熔融还原高温煤气余热改质的数值分析

针对熔融还原反应器产生的高温煤气不能直接进入预还原反应器,提出在两步法熔融还原工艺中耦合煤气改质反应器,建立能量平衡和动力学模型,对待改质气的温度和成分与改质后还原势及富氢程度的关系进行计算,定量给出改质炉设计的2个关键参数碳基填充床高度和碳颗粒粒度对改质过程的影响.研究结果表明:在满足预还原要求温度条件下,COREX终还原炉煤气经改质氧化度可由0.100降至0.065,HiSMELT熔融还原炉炉顶煤气氧化度可由0.625降至0.223.煤气改质使熔融还原产生的高温煤气自身废热物理能转变为还原势化学能,使煤气的能量利用更加高效、合理.     

煤气发生炉电气设备自动控制

在一般的煤气发生炉中,煤是由上而下、气化剂则是由下而上地进行逆流运动，它们之间发生化学反应和热量交换。这样在煤气发生炉中形成了几个区域，一般我们称为“层”。按照煤气发生炉内气化过程进行的程序，可以将发生炉内部分为六层（见混合煤气发生炉结构示意图）：1）灰渣层；2）氧化层（又称火层）；3）还原层；4）干馏层；5）干燥层；6）空层；其中氧化层和还原层又统称为反应层，干馏层和干燥层又统称为煤料准备层。     

富氧喷吹煤气新工艺条件下的高炉操作线

为了描绘出高炉喷吹煤气后原料和操作因素变化对炼铁过程能耗的影响,根据Rist操作线的基本思路,建立了喷吹煤气新工艺条件下高炉的操作线图.结果表明由于还原煤气的氧化度出现变化,在操作线预还原和终还原的连接处出现了煤气氧化度的平移,但煤气的改变不会影响铁氧比的变化;与纯焦冶炼相比,W点右移了0.04     

炉顶煤气循环氧气高炉一维气固换热与反应动力学模型

结合风口回旋区燃烧和炉外煤气预热、脱除和循环的平衡关系,建立了氧气高炉一维气固换热与反应动力学模型,并采用传统高炉的运行和解剖数据对模型进行了验证分析.通过模型研究了氧气含量和上部循环煤气流量对氧气高炉炉内过程变量的影响规律.结果表明：氧气含量偏低和上部循环煤气流量不足时,会降低铁矿石还原效果,炉渣内出现大量未还原铁氧化物;氧气含量和上部循环煤气流量的提高可以有效提高炉内CO含量和铁矿石还原速度,但提高上部循环煤气流量会大幅提升炉顶煤气温度,增大热量损失.与传统高炉相比,氧气高炉内CO含量提高1.0~1.5倍,炉内气体还原性更强;铁矿石还原完成位置提高1.49 m,全炉还原反应速度更快;直接还原度降低55.2%~79.2%,炉内直接还原反应消耗的碳量更少.     

炉顶煤气循环—氧气鼓风高炉综合数学模型

为了研究开发炉顶煤气循环μ氧气鼓风高炉炼铁新工艺,建立其综合数学模型.模型由高炉各个区域煤气成分计算方程、高炉上部空区热平衡模型、热化学平衡模型和炉身效率模型组成.用此模型计算了该炼铁工艺的基本工艺参数.结果表明:新工艺的焦比为200 kg.t-1,煤比为200 kg.t-1,相比传统高炉,燃料比降低22.9%;风口循环煤气量对风口理论燃烧温度影响较大,风口循环煤气量每增加10m3.t-1时,风口理论燃烧温度降低17.6K.此外,应用此模型还可以计算任何原料和燃料等条件下的炼铁工艺参数,研究相同原料和燃料条件下的各个工艺参数的变化规律.     

高炉喷吹焦炉煤气风口回旋区的数学模拟

基于质量平衡和热量平衡理论,建立了高炉喷吹焦炉煤气风口回旋区数学模型,系统研究了焦炉煤气喷吹量对回旋区焦炭质量流量、理论燃烧温度、炉腹煤气量、炉腹煤气组成和回旋区形状的影响.研究表明:在维持高炉现有的基准操作不变的条件下,随着焦炉煤气喷吹量的增加,理论燃烧温度呈降低的趋势,而炉腹煤气量呈增加的趋势;为了维持理论燃烧温度和炉腹煤气量与基准操作一致,可通过降低风量和提高富氧率进行热补偿.热补偿后,随着焦炉煤气喷吹量的增加,焦炭质量流量呈上升趋势,炉腹煤气中还原气体积呈增加趋势,回旋区体积呈缩小趋势.每增加1 m3/s的焦炉煤气喷吹量,焦炭质量流量上升1.74%,炉腹煤气中还原气体积增加2.04%,...     

