含钒钛铁精矿氧化球团气基竖炉直接还原模拟试验

我国钒钛磁铁矿资源丰富,但综合利用难度大,现有工艺仍存在一些问题,工艺流程还有待完善和革新。气基竖炉直接还原-电炉熔分新工艺为钒钛磁铁矿资源清洁高效综合利用提供了新途径。以含钒钛的铁精矿为原料制备氧化球团,模拟气基竖炉直接还原条件,研究了还原气组分和温度对球团的还原进程、还原膨胀以及还原强度的影响。结果表明:以钒钛铁精矿为原料,配加1%膨润土,在1 250℃下焙烧20 min后,所制备氧化球团性能良好,具有较高的抗压强度。在恒定还原气组分(纯H2、H2/CO=2.5、H2/CO=1、H2/CO=0.4和纯CO)和温度(850、900、950和1 000℃)下,钒钛铁精矿球团还原速率快、还原膨胀率小(<20%),可满足气基竖炉直接还原工艺要求。煤制气-气基竖炉直接还原凭借其能耗小、环境友好、单机产能大、产品质量好等优点,将在钒钛磁铁矿资源高效清洁综合利用领域得到发展。     

气基竖炉直接还原数值模拟分析

针对气基竖炉直接还原过程无法直接观察还原反应运行程度的难点,基于三界面未反应核模型,在忽略模型球团内部温度及假设球团还原反应的热效应完全发生在固相的条件下,建立了气基竖炉直接还原模型,对铁氧化物价态转变进行了数值模拟和验证。结果表明,由于所建立的气固模型包含3个界面,随着铁氧化物的逐级还原,每个界面的反应半径最终趋于0,而还原反应速率随着竖炉深度的增加呈现出先升高后降低的趋势。球团在竖炉内下降到3 m深度时,出现半径为15 mm的FeO反应界面,此时球团还原率约为28%。随着球团继续在竖炉内下行约2 m到达5 m的深度时,Fe₃O₄的界面半径减小为0,此时铁氧化物完全转变成了浮氏体形态,球团还原率约为34%。通过改变不同的工艺参数进行模拟可以发现,还原球团金属化率和还原率随着气体温度的升高而增大。当气体温度以50℃、还原气体流量以5 040 m³/h梯度增大时,其对应的球团金属化率分别增大8%和4%左右。相比之下,球团金属化率受下料速度的影响远超过气体温度和还原气体流量,具体表现为,当下料速度增大0.02 t/h时,金属...     

焦炉煤气竖炉法生产DRI的煤气用量及利用率

根据中国资源特点及国内焦炉煤气利用不合理的现状,认为部分地区发展中小型焦炉煤气-气基竖炉工艺生产高品质直接还原铁在技术上是可行的。将焦炉煤气应用于MIDREX竖炉工艺,基于理论计算,探讨焦炉煤气-MIDREX竖炉生产DRI的煤气用量以及煤气利用率,为中国气基竖炉工艺的发展提供工艺参数。结果表明,焦炉煤气经重整后所得还原气体的H_2和CO体积分数比值为2.18,每生产1tDRI需要消耗焦炉煤气599.70m3。当向竖炉通入1 800m~3/t的还原气体时,竖炉内H_2、CO的利用率分别为32.14%和36.14%,还原气综合利用率为33.61%。     

还原条件对COREX球团显气孔率和金属化率的影响

球团金属化率是COREX还原过程的重要指标,球团显气孔率直接影响球团在COREX竖炉中的还原程度。模拟COREX竖炉荷重还原条件,研究了不同还原条件对球团还原后金属化率和显气孔率的影响规律,并针对COREX竖炉炉料黏结现象,在球团表面涂覆固体制剂,对还原后涂层球团金属化率和显气孔率进行了分析。研究结果表明,当温度为800~950℃时,随着温度上升,金属化率增大,同时球团显气孔率提高;还原气体中H_2增加时,球团金属化率和显气孔率也会提高,H_2体积分数每增加5%,还原后球团金属化率增加2.6%。在850℃时,轻烧白云石与塑料比值为1∶1时的涂层球团还原后显气孔率和金属化率分别为53.8%和60.2%。     

