高炉内不同还原度炉料对软熔带透气性的影响

时间：2021-12-18

炼铁高炉内不一样还原度炉料对软熔带透气性能的危害

徐震，潘玉柱，王彬旭，刘颖松，薛庆国

摘要：炼铁高炉内软熔带地区的透气性能是决定炼铁高炉平稳顺行的主要要素，并由炉料的变软溶化特点决策。当炉料內部产生变软溶化时，炉料内对空气的黏性阻力系数及內部惯性力阻力系数产生**的巨大改变，进而造成透气性能下降，內部较大压差扩大。本科学研究致力于根据预还原试验及变软溶化试验，查探混和料的还原度对软熔带的透气性能危害。结果显示院在不一样软融环节，同一还原度混和料层的较大压差显著不一样，当料层温度进到溶化区的时候，黏性阻力系数猛增造成压差忽然升高。因为惯性力阻力系数的转变，压差曲线图在做到溶化温度以后还会产生起伏。还原度较低的时候会发生二次压差较高值，伴随着还原度提升，二次较高值状况变弱。当还原度做到 90%时，二次较高值消退，较大压差曲线图在溶化逐渐温度后逐步降低。实验結果对提升软熔带透气性能，确保炼铁高炉內部平稳顺行具备关键的现实意义。

关键字：炼铁高炉；软熔带；还原度；透气性能

来源于：江西省冶金工业

0 引言

钢材行业一直是工业制造中的排出、能耗大户人家，占工业生产一次耗能总产量的 16%上下，而高炉炼铁占全部钢材冶金工业步骤耗能的 70% [1-5] 。伴随着**变暖的加重与燃料提供工作压力的扩大，钢材行业高耗能与高排出早已变成限定行业发展的主要要素，节能降耗刻不容缓。传统式炼铁高炉在历经近代的发展趋势以后，不论是动能运用或是环境污染排出早已贴近極限，发展趋势健全开创性的冶金技术才可以进一步的节能降耗。o2炼铁高炉技术性是近些年来发生的较有可能替代传统式炼铁高炉的技术性，在**的好几个实验中对比于传统式炼铁高炉优点显著，碳耗费减少 20%以上，CO 2 节能减排 70%以上 [6 ， 7] 。

先前已经有诸多*学者对o2炼铁高炉的实际操作加工工艺开展过科学研究，研究了炼铁高炉高氧气充足炼钢、氧气充足风机融合PIC [8-17] 、热还原注气[18]和冶金工业炉料运用 [19 ， 20] 等多种多样低碳环保实际操作。可是软熔带的透气性能做为危害炼铁高炉內部压差确保炼铁高炉平稳顺行的主要要素却欠缺科学研究，软熔带透气性能的转变缘故也欠缺系统软件表述。因而，原文中将根据预还原试验及软融实验，科学研究在o2炼铁高炉生产制造煤化合成气的新技术新工艺标准下，在不一样软融环节，铁元素炉料的还原度对透气性能的危害，进而为o2炼铁高炉的运用给予理论创新。

1 试验一部分

1.1 预还原试验

实验常用综合性炉料的总品质为（200±0.1） g，构造为 62%的球团矿、5%的球团矿和 33%的块矿，碱性 R=1.33，炉料粒度分布为 10~12.5 mm。在其中，铁矿砂的关键成分如表 1 所显示。

预还原试验中袁综合性炉料的还原度各自设置为 60%、70%、80%和 90%，根据静态数据还原试验将综合性炉料还原到预置的还原度，做为后面软熔试验的原材料。预还原试验的还原度测算以三价铁情况为标准，在不一样还原度下，根据公式计算对应测算静态数据还原试验中综合性炉料的失净重，进而明确预还原试验的终点站袁数值如表 2 所显示。

综合性炉料预还原试验的还原标准如表 3 所显示。提温全过程中通入 5 L/min 的 N 2 开展维护，抵达控温环节时（900 ℃）改成进入 15 L/min 的还原汽体（30%CO 70%N 2 ）开展控温还原，炉料的失净重抵达基础理论失净重时即终止还原，改通 5 L/min 的 N 2 开展维护，将炉料制冷至室内温度。

