铁焦和铁矿石混合反应行为热力学与实验室研究

发布时间：2023-08-05 20:06

　　随着高炉大喷煤，焦炭用量不断减少，焦炭负荷增大，焦炭层厚度减薄，铁矿石层厚度增大；整个软熔带内焦炭数量相对减少，焦炭破碎更严重，为保持高炉的透气性，焦炭的“骨架”作用更为突出。这样一来要求焦炭应有较高的冷态强度和高温反应后强度，可是CSR过高则CRI下降，不利于高炉高效冶炼，造成还原剂消耗数量增加，生铁成本增加。为了解决高炉顺行和高效冶炼这对矛盾，希望能够生产出既有足够高强度又有较高反应性的焦炭。 利用Fe、FeOx对碳素气化反应的催化作用，将铁矿石添加到配合煤中，在实验室高温炭化炉中制得铁焦。由于其强度较普通焦炭差，不能作为单一燃料供给高炉，但作为高炉的一种附加燃料焦丁使用其强度还是足够的。本文主要研究铁矿石和铁焦混合试样的反应行为。讨论了焦炭在高炉中向下运动过程的行为变化，发现CO2和水蒸汽对焦炭的劣化影响较大；运用热力学软件Factsage进行数值模拟计算，分析了铁矿石还原和焦炭气化反应的热力学及两者耦合的热力学，发现水蒸汽对焦炭劣化的影响较CO2更大；考虑到高炉实际使用焦炭的形状建立立方体形状焦炭的反应性动力学模型，并在实验室进行焦炭气化反应实验，证实该模型可靠；在铁矿石还原实...

【文章页数】：84 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第1章 文献综述
    1.1 高炉焦炭的出现及其质量要求
    1.2 国内外对高反应性焦炭研究的现状
        1.2.1 高反应性焦炭提出的理论基础
        1.2.2 焦炭反应性的影响因素
        1.2.3 提高焦炭反应性所使用催化剂的研究概况
        1.2.4 日本高反应性铁焦研究概况
    1.3 焦炭在高炉中的作用及其在炉内的行为
        1.3.1 高炉炼铁原料焦炭在炉内的劣化
        1.3.2 焦炭在高炉内的劣化原因及其热指标讨论
    1.4 焦丁-铁矿石混合冶炼理论分析和高炉混装冶炼效果概述
第2章 石墨氧化与铁氧化物还原热力学研究
    2.1 O₂氧化石墨的热力学
    2.2 CO₂氧化石墨的热力学
    2.3 H₂O 氧化石墨炭的热力学
    2.4 铁氧化物还原的热力学
    2.5 焦炭氧化溶损反应与铁矿石还原反应同时进行的热力学
        2.5.1 热力学耦合反应定义
        2.5.2 石墨-CO₂溶损反应与铁氧化物还原反应之间的耦合反应
        2.5.3 石墨-H₂O 溶损反应与铁氧化物还原反应之间的耦合反应
第3章 块状焦炭气化反应动力学数学模型
    3.1 焦炭气化反应动力学研究和建立数学模型的意义
    3.2 焦炭反应性模型建立
    3.3 焦炭气化反应模型检验
第4章 铁焦-铁矿石混合反应行为实验室研究
    4.1 实验方案和所用仪器设备
    4.2 实验结果与讨论
        4.2.1 武钢铁矿石与铁焦等温还原反应行为实验
        4.2.2 不同粒度铁焦与武钢铁矿石等温耦合实验
        4.2.3 不同粒度铁焦对烧结矿还原反应的影响
        4.2.4 铁焦-球团矿混合试样等温反应过程中尾气分析
    4.3 实验室高低碱度烧结矿与铁焦混合等温耦合反应行为
    4.4 不同比例铁焦-烧结矿等温耦合反应行为
    4.5 铁焦-烧结矿混合试样变温耦合反应行为
        4.5.1 不同温度下等温还原耦合反应行为
        4.5.2 铁焦-烧结矿变温耦合效应
        4.5.3 高温状态下铁焦-铁矿石耦合反应机理
结论
致谢
参考文献
附录 1 攻读硕士学位期间发表的论文
附录 2 攻读硕士学位期间参加的科研项目



本文编号：3839258