氢基竖炉条件下制备不同金属化率球团研究

随着钢铁行业碳减排压力的增大,氢冶金技术的应用可有效降低碳排放,其中氢冶金气基竖炉生产工艺受到了国内外的广泛关注。气基竖炉生产的高金属化率DRI可进入电炉生产优质钢材,同时也可生产出50%金属化率的球团作高炉炼铁原料。本文基于典型的氢冶金气氛及温度条件,综合考虑其还原行为,研究了生产不同金属化率球团的适宜工艺参数。结果表明：随着温度升高及还原气中氢气配比的增加,还原速率明显升高,还原后强度降低,还原膨胀指数升高;纯氢与富氢气氛(建议采用HYL气氛)下,在还原温度为1 000℃时,适宜生产92%金属化率DRI;纯氢气氛在还原温度为950℃与富氢气氛(建议采用HYL气氛)在还原温度为1 000℃条件下,适宜制备50%金属化率球团。     

钒钛磁铁矿球团灾难性膨胀及其消除办法的研究

某些高品位铁精矿球团在用气体(H_2或CO或其混合物)还原时发生所谓的灾难性膨胀的问题,早已多有报道.以钒钛磁铁矿为原料的球团的还原膨胀性质的研究尚未进行过.为解决钒钛磁铁矿球团竖炉直接还原过程中发生的灾难性膨胀问题,在实验室中用光学投影法研究了氧化钠化球团还原时的特性.不附加任何添加剂的氧化球团(TY)升温还原到550～750℃时发生正常膨胀,最大线膨胀率为4～7%.添加5～6%芒硝的氧化球团(6NTY)在同样条件下发生灾难性膨胀,最大线膨胀率15～30%,膨胀后的球团严重粉化,一触即溃.但6NTY球团在高于～1100℃恒温还原时,仅作正常膨胀.用控制气体还原位的方法分步还原实验结果表明,6NTY球团的灾难性膨胀及TY球团的正常膨胀都是发生在赤铁矿-磁铁矿转变阶段,这与国外研究者提出的在浮土体-金属铁阶段生成的铁须导致球叫灾难灶膨胀的观点不同.用弱还原性气氛(例如CO/CO_2=1/99的还原气体)对球团作磁铁矿化处理,消除了赤铁矿,从而完全消除了灾难性膨胀.磁铁矿化球团(6NTM, 6NTYM, 6NTYVM)的还原膨胀值仅～1.5%,相当于球团的热膨胀值.提出了磁铁矿化指标α=Fe~(3+)/TFe-0.70TiO_2作为事先检验球团还原膨胀性质的判据.研究结论已为四川省冶金研究所进行的扩大试验结果所证实.     

高铬型钒钛磁铁矿综合利用现状及进展

高铬型钒钛磁铁矿是一种典型的多金属共伴生矿产资源,具有极高的综合利用价值。目前主要的冶炼流程为高炉—转炉。该工艺处理量大、生产规模大、技术成熟,但有价组元利用率低、资源浪费严重、环境负荷高。并且转底炉、回转窑等非高炉流程亦具有能耗高、钛渣品位低活性差等一系列缺点。基于气基竖炉直接还原的优越性,研发了高铬型钒钛矿氧化造块—气基竖炉直接还原—熔分新工艺。高铬型钒钛矿适宜氧化焙烧条件为1 300℃下焙烧20min;在1 100℃、V(H2)/V(CO)=5/2条件下还原35min,还原率达95%;最佳熔分条件为配碳比1.2,熔分温度1 650℃、熔分时间45min、CaF2配量2%(质量分数),碱度1.1。该种工艺下铁、钒、铬、钛收得率分别约为99%、98%、95%和95%,实现了有价组元的高效分离,是高铬型钒钛矿高效低碳综合利用的首选技术之一,为攀枝花钒钛矿的综合利用提供了参考。     