在其中，φ（CO）、φ（N 2 ）各自为 CO 和 N 2 的摩尔分数，V g 为气体压力，υ T 为提温速度。将已称取好的（200±0.1）g 综合性炉料放进烘箱，在（105±5 ℃）的前提下干躁 3 h 以上。干燥后沿壁厚将炉料装进反映管，放料进行后料面维持整平，可以尽可能确保汽体根据料层各个地方时所受阻力一致，随后将热电阻插进料层袁在研究操作过程中即时精确测量温度。根据起重吊钩将还原反映管固定不动悬架在电子分析天平下方，并运用电动升降设备将反映管内的料层置放在已测量好的还原炉控温区域内。为保证测试数据的精确性，要用保温材料塞紧炉门间隙，降低还原炉的热损害。以上提前准备进行后开启还原炉开关电源开展试验，全部提温全过程将根据预置程序流程开展提温，在加热全过程中通入的 N 2 开展维护，总流量为 5 L/min，900 ℃以前提温速度为 10 ℃/min，提温至 900 ℃时改通的还原汽体（30%CO 70%N 2 15 L/min）开展控温还原，在炉料的无重力做到测算得到的基础理论失净重时，改通 N 2 进行维护，总流量为 5 L/min，待炉料制冷至室内温度，用以下一步的软熔试验。预还原实验设备如下图 1 所显示。

1.2 软融试验

软熔实验的机器设备为测量铁矿砂熔滴特点的熔滴炉，如下图 2 所显示，关键由高纯石墨反映管、温度控制柜、加热炉、电感器位移计及压差计等设施构成。

开展试验时，较先将已烘干处理的 20.0 g 焦炭装进高纯石墨反映管底端，并且用直尺整平料面，然后将通过预还原的粒度分布为 10~12.5 mm 的球团矿装进高纯石墨反映管中，确保料层在反映管中的相对高度为（65±5） mm，用直尺整平料面，再将 20.0 g 焦炭放进高纯石墨反映管中。随后将以前高纯石墨反映管与中节反应管相接，并且用长钳将其放到熔滴炉内的一二节高纯石墨反映管上；较终在**层焦炭上面好高纯石墨钢削并插进高纯石墨压杆，扭紧顶盖，再加上 1 kg/cm 2 载荷，使偏移处在能测的部位。软熔试验操作过程中全过程进入 12 L/min 的 N 2 进行维护，直到球团矿融化滴下，当见到**滴渣铁滴下时关闭程序，完毕试验。软熔实验中，0~900 ℃ 的加热速度为 10 ℃/min，900~1 600 ℃的加热速度为 5 ℃/min。

2 试验結果及结果

2.1 试验結果指标值含义及数据信息

软熔试验中铁元素炉料的软熔个人行为关键由下列好多个指标值点评院变软逐渐温度（T 10% ）、变软终结温度（T 40% ）、变软区段ΔTB、融化逐渐温度（T s ）、滴下温度（T d ）、融化区段（ΔTM）、较大压差（ΔP ** x）和熔滴特性特征根（S），程序流程软熔试验指标值由电子计算机全自动载入纪录。每个指标值的表明标记及实际意义如表 4所显示。球团矿预还原软熔试验的研究效果如表 5所显示。

2.2 不一样还原环节对透气性能危害剖析

综合性铁元素料柱內部的汽体流动性所受阻力由內部惯性力阻力和黏性阻力构成，汽体遭受的阻力越大则料柱透气性能越差，较大压差越大。惯性力阻力的关键产生缘故是院物件相对性液体健身运动的时候会有推动附近液体一起健身运动的发展趋势，进而造成阻力。黏性阻力就是指物件相对性液体产生健身运动时，物件表层附面层存有粘性力和速率梯度方向主要表现为对物件的阻力。惯性力阻力关键与速率梯度方向相关而黏性阻力关键与触碰总面积、不光滑水平、物件黏度等相关。在流阻较钟头，黏性阻力危害比较大，流阻比较大时內部惯性力阻力增加，当惯性力阻力提升到一定水平时黏性阻力的转变没法对总体阻力转变造成很大危害，內部惯性力阻力变成內部阻力的首要来源于。一般而言，将矿料层的溶化环节分成院小块带（900℃~Ts），变软带（T s ~T m ），溶化带（T m ~T d ）及滴下带（T d 温度以上）从图 3 的压差曲线图及缩水率曲线图中可以发觉院在溶化温度以前，伴随着料柱容积的迟缓收拢袁料层內部压差稳定提升。这是由于伴随着料层的收拢，孔隙度逐渐减少，汽体在料层內部受到的阻力慢慢扩大，造成根据孔隙度时所受阻力稍微提升，料柱內部较大压差随温度上升而升高。因为容积的收拢及其孔隙度减少类似为一个匀称的全过程，因此压差也是无基因突变式的稳定升高。

