高炉焦炭反应性与含铁炉料还原性的匹配

发布时间：2021-10-12 01:51

　　考虑CO还原FeO的反应,热储备区温度对煤气利用系数的影响在热力学和动力学方面存在竞争关系.本文以单界面未反应核模型为基础,就温度对高炉煤气利用系数的影响推导理论模型,然后利用此模型解析高炉热储备区温度对煤气利用系数的影响规律,进而探讨高炉焦炭反应性与含铁炉料还原性的匹配.结果表明,高炉使用高反应性焦炭降低热储备区温度,进而提高煤气利用系数的前提是矿石具有高的还原性.矿石还原性低时,高反应性焦炭的使用会导致煤气利用系数下降,而期望通过增加矿石停留时间或提高压力来改变这样规律的操作空间甚小.矿石还原性高时,热储备区所能承受的温降在理论上仍有一个极限.因此,在实际生产中不必盲目追求焦炭的高反应性,应根据矿石的还原性选择具有适宜反应性的焦炭. 

【文章来源】：材料与冶金学报. 2020,19(04)北大核心

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

单界面未反应核模型示意图

图2为使用上述两种铁矿后高炉(热储备区)煤气利用系数随温度的变化,计算中停留时间(τ)和操作压力(P)分别为3.0×103 s和2.0×105 Pa.由图可知,平衡系数(ηe)随热储备区温度的降低而升高.若使用还原性高的矿球II,实际煤气利用系数在所研究范围内随温度的变化遵循相同规律,但两者间的动力学差距随温度的降低逐渐增大.若使用还原性低的矿球I,实际煤气利用系数在所研究范围内随温度的变化规律截然相反,即温度越低,煤气利用系数越小.同时,实际煤气利用系数(η)与平衡系数(ηe)间的动力学差距随温度降低而增大的趋势更显著.其他停留时间和操作压力下的计算结果与图2类似,本文在此不再赘述.为便于分析,将图2中的三条曲线分别对温度求导,得到煤气利用系数随温度的变化率,如图3所示.由图可知,因平衡系数(ηe)随着温度的降低而单调升高,其随温度的变化率始终为负值.低还原性矿球I对应实际煤气利用系数随温度的变化率始终为正值,说明其随温度的降低而单调下降.然而,高还原性矿球II对应实际煤气利用系数随温度的变化率在一临界温度(Tcrit=873 ℃)处出现转折.高于临界温度时,实际煤气利用系数随温度的变化率为负值,即随温度的降低而提高,低于临界温度时为正值,随温度的降低而下降.

为便于分析,将图2中的三条曲线分别对温度求导,得到煤气利用系数随温度的变化率,如图3所示.由图可知,因平衡系数(ηe)随着温度的降低而单调升高,其随温度的变化率始终为负值.低还原性矿球I对应实际煤气利用系数随温度的变化率始终为正值,说明其随温度的降低而单调下降.然而,高还原性矿球II对应实际煤气利用系数随温度的变化率在一临界温度(Tcrit=873 ℃)处出现转折.高于临界温度时,实际煤气利用系数随温度的变化率为负值,即随温度的降低而提高,低于临界温度时为正值,随温度的降低而下降.由图2和图3所示结果可得以下启示:①实际煤气利用系数是否遵循平衡系数随温度降低而提高的规律取决于温降对两者间动力学差距的影响,矿石的还原性越高,温降对动力学差距的约束越小,实际煤气利用系数随温度的变化规律与平衡系数越同步,反之亦然;②高炉使用高反应性焦炭降低热储备区温度,进而提高煤气利用系数的前提是保证矿石的高还原性,使用低还原性矿石,降低热储备区温度会导致实际煤气利用系数的下降,徒增高炉燃料比和高反应性焦炭对应的生产成本;③即便是使用高还原性矿石,热储备区的温降理论上仍有一个极限,低于此极限所对应的临界温度,煤气利用系数随温度的降低而下降.综上,在实际生产中不必盲目追求焦炭的高反应性,应理性处理矿石还原性与焦炭反应性的匹配问题,即根据矿石的还原性选择具有适宜反应性的焦炭.


本文编号：3431656