钒钛磁铁矿气基竖炉直接还原试验研究

针对钒钛磁铁矿的特点及利用难点,研究了钒钛磁铁矿气基还原过程及其影响因素,讨论了还原温度、还原时间、还原气氛和气体流量对钒钛磁铁矿还原率和金属化率的影响。试验结果表明,钒钛磁铁矿试样在还原温度为1 000℃,还原时间为2 h,还原气氛为21%CO+55%H2+24%N2,还原气体流量为13.26 L/min的条件下,可得到还原率为96.72%,金属化率为92.05%的良好结果。采用气基竖炉直接还原工艺流程,能够将钒钛磁铁矿中的铁氧化物还原为金属铁,实现铁的高效富集。     

氢基竖炉直接还原技术研究现状及展望

概述了国内外氢基竖炉直接还原工艺的发展现状,总结分析了在我国资源及能源条件下气基竖炉直接还原技术发展需要解决的关键问题,包含氢基竖炉专用氧化球团制备技术、氢基竖炉高效直接还原技术、绿色高效制氢技术。基于钢铁生产全流程考虑矿粉磨选工艺的投入,生产全铁品位高于65%,S、P含量低的纯铁精粉球团,可解决我国直接还原铁优质原料缺少的技术难题;或在氢基竖炉炉料中加入块矿、高炉用球团矿,是直接还原技术发展的方向;在高温还原气制备过程中,积碳导致堵塞设备、管道和阀门等风险,需密切关注;绿色高效制氢技术中,风电制氢技术(PEM)成本将会大幅下降,具有明显市场竞争优势。大幅度降低绿氢的制备成本,将是未来气基竖炉直接还原技术发展的主要推动力,利用过剩的焦炉煤气、石化行业副产氢气资源和局部地区相对丰富的天然气资源生产直接还原铁,为实现气基竖炉向全氢还原过渡提供重要支撑。     

钒钛铁精矿竖炉预还原的热力学计算和试验研究

采用热力学计算软件HSC对攀枝花钒钛铁精矿内配碳球团竖炉预还原进行了平衡组分、金属化率和还原度的计算;试验研究了内配碳球团不同的竖炉预还原工艺下的金属化率和还原度。研究结果表明:随着反应温度升高,内配碳球团的金属化率和还原度呈现升高的趋势,当温度达到800℃左右,体系中金属化率达到最大值为99.2%;温度升高到1 000℃,还原度达到最大值87.2%;试验得到的金属化率和还原度变化规律与理论相符。在1 200℃时,获得最大金属化率和还原度分别为:85.23%和80.15%。当底部吹入还原性气氛(10%N_2+30%H_2+60%CO)时, 1 200℃达到的最大金属化率和还原度分别为:88.43%和90.42%。因此,在体系中通入还原性气体,还原过程被明显强化。     

攀枝花球团矿的还原膨胀性能的研究

本文记叙了攀枝花氧化球团、钠化球团和水浸提钒球团还原热膨胀性能测定的实验室研究工作,为氧化球团高炉冶炼、钠化球团竖炉直接还原及水浸提钒高炉冶炼等工艺流程试验提供了必要的理论依据。本文认为判断正常膨胀和异常膨胀,除考虑最大线膨胀率和体积膨胀率外,应重视膨胀后的物理状态。氧化球团属正常膨胀,适于高炉冶炼;氧化钠化球团和水浸提钒球团为异常膨胀,不适于竖炉还原或高炉冶炼。 500℃至700℃间球团急剧膨胀发生在α—Fe_2O_3还原为Fe_3O_4阶段,钠盐对膨胀起着催化和粉化作用。钠化球团先磁化焙烧,水浸提钒球团采用预还原法,都是消除异常膨胀的有效措施,以保证竖炉还原或高炉冶炼的正常进行。     

