厚渣層鐵浴熔融還原工藝

1、厚渣層鐵浴熔融還原工藝水模型試驗(yàn)研究何奕波東北大學(xué)材料與冶金學(xué)院鋼鐵冶金研究所2022年2月25日星期五1內(nèi)容提要文獻(xiàn)綜述研究的目的及意義鐵浴反應(yīng)器設(shè)計(jì)與水模試驗(yàn)設(shè)計(jì)鐵浴反應(yīng)器水模實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析結(jié)論2022/2/252文獻(xiàn)綜述熔融還原煉鐵法:以非焦煤為能源和還原劑，在高溫熔融狀態(tài)下進(jìn)行金屬氧化物還原，渣鐵能完全分離，得到含碳的液態(tài)金屬。典型的熔融還原工藝有：COREX、 HISMELT、FINEX 等。鐵浴熔融還原法:一種使用粉礦、燒結(jié)礦或球團(tuán)礦，但以煤炭為主要能源，在液態(tài)條件下的冶煉方法，也屬于熔融還原的范疇。鐵浴熔融還原法同樣不需要使用焦炭，但其原料適應(yīng)性強(qiáng)，能夠冶煉高磷鐵礦或鋁鐵共生礦這

2、樣的特殊礦。厚渣層能夠?qū)崿F(xiàn)氧化區(qū)域與還原區(qū)域的分離，提高冶煉效率與鐵水收得率，因此使用水模的方法探索厚渣層鐵浴工藝的操作參數(shù)成為本文的研究目標(biāo)。2022/2/253研究的目的及意義研究目的：建立渣層鐵浴熔融還原反應(yīng)器的物理模型，研究反應(yīng)器內(nèi)流體的流動(dòng)特性，得到不同側(cè)吹角度、側(cè)槍水平插入深度和底吹分布等操作參數(shù)下流體的混勻時(shí)間，確定最佳工藝條件。研究意義：研究結(jié)果可得到鐵浴爐物料消耗與能量消耗的數(shù)據(jù)，并可對(duì)設(shè)計(jì)與優(yōu)化厚渣冶煉工藝操作條件提供參考，以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的高效、穩(wěn)定與順行。2022/2/254反應(yīng)器設(shè)計(jì)與水模試驗(yàn)設(shè)計(jì)鐵浴反應(yīng)器的設(shè)計(jì)水模試驗(yàn)的設(shè)計(jì)2022/2/255鐵浴反應(yīng)器的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)年產(chǎn)30

3、萬噸鐵水的鐵浴熔融還原反應(yīng)器，反應(yīng)器高9m，爐身直徑6m，按照15：1的幾何相似，制作有機(jī)玻璃材質(zhì)的鐵浴反應(yīng)器實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?。三層噴槍的設(shè)計(jì)：上層氧槍促進(jìn)二次燃燒；中層煤氧槍，為渣浴提供熱量；下層煤氧槍，提供還原劑，維持反應(yīng)溫度。2022/2/256鐵浴反應(yīng)器水模實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)中層槍煤粉與氧氣比1：1.2，下層槍煤粉與1.7:1側(cè)槍噴吹流量的確定物料平衡；噴槍碳氧比；側(cè)槍的水平插入深度與噴吹角度深度60mm、120mm、180mm；角度40、45、5022gggglglvvFrgdgd2022/2/257鐵浴反應(yīng)器水模實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)底吹流量和底吹分布的確定滿足最小噴氣量，有效增加攪拌，避免渣鐵兩相過度混合2

4、022/2/258鐵浴反應(yīng)器水模實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)試驗(yàn)號(hào)ABCD混勻時(shí)間1混勻時(shí)間2混勻時(shí)間3N11111N21222N31333N42123N52231N62312N73132N83213N93321 因子/水平A中槍角度B中槍深度C下槍角度D下槍深度1 4060mm 4060mm2 45120mm 45120mm3 50180mm 50180mm分別在純側(cè)吹與其他五種底吹的情況下，設(shè)計(jì)L9(34)正交實(shí)驗(yàn)表來考察中、下層側(cè)槍各自的角度和插入深度對(duì)熔池混勻時(shí)間的影響。由于設(shè)計(jì)正交表里沒有空列，因此進(jìn)行了3次重復(fù)實(shí)驗(yàn)，以便進(jìn)行方差分析時(shí)考察誤差。2022/2/259鐵浴反應(yīng)器水模實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)2022/2

5、/2510實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析純側(cè)吹單孔底吹雙孔對(duì)稱/非對(duì)稱底吹四孔對(duì)稱/非對(duì)稱底吹2022/2/2511實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析-純側(cè)吹2022/2/2512實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析-單孔底吹2022/2/2513實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析-雙孔對(duì)稱底吹2022/2/2514實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析-四孔對(duì)稱底吹2022/2/2515實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析-多種底吹的對(duì)比無論對(duì)稱或非對(duì)稱布置條件下，雙孔底吹的混勻時(shí)間大體上要小于四孔底吹的混勻時(shí)間2022/2/2516實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析-多種底吹的對(duì)比當(dāng)?shù)讟寯?shù)目相同時(shí)，非對(duì)稱條件下的混勻時(shí)間要小于對(duì)稱條件下的混勻時(shí)間。2022/2/2517實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析-多種底吹的對(duì)比底吹布置條件最優(yōu)工藝組合 混勻時(shí)

6、間（s）非顯著性因素第1組第2組第3組平均值無（純側(cè)吹）A3B3C3D213131112.3無單孔底吹A(chǔ)1B2C2D313131313.0A、B雙孔對(duì)稱A3B2C3D313121011.7B、C雙孔非對(duì)稱A3B3C3D3109109.7B、C四孔對(duì)稱A1B2C2D315151615.3B四孔非對(duì)稱A1B3C2D316141314.3B、C綜合各噴吹條件下的最優(yōu)工藝組合，通過比較它們的混勻時(shí)間值可以得到這六種噴吹布置中攪拌效果最好的一組或幾組操作參數(shù)，從而進(jìn)一步優(yōu)化鐵浴熔融還原的噴吹工藝。2022/2/2518結(jié)論通過正交實(shí)驗(yàn)的方式，用實(shí)際數(shù)據(jù)分析得出一些結(jié)論：l在純側(cè)吹條件下，側(cè)槍各操作參數(shù)對(duì)流體攪拌效果的影響程度較大；加入單孔底吹后，中槍角度、中槍插入深度和下槍角度的影響均顯著減小，下槍插入深度的影響增大。l在多孔底吹布置中，雙孔底吹條件下的混勻時(shí)間總體上小于四孔底吹條件下的混勻時(shí)間；底吹噴嘴數(shù)目相同時(shí)，非對(duì)稱布置條件下的混勻時(shí)間小于對(duì)稱布置條件下的混勻時(shí)間。l通過比較各底吹布置下最優(yōu)參數(shù)組合所對(duì)應(yīng)的混勻時(shí)間，確定最佳底吹布