考慮CO還原FeO的反應,熱儲備區(qū)溫度對煤氣利用系數的影響在熱力學和動力學方面存在競爭關系.本文以單界面未反應核模型為基礎,就溫度對高爐煤氣利用系數的影響推導理論模型,然后利用此模型解析高爐熱儲備區(qū)溫度對煤氣利用系數的影響規(guī)律,進而探討高爐焦炭反應性與含鐵爐料還原性的匹配.結果表明,高爐使用高反應性焦炭降低熱儲備區(qū)溫度,進而提高煤氣利用系數的前提是礦石具有高的還原性.礦石還原性低時,高反應性焦炭的使用會導致煤氣利用系數下降,而期望通過增加礦石停留時間或提高壓力來改變這樣規(guī)律的操作空間甚小.礦石還原性高時,熱儲備區(qū)所能承受的溫降在理論上仍有一個極限.因此,在實際生產中不必盲目追求焦炭的高反應性,應根據礦石的還原性選擇具有適宜反應性的焦炭. 

【文章來源】：材料與冶金學報. 2020,19(04)北大核心

【文章頁數】：6 頁

【部分圖文】：

單界面未反應核模型示意圖

圖2為使用上述兩種鐵礦后高爐(熱儲備區(qū))煤氣利用系數隨溫度的變化,計算中停留時間(τ)和操作壓力(P)分別為3.0×103 s和2.0×105 Pa.由圖可知,平衡系數(ηe)隨熱儲備區(qū)溫度的降低而升高.若使用還原性高的礦球II,實際煤氣利用系數在所研究范圍內隨溫度的變化遵循相同規(guī)律,但兩者間的動力學差距隨溫度的降低逐漸增大.若使用還原性低的礦球I,實際煤氣利用系數在所研究范圍內隨溫度的變化規(guī)律截然相反,即溫度越低,煤氣利用系數越小.同時,實際煤氣利用系數(η)與平衡系數(ηe)間的動力學差距隨溫度降低而增大的趨勢更顯著.其他停留時間和操作壓力下的計算結果與圖2類似,本文在此不再贅述.為便于分析,將圖2中的三條曲線分別對溫度求導,得到煤氣利用系數隨溫度的變化率,如圖3所示.由圖可知,因平衡系數(ηe)隨著溫度的降低而單調升高,其隨溫度的變化率始終為負值.低還原性礦球I對應實際煤氣利用系數隨溫度的變化率始終為正值,說明其隨溫度的降低而單調下降.然而,高還原性礦球II對應實際煤氣利用系數隨溫度的變化率在一臨界溫度(Tcrit=873 ℃)處出現轉折.高于臨界溫度時,實際煤氣利用系數隨溫度的變化率為負值,即隨溫度的降低而提高,低于臨界溫度時為正值,隨溫度的降低而下降.

為便于分析,將圖2中的三條曲線分別對溫度求導,得到煤氣利用系數隨溫度的變化率,如圖3所示.由圖可知,因平衡系數(ηe)隨著溫度的降低而單調升高,其隨溫度的變化率始終為負值.低還原性礦球I對應實際煤氣利用系數隨溫度的變化率始終為正值,說明其隨溫度的降低而單調下降.然而,高還原性礦球II對應實際煤氣利用系數隨溫度的變化率在一臨界溫度(Tcrit=873 ℃)處出現轉折.高于臨界溫度時,實際煤氣利用系數隨溫度的變化率為負值,即隨溫度的降低而提高,低于臨界溫度時為正值,隨溫度的降低而下降.由圖2和圖3所示結果可得以下啟示:①實際煤氣利用系數是否遵循平衡系數隨溫度降低而提高的規(guī)律取決于溫降對兩者間動力學差距的影響,礦石的還原性越高,溫降對動力學差距的約束越小,實際煤氣利用系數隨溫度的變化規(guī)律與平衡系數越同步,反之亦然;②高爐使用高反應性焦炭降低熱儲備區(qū)溫度,進而提高煤氣利用系數的前提是保證礦石的高還原性,使用低還原性礦石,降低熱儲備區(qū)溫度會導致實際煤氣利用系數的下降,徒增高爐燃料比和高反應性焦炭對應的生產成本;③即便是使用高還原性礦石,熱儲備區(qū)的溫降理論上仍有一個極限,低于此極限所對應的臨界溫度,煤氣利用系數隨溫度的降低而下降.綜上,在實際生產中不必盲目追求焦炭的高反應性,應理性處理礦石還原性與焦炭反應性的匹配問題,即根據礦石的還原性選擇具有適宜反應性的焦炭.


本文編號：3431656