孙维周. 宝钢技术. 2013(06)
[8]分段法研究烧结矿还原的动力学过程[J]. 赵勇,吴铿,潘文,刘起航. 东北大学学报(自然科学版). 2013(09)
[9]澳矿含量对非焦煤含铁型焦气化反应温度的影响[J]. 石恭俭,原春阳,刘建国,张龙龙,王社斌. 太原理工大学学报. 2013(04)
[10]焦炭反应性及反应后热性质及其检测方法[J]. 郭瑞,汪琦,赵雪飞,孙家富. 过程工程学报. 2013(03)
博士论文
[1]高炉下部气液两相逆流流体力学特性的研究[D]. 熊玮.武汉科技大学 2005
[2]抑制溶损反应改善焦炭热性质[D]. 张群.南京工业大学 2003
硕士论文
[1]铁焦与铁矿石混装对高炉初成渣形成影响的试验研究[D]. 程向明.武汉科技大学 2014
[2]含铁型焦的物理化学基础研究[D]. 原春阳.太原理工大学 2013
[3]典型碱金属碱土金属对焦炭-CO2反应性影响的研究[D]. 王晓磊.煤炭科学研究总院 2008
本文编号：3096490
【文章来源】：武汉科技大学湖北省
【文章页数】：139 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
不同条件下焦炭反应速率与温度的关系表1.2添加富钙煤粉对焦炭性能的影响[35]
图1.8实现低还原剂比和高产率操作的不同性质焦炭装料方式Sawayama 等人[44]也关注焦炭作为还原剂和料层骨架的不同作用，与上述似，将焦丁和大块焦以不同的方式在高炉内应用，经过试验研究发现，通矿石层中混装焦炭的粒度可以使焦丁的消耗主要用于产生 CO，而大块焦的低减少，维持料层的透气性。这种方法在神户钢铁公司的加古川 3 号高炉后，该高炉的透气性得到改善，焦比降低。焦炭与矿石混装为高反应性焦炭的使用提供了一种思路，此外，也有一应性焦炭直接用于高炉生产的报道。根据 Babich 等人[45]的报道，一些高炉，包含一座炉缸直径为 14.7m 的大高使用热性能很差的焦炭(CRI=38~48%，CSR=30~40%)条件下，也能够相对稳作，并且焦比合理。我国的新疆八一钢铁公司一座2500m3高炉长期使用本地煤生产的焦炭进，由于当地煤粉自身的特点，生产出的焦炭热性能水平较低，CSR 约为 20I 约为 50%，但高炉操作稳定，指标也较好，利用系数在 2.0 左右，焦比 425比 108kg/t[46]。
基础上增加不同的检测手段，因此直到现在，仍然没有得到大家的普遍认同一套全面而系统的热性能检测方法取代标准 CSR/CRI 试验方法，要完成这一工作，还需要对高炉内焦炭的行为有更进一步的了解和更合适的试验技术，也需要各个专业学科的更好的沟通与合作。1.2.3高反应性焦炭的制备毕学工[53]指出优质炼焦煤资源日益短缺，过度追求低反应性高强度焦炭制约了高炉的可持续发展，而焦炭在高炉内的气化量主要取决于矿石的还原性，当矿石还原性高时，使用高反应性焦炭有利于改善高炉的效率。同时，高反应性焦炭的生产也可以有效利用弱、非炼焦煤等劣质煤资源，具有重要的意义。焦炭的反应性取决于焦炭的化学反应性与孔结构。如图 1.9 所示，焦炭的化学反应性取决于焦炭自身结构与炼焦煤所含矿物的催化作用，而焦炭自身的结构与结焦温度和炼焦煤种类有关，降低结焦温度可以增加焦炭的石墨化程度，从而增加焦炭的化学反应性。焦炭结构随炼焦煤种类而变化，有光学各向同性结构的焦炭的反应性要高于各向异性结构的焦炭。
【参考文献】：
期刊论文
[1]氧化铁对焦炭溶损反应的影响[J]. 黄丹丹,曹银平,宋俐蓉,余国普,黄婕. 化工进展. 2015 (02)
[2]混装铁焦对人造富矿还原行为的影响[J]. 毕学工,马毅瑞,李鹏,张慧轩,程向明,史世庄. 钢铁. 2014(11)
[3]高炉炼铁过程数学模拟的研究进展[J]. 储满生,王宏涛,柳政根,唐珏. 钢铁. 2014(11)
[4]铁矿粉含量对神府煤制备的含铁型焦气化反应起始温度的影响[J]. 刘建国,张龙龙,原春阳,王社斌. 太原理工大学学报. 2014(06)
[5]冶金反应工程学中反应过程动力学的研究方法探究[J]. 吴铿,张家志,赵勇,朱利,折媛. 有色金属科学与工程. 2014(04)
[6]铁矿粉配比对铁焦性能影响的试验研究[J]. 史世庄,孙超祺,毕学工,张慧轩,董晴雯,林志龙. 钢铁. 2014(05)
[7]重新认识高炉用焦炭与CO2的反应性[J]. 胡德生,孙维周. 宝钢技术. 2013(06)
[8]分段法研究烧结矿还原的动力学过程[J]. 赵勇,吴铿,潘文,刘起航. 东北大学学报(自然科学版). 2013(09)
[9]澳矿含量对非焦煤含铁型焦气化反应温度的影响[J]. 石恭俭,原春阳,刘建国,张龙龙,王社斌. 太原理工大学学报. 2013(04)
[10]焦炭反应性及反应后热性质及其检测方法[J]. 郭瑞,汪琦,赵雪飞,孙家富. 过程工程学报. 2013(03)
博士论文
[1]高炉下部气液两相逆流流体力学特性的研究[D]. 熊玮.武汉科技大学 2005
[2]抑制溶损反应改善焦炭热性质[D]. 张群.南京工业大学 2003
硕士论文
[1]铁焦与铁矿石混装对高炉初成渣形成影响的试验研究[D]. 程向明.武汉科技大学 2014
[2]含铁型焦的物理化学基础研究[D]. 原春阳.太原理工大学 2013
[3]典型碱金属碱土金属对焦炭-CO2反应性影响的研究[D]. 王晓磊.煤炭科学研究总院 2008
本文编号：3096490
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