气基直接还原竖炉内还原过程的研究与分析
发布时间：2021-09-11 11:35
目前,我国废钢资源的短缺,并且钢铁行业对环境污染日益严重,不符合我国可持续发展战略。直接还原铁技术具有有害气体排放少、能源利用率高等特点,对我国钢铁行业的发展有非常大的促进作用。在这个背景下,本文通过数值模拟对含铁物料的变化过程以及不同竖炉炉型对温度场、压力场的影响进行了研究。本文从化学反应平衡和热平衡两个角度计算出了当还原气体为氢气和一氧化碳条件下的还原气量。通过实验,当还原气为氢气和一氧化碳时,在不同温度下分别得到了含铁物料的还原度随时间变化曲线,通过计算得出化学反应的不同阶段的指前因子和活化能。通过Fluent软件建立气基直接还原竖炉的二维模型,将含铁物料设简化多孔介质,通过滑移网格的形式来模拟物料在竖炉内下行运动。当温度T>570℃时,含铁物料的还原过程为:Fe2O3→Fe3O4→FeO→Fe。通过数值模拟,得出了在不同的还原气氛条件下含铁物料的变化过程以及在不同温度和不同颗粒直径条件下对还原过程的影响。结果表明:在相同的条件下,氢气与含铁物料的反应速率大于一氧化碳与含铁物料的反应速率;随着温度的升高,化学反应速度越快;颗粒直径越小,化学反应速率越快,并且金属化率越高。合...
【文章来源】：燕山大学河北省
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
不同工艺下温度与还原度关系比较
根据所使用的还原剂的不同，直接还原工艺可以分为气基直接还原和煤基直接还原两类。目前世界上气基直接还原铁的产量占有总的直接还原铁产量的较高的比例，在气基直接还原工艺的中，Midrex 法和 HYL 法是目前应用最多、产量最高的方法，经过长时间的发展，这两种方法的技术水平已经得到了很大的提高；煤基直接还原工艺中，SL/RN 法、FASTMET 法和 ITMK3 法等的应用相比于 Midrex 法和 HYL法技术还不太成熟，应用也不太广泛。目前，在世界钢铁产量中，采用 Midrex 和HYL 直接还原工艺生产的直接还原铁产量占世界钢铁总产量 70%以上[8]。（1） Midrex 法Midrex 法的流程如图 1-2 所示，含铁原料从炉顶加入，加热后的还原气体通过进风口进入竖炉，炉料从进口处向下运动，还原气体从进口处向上运动，通过热交换的作用，高温的还原气体将下降的常温的炉料进行加热，在高温的状态下进行化学反应过程，将含铁物料还原成海绵铁。在竖炉底部通入常温的还原气体将高温的直接还原铁冷却至常温，或将其钝化处理[9-10]。防止生成的直接还原铁接触空气被氧化，还原气体含 CO 及 H2共 96%左右，温度为 850-900℃。氧化铁工艺煤气系统废气
燕山大学工学硕士学位论文 0.23MPa，由于操作压力相对较小，炉顶和炉底依靠加料管和排料管的料封补充氮气进行密封。在以上的操作条件下，由于温度高、操作压力大，使 HYL-III 竖炉内铁矿石气体的还原反应速度加快，生产效率高。在相同的炉容条件下，与 Midrex 竖，HYL-III 竖炉生产海绵铁的能力更强，产量更大。对于天然气匮乏但煤资源丰富的国家来说，煤制气直接还原工艺符合工业的件，能够在有限的资源的条件下提高钢铁行业的水平，对于我国的钢铁的发很好的促进作用，是符合我国的发展道路的[17]。通过煤与氧气的反应产生一，通入直接还原竖炉的工艺过程称为煤制气直接还原工艺，如图 1-4 所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]武钢球团矿还原反应动力学[J]. 李鹏,毕学工,张慧轩,周进东. 钢铁研究学报. 2015(11)