在温度做到溶化温度即 T m 时料层进到溶化层，直到温度做到滴下温度即 T d 。当料层刚进到融化层环节时，料柱的容积未产生显著转变，料层內部压差却强烈升高，其上升速度远远地**出变软环节，这表明料层的透气性能在溶化逐渐时显著下降。这是由于高效液相的发生，汽体与液态的触碰总面积远**汽体与固态触碰总面积，而高效液相黏度也远远**固相，料层內部黏性阻力系数强烈提升，造成汽体所受阻力增加；而惯性力阻力系数因为高效液相提升与流动性产生比较大速率梯度方向，惯性力阻力系数也相对提升，汽体所得到的综合性阻力快速提升，料层压差曲线图在高效液相量较多时到达较高值。之后伴随着高效液相流动性，铁元素料层內部高效液相降低，惯性力阻力系数减少，汽体所受阻力减少，料层透气性能改进压差曲线图逐渐降低。与还原度较高的综合性炉料对比，还原度较低的综合性炉料的溶化温度较低，这是由于还原度较低的综合性炉料带有较多的 FeO，FeO 成分越高，转化成的低溶点化学物质量越大。因而，低还原度的综合性炉料变软逐渐温度和溶化逐渐温度会相应较低，在低溶点高效液相量较多时压差曲线图做到较高值，伴随着高效液相往下流动性压差曲线图逐渐降低，当温度做到剩下成分溶点时，进一步发生新的高效液相进而促使压差曲线图产生二次较高值。而还原值越高 FeO 成分越少，所得到的低溶点化学物质危害越小，压差曲线图二次较高值越不显著，当还原度做到 90%时，二次较高值完全消退。

2.3 不一样还原度对透气性能危害剖析

与还原度较高的料层对比，还原度较低的料层滴下温度较低，这是由于低溶点化学物质造成量的几个与 FeO 的成分相关，还原度低的炉料中 FeO 成分较高，造成的低溶点化学物质较多，炉渣的黏度较小，流通性不错，渣铁非常容易分离出来；伴随着还原度上升，炉料中的 FeO 成分慢慢减少，融化制造的渣量较少，炉渣黏度提升，炉渣流通性下降，渣铁不容易分离出来。图 4 为不一样还原度未滴下炉渣的 SEM 图象。从图内可以看得出，还原度 60%和 70%的渣中停留的金属材料铁集聚变成颗粒物，与渣的界线比较显著；而在还原度 80%和 90%的洒落物中，金属材料铁则是弥漫遍布在渣中。伴随着还原度的提升渣量显著降低。

伴随着料层温度上升，高效液相流通性提高，料层內部高效液相慢慢向粗俗至焦炭层，高效液相造成速度低于往下流动性的速度，料层內部高效液相成分进一步降低，孔隙度提升。內部惯性力阻力系数及黏性阻力系数减少，汽体所受阻力减少，料层透气性能改进，压差曲线图快速降低，表明料层溶化环节关键阻力来源于溶化带。FeO 成分低，內部发生的低溶点高效液相量少，而且转化成的渣相黏度较高、流通性较弱渣铁不容易分离出来，进而减缓了溶化与滴下的全过程。因而袁炉料的还原值越高，其相匹配的融化温度和滴下温度越高。而与还原度提高的炉料对比，还原度低的铁元素炉料中高效液相发生的温度较低且量比较大，这就致使了其较大压差较高，并且发生在温度较低的部位。还原度对综合性炉料熔滴特性的危害如下图 5 所显示。伴随着还原度的提升，综合性炉料的融化逐渐温度T s 慢慢上升，从 1 309 ℃升高到 1 449 ℃；滴下温度 T d 稍微提升，从 1 450 ℃上升到 1 497 ℃；而溶化区段 ΔTM 显著变小，由 141 ℃减少到 48 ℃。因为溶化带是料柱内汽体阻力关键来源于，因此当还原度提升，料柱透气性能能改进，熔滴特征根 S /kPa•℃显著减少，由 722.68 减小到 51.74（详细信息见表 5）。

3 结论

1）料柱不一样软融环节对汽体所产生的阻力差别显著，汽体在全部软熔带所受阻力关键来自溶化地区。料柱內部惯性力阻力系数与黏性阻力系数的转变是汽体所受阻力转变的首要缘故，变软地区內部惯性力阻力系数与黏性阻力系数一同提升，造成汽体阻力增加。溶化地区黏性阻力系数基本上不会改变且对总体汽体阻力危害并不大，而內部惯性力阻力系数的扩大是造成透气性能下降的首要缘故。滴下地区內部惯性力阻力系数减少，料柱內部汽体阻力减少，透气性能提高。

2）较低还原度的预还原料柱因为带有较多的FeO，造成压差曲线图发生二次较高值，而当还原度提升时二次较高值变弱，当还原度做到 90%，二次较高值彻底消退。

3）伴随着还原度的扩大，滴下温度慢慢上升，但溶化地区慢慢变软且向下移动，软熔带透气性能显著加强。

来源于：冶金工业信息内容武器装备网

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