基于高品质铁精矿的配矿球团性能

为生产满足氢基竖炉需求的高品质球团矿，对不同产地的4种高品质铁精矿粉进行化学成分、连晶强度、圆形度、比表面积、粒度、成球性能以及氧化球团制备等进行了研究，在此基础上，设计开展了基于4种高品质铁精矿不同配矿结构的10种配矿系列实验以及球团矿理化性能检测。研究结果表明，山西三石铁精粉不适合进行生球制备实验，并且在氧化焙烧温度1 250℃、焙烧时间30 min条件下，配矿1系列生球综合性能最差，氧化球团矿抗压强度最低、还原膨胀率最高；配矿5系列生球和氧化球团的性能反之，均符合HYL标准还原膨胀率低于15%的要求。综合考虑各项配矿系列生球性能、氧化球团矿抗压强度及还原膨胀率等性能，10种混合配矿方案均符合气基竖炉的生产要求，在实际生产中建议从铁精粉的长期稳定供应及综合生产成本综合考虑合理选择配矿方案。     

烧结烟气脱硫石膏CO/H2还原脱硫试验研究

通过热力学软件Factsage7.3对CO/H_2还原CaSO_4进行热力学平衡计算。计算得到CO/H_2还原CaSO_4生成CaO和SO2的最佳理论条件为:反应温度1 100℃以上、摩尔比n(CO)∶n(CaSO_4)=n(H2)∶n(CaSO_4)=1,过高或过低的还原剂摩尔比均不利于CaSO_4的还原脱硫,同时温度越高越有利于CaSO_4的CO/H_2还原脱硫。根据Factsage7.3计算结果,以N2作为混合气体,在高温炉中进行了15 g烧结烟气脱硫石膏的CO/H_2还原脱硫试验,考察CO/H_2浓度、反应温度、反应时间、还原气体流量对脱硫石膏CO/H_2还原脱硫的影响。结果表明:有利于脱硫石膏CO还原脱硫的最佳条件为CO浓度5%、反应温度1 050℃、反应时间30 min、气体流量5 L/min;有利于脱硫石膏H2还原脱硫的最佳条件为H2浓度8%、反应温度1 050℃、反应时间30 min、气体流量为5 L/min,且CO分解还原脱硫效果较H2还原脱硫的效果要好。试验发现在900℃以上时脱硫石膏有烧结现象发生,且随温度升高烧结程度更重,影响了CO/H_2的还原脱硫效率。     

氢基竖炉用球团生产工艺优化

竖炉用高质量球团是当前研究热点,回转窑球团产线中链篦机-回转窑-环冷机各部温度优化控制是提高球团产质水平的重要环节。介绍了链篦机-回转窑-环冷机设备优化过程以及造球工艺优化措施。首先在生产工序中缩短了干燥段,延长了预热段,同时改善了环冷机热量流通,为更好的氧化焙烧奠定了基础;在造球流程改造中,将造球盘角度统一调整为46°,旋转刮刀的转速均调整为10 r/min,旋转刮刀与底衬的距离调整为30～40 mm,造球盘落料点较之前向盘内延伸100 mm,小皮带下料点到边板距离达到43 cm,最终成球效果得到明显提升。对比工艺改进前后生产球团,其还原性能有所提升,还原膨胀及低温还原粉化指数均有所改善,其还原性能有所提升,还原膨胀率有所降低,其中1号球团还原膨胀率由12.34%降低到了7.82%,低温还原粉化指数改善明显,LTD_+6.3均提高了20%左右。同时造球工艺优化为我国氢基竖炉用优质铁精矿球团提供了帮助。     

含碳球团竖炉直接还原工艺流场仿真模拟

针对含碳球团气基竖炉冶炼工艺的特点,采用CFD（计算流体力学）软件构建了含碳球团竖炉直接还原工艺的仿真模型。对影响竖炉内流场分布的可能的因素进行了模拟分析,得出了最优参数。研究结果表明,采用上下布置的双风口的工艺方式最为有利于还原气体在竖炉内的顺行,此时气体流速达到9m/s,便于热量的传递,同时又避免了球团受热不均的情况。     

