【摘要】：傳統(tǒng)高爐冶煉工藝作為碳質(zhì)能源消耗大戶之一,排放大量CO_2等溫室氣體,由此造成的環(huán)境問題引起人們前所未有的重視。為減少CO_2的排放,日本COURSE50與全氧混噴天然氣、廢塑料等高爐減排新工藝相繼出現(xiàn)。此類高爐減排新工藝多使用富氫燃料替代部分焦炭、煤粉,實現(xiàn)高爐煉鐵工序CO_2減排。然而,此類新工藝大幅提高了高爐爐缸煤氣中H_2含量,加速還原鐵礦石的同時,導致爐腰部位以上爐身下部(1000-1300℃)的煤氣中存在大量水蒸氣,加劇了焦炭溶損。與此同時,H_2O、CO_2與焦炭的溶損反應產(chǎn)生H_2、CO,再次與鐵礦石發(fā)生還原反應生成H_2O、CO_2,形成富氫條件下焦炭溶損與鐵礦石還原的耦合反應。為更加全面地分析富氫、礦焦混裝條件下焦炭溶損與鐵礦石還原的氣固相耦合反應,通過高溫氣固反應裝置研究了反應溫度900-1200℃、礦焦比4.0-5.5、傳統(tǒng)高爐爐身下部氣氛(N_2:H_2:CO:CO_2=50:5:35:10)與全氧富氫新型高爐氣氛(H_2:CO:CO_2=25:60:15)兩種氣氛下的礦焦耦合反應。同時,為全氧富氫高爐新工藝選擇合適的礦石高溫冶金性能(如還原性、熔滴性能)提供依據(jù)。以不同預還原度的鐵礦石為熔滴性能研究對象,研究了預還原度對燒結(jié)礦軟化開始溫度T_A、軟化終了溫度T_S、滴落溫度T_M、最大壓差ΔP_(Max)、軟化溫度區(qū)間ΔT_(SA)及軟熔溫度區(qū)間ΔT_(MS)的影響。結(jié)論如下:(1)反應溫度對耦合反應影響較大,反應氣氛為傳統(tǒng)高爐爐身下部氣氛N_2:H_2:CO:CO_2=50:5:35:10、礦焦比為4.0時,反應溫度由900℃增加到1200℃,焦炭溶損率SLR由1%增加到32.5%;對燒結(jié)礦180min還原度RI_(180)的影響具有階段性,溫度由900℃增加到1100℃,還原度由50.47%增加到55.93,溫度由1100℃增加到1200℃,還原度降為50.06%。(2)礦焦比對耦合反應影響相對較弱。反應氣氛為傳統(tǒng)高爐爐身下部氣氛N_2:H_2:CO:CO_2=50:5:35:10、反應溫度為1200℃時,礦焦比由4增加到5.5,焦炭溶損率SLR由32.5%增加到36.33%,僅擴大了1.12倍,燒結(jié)礦還原度由50.06%降低為47.39%。(3)全氧富氫新型高爐氣氛(H_2:CO:CO_2=25:60:15)與傳統(tǒng)高爐爐身下部氣氛(N_2:H_2:CO:CO_2=50:5:35:10)相比,焦炭溶損反應更劇烈,燒結(jié)礦180min還原度RI_(180)更高。反應溫度為1200℃、礦焦比為4.0時,全氧富氫新型高爐氣氛與傳統(tǒng)高爐爐身下部氣氛相比,焦炭溶損率SLR由32.50%增加到48.92%,擴大了1.50倍,燒結(jié)礦還原度由51.89%增加到84.55%,擴大了1.63倍。(4)鐵礦石預還原度在60%-70%時,其主要礦物成分為FeO,及其與脈石生成的低熔點化合物,如2FeO·SiO_2(熔點1217℃)、CaO_x(FeO)_2-x·SiO_2(X=0.19,熔點1150℃),此時鐵礦石軟化開始、終了溫度低,軟化溫度區(qū)間寬,滴落溫度低,軟熔溫度區(qū)間寬,最大壓差較小。
【圖文】：

圖 1.1 高爐爐內(nèi)不同區(qū)域分布圖Fig. 1.1 Distribution of different area in blast furnace.帶焦炭由爐頂裝入，由于下墜跌落到爐內(nèi)料層，將導致炭劣化影響較小。在此區(qū)域，焦炭的劣化主要是由沖帶高爐上部，焦炭與鐵礦石分層交替分布，該區(qū)域料下降，焦炭與鐵礦石、爐壁之間相互擠壓摩擦，，焦炭劣化。同時，隨著物料下降，物料水分被烘干，溫度 CO2發(fā)生溶損反應。由于散料帶溫度較低，擠壓摩擦失比例普遍不會超越 10%，焦塊的尺寸平均僅減少，焦炭的劣化是由機械外力與少量的溶損反應共同

CO2+C(s)=CO 0= 174.47T 170707J/mol (1-1H2O(g)+C(s)=CO+H2 0= 146.34T 135248J/mol (1-2（1）CO2與焦炭的溶損反應焦炭在與 CO2反應過程中更易破壞焦炭內(nèi)部的氣孔壁，產(chǎn)生串孔現(xiàn)象，形成，大大降低了焦炭的強度，影響正常高爐冶煉。PuszS[25]等研究表明焦炭的性質(zhì)直接取決于焦炭結(jié)構(gòu)，即碳基質(zhì)（多孔固體）和孔隙系統(tǒng)。焦炭結(jié)構(gòu)在冶煉過程中發(fā)生了劇烈變化，CO2的溶損作用是造成這一情況的最重要因素。采用光學顯微鏡，透射電子顯微鏡（TEM），超聲波測量和電子順磁共振法（EPR）等方法，研究表明：在焦炭與 CO2發(fā)生溶損反應的過程中，溫度高、表面礦物質(zhì)的脫落兩者共同造成了焦炭結(jié)構(gòu)的改變；隨著與 CO2的溶損的進行，焦炭內(nèi)部氣孔壁破損加劇，各氣孔間開始貫通，焦炭孔隙度增加，的強度明顯降低，如圖 1.2 所示。
【學位授予單位】：安徽工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TF54

【參考文獻】

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本文編號：2648110