目前,我國廢鋼資源的短缺,并且鋼鐵行業(yè)對環(huán)境污染日益嚴(yán)重,不符合我國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。直接還原鐵技術(shù)具有有害氣體排放少、能源利用率高等特點(diǎn),對我國鋼鐵行業(yè)的發(fā)展有非常大的促進(jìn)作用。在這個背景下,本文通過數(shù)值模擬對含鐵物料的變化過程以及不同豎爐爐型對溫度場、壓力場的影響進(jìn)行了研究。本文從化學(xué)反應(yīng)平衡和熱平衡兩個角度計(jì)算出了當(dāng)還原氣體為氫氣和一氧化碳條件下的還原氣量。通過實(shí)驗(yàn),當(dāng)還原氣為氫氣和一氧化碳時,在不同溫度下分別得到了含鐵物料的還原度隨時間變化曲線,通過計(jì)算得出化學(xué)反應(yīng)的不同階段的指前因子和活化能。通過Fluent軟件建立氣基直接還原豎爐的二維模型,將含鐵物料設(shè)簡化多孔介質(zhì),通過滑移網(wǎng)格的形式來模擬物料在豎爐內(nèi)下行運(yùn)動。當(dāng)溫度T>570℃時,含鐵物料的還原過程為:Fe2O3→Fe3O4→FeO→Fe。通過數(shù)值模擬,得出了在不同的還原氣氛條件下含鐵物料的變化過程以及在不同溫度和不同顆粒直徑條件下對還原過程的影響。結(jié)果表明:在相同的條件下,氫氣與含鐵物料的反應(yīng)速率大于一氧化碳與含鐵物料的反應(yīng)速率;隨著溫度的升高,化學(xué)反應(yīng)速度越快;顆粒直徑越小,化學(xué)反應(yīng)速率越快,并且金屬化率越高。合... 

【文章來源】：燕山大學(xué)河北省

【文章頁數(shù)】：83 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

不同工藝下溫度與還原度關(guān)系比較

根據(jù)所使用的還原劑的不同，直接還原工藝可以分為氣基直接還原和煤基直接還原兩類。目前世界上氣基直接還原鐵的產(chǎn)量占有總的直接還原鐵產(chǎn)量的較高的比例，在氣基直接還原工藝的中，Midrex 法和 HYL 法是目前應(yīng)用最多、產(chǎn)量最高的方法，經(jīng)過長時間的發(fā)展，這兩種方法的技術(shù)水平已經(jīng)得到了很大的提高；煤基直接還原工藝中，SL/RN 法、FASTMET 法和 ITMK3 法等的應(yīng)用相比于 Midrex 法和 HYL法技術(shù)還不太成熟，應(yīng)用也不太廣泛。目前，在世界鋼鐵產(chǎn)量中，采用 Midrex 和HYL 直接還原工藝生產(chǎn)的直接還原鐵產(chǎn)量占世界鋼鐵總產(chǎn)量 70%以上[8]。（1） Midrex 法Midrex 法的流程如圖 1-2 所示，含鐵原料從爐頂加入，加熱后的還原氣體通過進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入豎爐，爐料從進(jìn)口處向下運(yùn)動，還原氣體從進(jìn)口處向上運(yùn)動，通過熱交換的作用，高溫的還原氣體將下降的常溫的爐料進(jìn)行加熱，在高溫的狀態(tài)下進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)過程，將含鐵物料還原成海綿鐵。在豎爐底部通入常溫的還原氣體將高溫的直接還原鐵冷卻至常溫，或?qū)⑵溻g化處理[9-10]。防止生成的直接還原鐵接觸空氣被氧化，還原氣體含 CO 及 H2共 96%左右，溫度為 850-900℃。氧化鐵工藝煤氣系統(tǒng)廢氣

燕山大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文 0.23MPa，由于操作壓力相對較小，爐頂和爐底依靠加料管和排料管的料封補(bǔ)充氮?dú)膺M(jìn)行密封。在以上的操作條件下，由于溫度高、操作壓力大，使 HYL-III 豎爐內(nèi)鐵礦石氣體的還原反應(yīng)速度加快，生產(chǎn)效率高。在相同的爐容條件下，與 Midrex 豎，HYL-III 豎爐生產(chǎn)海綿鐵的能力更強(qiáng)，產(chǎn)量更大。對于天然氣匱乏但煤資源豐富的國家來說，煤制氣直接還原工藝符合工業(yè)的件，能夠在有限的資源的條件下提高鋼鐵行業(yè)的水平，對于我國的鋼鐵的發(fā)很好的促進(jìn)作用，是符合我國的發(fā)展道路的[17]。通過煤與氧氣的反應(yīng)產(chǎn)生一，通入直接還原豎爐的工藝過程稱為煤制氣直接還原工藝，如圖 1-4 所示。

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本文編號：3392925