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研究何奕波東北大學材料與冶金學院鋼鐵冶金研究所2022年2月25日星期五1內容提要文獻綜述研究的目的及意義鐵浴反應器設計與水模試驗設計鐵浴反應器水模實驗結果與分析結論2022/2/252文獻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、燒結礦或球團礦，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，但其原料適應性強，能夠冶煉高磷鐵礦或鋁鐵共生礦這

2、樣的特殊礦。厚渣層能夠實現(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。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器的物理模型，研究反應器內流體的流動特性，得到不同側吹角度、側槍水平插入深度和底吹分布等操作參數(shù)下流體的混勻時間，確定最佳工藝條件。研究意義：研究結果可得到鐵浴爐物料消耗與能量消耗的數(shù)據(jù)，并可對設計與優(yōu)化厚渣冶煉工藝操作條件提供參考，以實現(xiàn)生產(chǎn)的高效、穩(wěn)定與順行。2022/2/254反應器設計與水模試驗設計鐵浴反應器的設計水模試驗的設計2022/2/255鐵浴反應器的設計設計年產(chǎn)30

3、萬噸鐵水的鐵浴熔融還原反應器，反應器高9m，爐身直徑6m，按照15：1的幾何相似，制作有機玻璃材質的鐵浴反應器實驗模型。三層噴槍的設計：上層氧槍促進二次燃燒；中層煤氧槍，為渣浴提供熱量；下層煤氧槍，提供還原劑，維持反應溫度。2022/2/256鐵浴反應器水模實驗的設計中層槍煤粉與氧氣比1：1.2，下層槍煤粉與1.7:1側槍噴吹流量的確定物料平衡；噴槍碳氧比；側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鐵浴反應器水模實驗的設計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鐵浴反應器水模實驗的設計試驗號ABCD混勻時間1混勻時間2混勻時間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分別在純側吹與其他五種底吹的情況下，設計L9(34)正交實驗表來考察中、下層側槍各自的角度和插入深度對熔池混勻時間的影響。由于設計正交表里沒有空列，因此進行了3次重復實驗，以便進行方差分析時考察誤差。2022/2/259鐵浴反應器水模實驗的設計2022/2

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

6、間（s）非顯著性因素第1組第2組第3組平均值無（純側吹）A3B3C3D213131112.3無單孔底吹A1B2C2D313131313.0A、B雙孔對稱A3B2C3D313121011.7B、C雙孔非對稱A3B3C3D3109109.7B、C四孔對稱A1B2C2D315151615.3B四孔非對稱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)，從而進一步優(yōu)化鐵浴熔融還原的噴吹工藝。2022/2/2518結論通過正交實驗的方式，用實際數(shù)據(jù)分析得出一些結論：l在純側吹條件下，側槍各操作參數(shù)對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間總體上小于四孔底吹條件下的混勻時間；底吹噴嘴數(shù)目相同時，非對稱布置條件下的混勻時間小于對稱布置條件下的混勻時間。l通過比較各底吹布置下最優(yōu)參數(shù)組合所對應的混勻時間，確定最佳底吹布