富氧喷吹煤气新工艺条件下的高炉操作线

为了描绘出高炉喷吹煤气后原料和操作因素变化对炼铁过程能耗的影响,根据R ist操作线的基本思路,建立了喷吹煤气新工艺条件下高炉的操作线图。结果表明:由于还原煤气的氧化度出现变化,在操作线预还原和终还原的连接处出现了煤气氧化度的平移,但煤气的改变不会影响铁氧比的变化;与纯焦冶炼相比,W点右移了0.04     

转底炉工艺的发展与实践

论文介绍了转底炉炼铁工艺在国内外的发展概况,重点阐述北京科技大学研究和开发转底炉炼铁技术所取得的经验与成果.结合国情和政策,认为我国当前应把"转底炉预还原 熔融造气炉终还原"双联工艺作为发展转底炉技术的方向,主要应用于为电炉提供热装铁水、钢铁厂粉尘回收利用和特殊矿综合利用等方面.     

锌在高炉内渣铁中溶解行为计算分析

通过分析锌在高炉下部的行为,结合高炉物料平衡和锌平衡计算,建立锌在高炉内渣铁中溶解行为计算模型.定义高炉炉腹煤气锌含量指数,表征锌在高炉内的循环富集程度.运用某钢厂的实际生产数据进行计算,得出该高炉炉腹煤气锌含量指数为568;高炉炉渣、铁水中的锌均处于饱和状态,炉渣、铁水中的锌含量分别为最终冷态下炉渣、铁水中锌含量的316倍和10倍;同时分析了锌在高炉炉底砖衬的堆积机理和锌对高炉风口的侵蚀机理,提出减缓锌对高炉破坏作用的防治措施.     

转底炉直接还原工艺综合数学模型

为发展和深入认识转底炉直接还原工艺技术,建立了转底炉综合数学模型,该模型由转底炉本体热化学平衡、转底炉区域热平衡计算模型、余热回收模型、生球干燥模型、炉膛温度校核与尾气露点校核模型和转底炉流程模型组成.采用综合模型计算了该工艺流程的基本工艺参数.计算结果表明:煤气热值、废气排放温度和余热回收利用方案对整体能量消耗有不同程度影响,煤气发热值每增加50 kJ·m 3,理论燃烧温度提高22~25℃,煤气用量减少41~47 m3·t 1;空气预热温度平均每增加100℃,理论燃烧温度提高35~40℃,煤气用量减少90~103 m3·t 1.此外,应用此模型还可以计算任何原料和燃料等条件下的直接还原工艺参数,研究不同余热回收方案条件下的各个工艺参数的变化规律.     

COREX流程的Rist操作线模型及应用分析

借鉴高炉的Rist(里斯特)操作线原理，建立了COREX流程冶炼过程中的物料平衡和热平衡方程.高挥发分的块煤作为其主要燃料，入炉裂解会产生大量H2，因此必须考虑其对上部竖炉和下部熔融气化炉Rist操作线的影响.通过热力学计算，将上、下部操作线模型有机结合起来，建立COREX全流程的Rist操作线数学模型.提出了降低COREX燃料消耗的措施，如提高金属化率、改变入炉燃料结构等.模型计算结果显示，COREX炉在使用低质焦炭代替块煤后，理论上可以节约1747kg燃料，氧气消耗量可降低188%.     

废杂铝熔化再生工序的能耗模型

随着对工业节能和环保要求的不断提高,废杂铝回收和再生过程的能效研究受到了广泛关注.分析了在熔化工序中各主要因素对能耗的影响,建立了废杂铝熔铸过程熔化工序的能耗理论模型.以燃气炉为主要熔炼设备,将熔化工部能耗分为目标物料耗能、均匀化搅拌耗能和其他形式耗能,并分别建立了他们的定量计算公式.通过对比批式单体炉和连续双室炉的设备和工艺差异,分析了主要影响因素对二者能耗的影响程度和趋势,发现双室炉较单体炉具有10%以上的节能能力.     

熔融还原竖炉—铁浴流程操作模型的应用

熔融还原竖炉——铁浴流程的操作模型可以用来计算煤在铁浴中气化、喷煤熔化废钢、竖炉预还原眨铁浴终还原过程的热平衡和物料平衡,模型计算结果与工业实验结果有较好的吻合。由此出发,对这一流程工艺参数的选择提出一些有益的建议。     

基于煤气化学能最大化利用的上部吹氧竖炉静态模型

针对竖炉生产中存在的煤气还原势未能充分利用、煤气消耗量高以及二氧化碳排放高等问题,设计出一种上部增设吹氧装置的竖炉.基于物料平衡和热平衡建立了上部吹氧竖炉的静态模型,并对其进行了数值求解模拟和分析.模拟结果表明,在典型条件下,上部吹氧竖炉每吨直接还原铁的还原煤气量为1404.67m3,吹氧量为20.32m3,煤气出口还原势降至0.56,排碳量减少26.25%,能耗减少19.56%.     