[2]氢气竖炉直接还原技术的应用[J]. 雷华. 现代冶金. 2015(01)
[3]钢铁冶金过程动态数学模型的研究进展[J]. 陈林根,夏少军,谢志辉,刘晓威,沈勋,孙丰瑞. 热科学与技术. 2014(02)
[4]HYL-ZR法冶炼直接还原铁工艺概述[J]. 程鹏辉. 山西冶金. 2013(06)
[5]我国动力煤TGA法表观活化能/指前因子分布规律[J]. 王世昌,姚强,胡刚刚. 煤炭学报. 2013(06)
[6]关于反应速率、反应速率常数及指前因子的讨论[J]. 靳福全. 大学化学. 2013(02)
[7]隧道窑在直接还原海绵铁生产中的应用[J]. 王宙. 江苏陶瓷. 2012(04)
[8]气基竖炉直接还原球团技术的发展[J]. 胡俊鸽,周文涛,郭艳玲,赵小燕. 烧结球团. 2012(02)
[9]直接还原技术的进展与展望[J]. 刘松利,白晨光. 钢铁研究学报. 2011(03)
[10]非高炉炼铁工艺发展现状[J]. 王振智. 中国高新技术企业. 2011(03)
博士论文
[1]氧气高炉炉身煤气和循环煤气行为基础研究[D]. 刘锦周.北京科技大学 2015
[2]气基直接还原竖炉炉内行为与炉型关系研究[D]. 葛俊礼.燕山大学 2014
[3]铁矿球团CO-H2混合气体气基直接还原基础研究[D]. 易凌云.中南大学 2013
[4]铁精矿复合粘结剂球团直接还原法工艺及机理研究[D]. 李建.中南大学 2007
硕士论文
[1]气基直接还原竖炉炉型研究[D]. 符远翔.燕山大学 2014
[2]印尼钒钛磁铁砂矿气基还原基础工艺研究[D]. 张鹏.东北大学 2014
[3]气基直接还原竖炉流场研究及优化[D]. 朴英敏.燕山大学 2013
[4]基于煤制气铁精矿球团直接还原技术的研究[D]. 杨道广.中南大学 2012
[5]气基还原氧化铁动力学机理研究[D]. 陈庚.大连理工大学 2011
[6]轻稀土氯化物静态焙烧制备稀土氧化物的研究[D]. 向丽.东北大学 2010
[7]低品位高磷铁矿煤基直接还原——熔分工艺实验研究[D]. 郑福生.重庆大学 2009
[8]氧化球团气基竖炉直接还原的基础研究[D]. 王兆才.东北大学 2009
[9]竖炉生产海绵铁过程的还原特性及碳行为研究[D]. 秦洁.重庆大学 2008
本文编号：3392925
【文章来源】：燕山大学河北省
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
不同工艺下温度与还原度关系比较
根据所使用的还原剂的不同，直接还原工艺可以分为气基直接还原和煤基直接还原两类。目前世界上气基直接还原铁的产量占有总的直接还原铁产量的较高的比例，在气基直接还原工艺的中，Midrex 法和 HYL 法是目前应用最多、产量最高的方法，经过长时间的发展，这两种方法的技术水平已经得到了很大的提高；煤基直接还原工艺中，SL/RN 法、FASTMET 法和 ITMK3 法等的应用相比于 Midrex 法和 HYL法技术还不太成熟，应用也不太广泛。目前，在世界钢铁产量中，采用 Midrex 和HYL 直接还原工艺生产的直接还原铁产量占世界钢铁总产量 70%以上[8]。（1） Midrex 法Midrex 法的流程如图 1-2 所示，含铁原料从炉顶加入，加热后的还原气体通过进风口进入竖炉，炉料从进口处向下运动，还原气体从进口处向上运动，通过热交换的作用，高温的还原气体将下降的常温的炉料进行加热，在高温的状态下进行化学反应过程，将含铁物料还原成海绵铁。在竖炉底部通入常温的还原气体将高温的直接还原铁冷却至常温，或将其钝化处理[9-10]。防止生成的直接还原铁接触空气被氧化，还原气体含 CO 及 H2共 96%左右，温度为 850-900℃。氧化铁工艺煤气系统废气