钒钛磁铁矿内配骨料气基还原试验

气基还原工艺处理钒钛磁铁矿逐渐受到研究者的关注,但目前该工艺还原后的钒钛磁铁矿金属化率较低。针对气基还原钒钛磁铁矿金属化率低的问题,以兰炭为骨料研究兰炭添加量、还原气氛、还原温度、还原时间等因素对钒钛磁铁矿气基还原金属化率及抗压强度的影响,并运用X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)方法分析了还原产物物相变化及微观形貌变化,总结出兰炭的作用机理。结果表明,添加兰炭可提升钒钛磁铁矿气基还原的效果,在还原气氛φ(H₂)/φ(CO)=2.5、还原温度1 100℃、还原时间60 min条件下,未添加兰炭时试样金属化率仅为81.78%;在同样条件下,当兰炭添加量(质量分数)为6%时,试样金属化率可达到92.35%。钛铁化合物还原历程为Fe_2.75Ti_0.25O₄→Fe₂TiO₄→FeTiO₃→FeTi₂O₅→TiO₂和Fe,随着还原温度升高,金属铁相逐渐聚集连接成片,渣相与铁相...     

冶金尘泥含碳球团直接还原机制的试验研究

摘要：以气固反应相继发生动力学模型为基础开展冶金尘泥含碳球团直接还原试验,考察还原速率、还原率以及还原气氛等表征还原特性的特征参数在整个还原过程的变化,研究冶金尘泥含碳球团的还原行为及过程的作用机制。结果表明：冶金尘泥含碳球团的还原过程由孕育启动期、快速反应期和反应结束期组成,反应进程快,3~5min就能达到碳气化和铁氧化物还原剧烈进行的温度。在1270℃以下,升高温度对含碳球团还原有明显加速作用,但进一步提高温度,球团n(C)/n(O)( (C、O摩尔比))及球团中碳的消耗对还原过程的影响更为显著,表现在最大还原速率维持时间延长,还原率大幅提高。碳气化反应是含碳球团还原过程最重要的环节,其反应生成的CO决定了铁氧化物还原反应物的供给速度。反应过程处于明显的还原性气氛中,气氛中CO2来自于部分CO的进一步氧化,其含量多少取决于气氛中CO的数量和反应的进程。     

攀西地区钒钛铁精矿球团制备工艺及应用

主要介绍了攀西地区钒钛铁精矿酸性氧化球团与内配碳球团的制备工艺与应用。指出链箅机-回转窑球团工艺更适合酸性氧化球团制备,内配碳球团使用压力成型造球。在球团制备过程中,需要综合考虑球团的物理性能与冶金性能进行研究,优化工艺参数,提质降耗。目前,气基竖炉还原和煤基直接还原具有节能环保、产品优质等特点,将会是以后的发展方向,原料的球团制备技术是其关键技术之一。     

气基竖炉工况焦炉煤气甲烷改质行为试验

 利用焦炉煤气+气基竖炉生产优质海绵铁,可延伸焦化行业产业链,同时可促进中国废钢/海绵铁—电炉短流程发展,改变钢铁行业能源、产品结构。针对典型焦炉煤气,通过基础性试验研究了在气基竖炉工况下,温度、H2O和CO2配比,高温海绵铁载体对焦炉煤气中甲烷改质行为的影响。研究结果表明,提高温度有利于焦炉煤气中甲烷的改质反应,1000℃时改质后有效还原气体体积分数最高可达80%;热态海绵铁对焦炉煤气改质有催化促进作用,可提高CO2参与改质反应比例至84.9%、H2O参与反应比例至100%;CO2配入体积分数2%～6%、H2O配入体积分数4%～10%为促进甲烷改质反应的适宜范围。     

钒钛专利

正专利名称:气基竖炉直接还原—电炉熔分钒钛磁铁矿的工艺专利申请号:201310216599.8专利公开号:CN103255255A申请日:2013-06-03公开日:2013-08-21申请人:中冶赛迪工程技术股份有限公司本发明公开了一种气基竖炉直接还原—电炉熔分钒钛磁铁矿的工艺,包括以下步骤:a.制成品球团;b.将成品钒钛矿球团作为原料装入直接还原竖炉内,并向竖炉内通入还原气,还原球团矿得到热态直接还原铁;c.将热态直接还原铁热送至熔分电炉