喷吹煤粉中氯元素在高炉风口区域的反应

对煤粉中氯元素在高炉内反应进行了热力学分析,模拟高炉风口环境,研究了喷吹煤粉中的氯元素在风口区的反应和分配规律.结果表明,煤粉中氯在燃烧过程中以HCl形式析出.与常规燃烧过程不同,煤粉中氯元素在风口区的析出率仅为40%~60%,剩余的氯元素残留在未燃煤粉中.喷吹煤粉带入高炉的氯元素不论去向如何,均不利于高炉冶炼过程的顺利进行.建立生产现场煤粉氯含量检测制度,减少高炉煤气中氯元素的危害,提高炉渣的排氯能力是今后努力的方向.     

基于MetCal计算模型双底吹连续炼铜工艺关键参数影响规律分析

双底吹连续炼铜工艺具有连续性、瞬时性的特点,其生产操作参数控制相对于其他炼铜工艺更为复杂,为确保产品质量稳定、炉况处于优化状态,需对双底吹连续炼铜工艺关键控制参数及其影响规律进行研究。本论文利用MetCal desk计算平台,通过物质流、能量流守恒的原理建立了双底吹连续炼铜工艺冶金计算模型,并在此基础上,通过单一调整富氧空气量、石英石配量、电解残极配加量等参数,分别考察其对双底吹连续炼铜工艺熔炼关键参数“铜锍品位、熔炼渣铁硅比及温度”和吹炼关键参数“粗铜品位、吹炼渣铁硅比及温度”的影响规律。结果表明：铜锍品位与熔炼石英石量、富氧空气量呈正相关,与配煤量呈负相关;熔炼渣铁硅比与熔炼石英石量、配煤量呈负相关;熔炼渣温度与熔炼富氧空气量、配煤量呈正相关;粗铜品位与吹炼富氧空气量、电解残极量呈正相关;吹炼渣铁硅比与电解残极量呈正相关,与吹炼石英石量呈负相关;吹炼渣温度与吹炼富氧空气量、电解残极量呈正相关。     

钛渣电弧炉中的多物理场和还原反应模型

针对电弧炉操作参数的选取与控制，建立了一个物料、钛渣、铁水三相传输与反应过程的三维多物理场模型.基于有限体积法，求解模型方程，结果表明:焦耳热、温度场和电压压降都主要集中在熔池表面接近电极的区域，表现出多物理场的强耦合性和不均匀性；熔池沿横向的扩张随着时间的推移而明显减缓，直至稳定在炉壁附近，形成挂渣层；料层内钛精矿和焦炭的质量分数影响还原反应发生的位置，使之不断向炉膛入料口移动；电炉入料量与反应速率拥有相似的变化趋势，当炉况趋于稳定时，钛渣生成速率为2.4kg·s^-1，铁水生成速率为1.5kg·s^-1，主料口、副料口和炉心料口的质量流量之比为20∶22∶9.     

熔融铁粉捕集回收废催化剂中金属钯

根据FactSage 6.4计算的渣系等温相图，选取w(Al₂O₃)为30%左右的高铝体系为目标熔渣，采用中频感应炉熔炼，铁粉为捕集剂对废催化剂中的钯元素进行了回收.研究了熔渣体系二元碱度及捕集剂用量等对钯回收率的影响，分析了合金、尾渣成分及其微观形貌.结果表明，当熔炼温度为1550℃，熔渣体系二元碱度m_CaO/m_SiO2为0.6，m_铁粉/m_废催化剂为0.2时，钯元素回收率高达99%以上，回收效率最佳.尾渣呈深绿色玻璃态，钯含量低于5g/t，铁合金中富集钯的质量分数为0.76%，实现了废催化剂中钯资源的高效回收.     

Al2O3对高炉渣物化性能影响的理论分析

随着优质铁矿资源的消耗,钢铁企业可利用的铁矿原料品位逐渐降低。因此,高铝质铁矿资源越来越受到钢铁企业的关注,但高铝原料在高炉冶炼过程中会带来渣铁黏稠、炉温偏低、冶炼安全等一系列问题。本研究中采用FactSage热力学软件分析Al₂O₃质量分数对高炉渣平衡物相、熔化温度、相析出温度的影响以及高铝渣液相区变化和黏度变化,旨在为高炉冶炼高铝原料提供一定的基础支撑。研究发现：炉渣为低铝（5%～10%）含量时,随着Al₂O₃含量增加,炉渣熔化温度升高,析出相为黄长石相和纯物质相,高炉渣黏度变化不大,炉渣中SiO₂含量高,炉渣黏度过高,不适合高炉冶炼;炉渣为中铝（10%～15%）含量时,随着Al₂O₃含量增加,炉渣熔化温度升高,析出相为尖晶石相、黄长石相和纯物质相,高炉渣黏度增加幅度略有提高,Al₂O₃含量对高炉渣性质影响较小,增加炉渣二元碱度对炉渣黏度降低效果较明显;炉渣为高铝（15%～30%）含量时...