燕山大学工学硕士学位论文 0.23MPa，由于操作压力相对较小，炉顶和炉底依靠加料管和排料管的料封补充氮气进行密封。在以上的操作条件下，由于温度高、操作压力大，使 HYL-III 竖炉内铁矿石气体的还原反应速度加快，生产效率高。在相同的炉容条件下，与 Midrex 竖，HYL-III 竖炉生产海绵铁的能力更强，产量更大。对于天然气匮乏但煤资源丰富的国家来说，煤制气直接还原工艺符合工业的件，能够在有限的资源的条件下提高钢铁行业的水平，对于我国的钢铁的发很好的促进作用，是符合我国的发展道路的[17]。通过煤与氧气的反应产生一，通入直接还原竖炉的工艺过程称为煤制气直接还原工艺，如图 1-4 所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]武钢球团矿还原反应动力学[J]. 李鹏,毕学工,张慧轩,周进东. 钢铁研究学报. 2015(11)
[2]氢气竖炉直接还原技术的应用[J]. 雷华. 现代冶金. 2015(01)
[3]钢铁冶金过程动态数学模型的研究进展[J]. 陈林根,夏少军,谢志辉,刘晓威,沈勋,孙丰瑞. 热科学与技术. 2014(02)
[4]HYL-ZR法冶炼直接还原铁工艺概述[J]. 程鹏辉. 山西冶金. 2013(06)
[5]我国动力煤TGA法表观活化能/指前因子分布规律[J]. 王世昌,姚强,胡刚刚. 煤炭学报. 2013(06)
[6]关于反应速率、反应速率常数及指前因子的讨论[J]. 靳福全. 大学化学. 2013(02)
[7]隧道窑在直接还原海绵铁生产中的应用[J]. 王宙. 江苏陶瓷. 2012(04)
[8]气基竖炉直接还原球团技术的发展[J]. 胡俊鸽,周文涛,郭艳玲,赵小燕. 烧结球团. 2012(02)
[9]直接还原技术的进展与展望[J]. 刘松利,白晨光. 钢铁研究学报. 2011(03)
[10]非高炉炼铁工艺发展现状[J]. 王振智. 中国高新技术企业. 2011(03)
博士论文
[1]氧气高炉炉身煤气和循环煤气行为基础研究[D]. 刘锦周.北京科技大学 2015
[2]气基直接还原竖炉炉内行为与炉型关系研究[D]. 葛俊礼.燕山大学 2014
[3]铁矿球团CO-H2混合气体气基直接还原基础研究[D]. 易凌云.中南大学 2013
[4]铁精矿复合粘结剂球团直接还原法工艺及机理研究[D]. 李建.中南大学 2007
硕士论文
[1]气基直接还原竖炉炉型研究[D]. 符远翔.燕山大学 2014
[2]印尼钒钛磁铁砂矿气基还原基础工艺研究[D]. 张鹏.东北大学 2014
[3]气基直接还原竖炉流场研究及优化[D]. 朴英敏.燕山大学 2013
[4]基于煤制气铁精矿球团直接还原技术的研究[D]. 杨道广.中南大学 2012
[5]气基还原氧化铁动力学机理研究[D]. 陈庚.大连理工大学 2011
[6]轻稀土氯化物静态焙烧制备稀土氧化物的研究[D]. 向丽.东北大学 2010
[7]低品位高磷铁矿煤基直接还原——熔分工艺实验研究[D]. 郑福生.重庆大学 2009
[8]氧化球团气基竖炉直接还原的基础研究[D]. 王兆才.东北大学 2009
[9]竖炉生产海绵铁过程的还原特性及碳行为研究[D]. 秦洁.重庆大学 2008
本文编号：3392925
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