张福明:高炉炼铁高比例球团矿冶炼关键工艺技术分析 | 2024

文摘   2024-11-18 12:01   英国  
在当前全球碳达峰和碳中和的目标下,钢铁工业面临高效、低碳的技术升级挑战。为应对这一需求,提升高炉冶炼过程中球团矿的入炉比例成为重要技术途径。高比例球团矿冶炼不仅有助于提高炉料的熟料率和品位,减少燃料消耗和渣量,同时也大幅降低了炼铁工序的CO2排放,实现了高炉冶炼工艺的绿色低碳化。
         

 

尽管高比例球团矿冶炼在理论上已被证实具备减碳和提升效率的潜力,但在实际应用中,球团矿在高炉中的分布和运动控制仍然面临挑战。球团矿粒径均匀、形状规则,在高炉内分布难以精准调控,可能导致煤气流分布不均,影响透气性。此外,高比例球团矿还原过程中会产生膨胀,进一步加大了高炉操作稳定的难度。
         

 

   
最近,首钢集团有限公司的张福明教授及其团队通过深入研究高炉高比例球团矿冶炼的关键工艺技术,系统分析了球团矿在高炉中的分布规律及运动行为。团队采用离散元法(DEM)仿真,模拟球团矿的分布和下行特性,并优化了高炉内型参数,从而改善了高比例球团矿冶炼条件下的炉料透气性。此外,团队还测试了不同球团矿配比条件下的软化和熔滴特性,为高效稳定的冶炼操作提供了数据支持。
         

 

相关研究成果以“高炉高比例球团矿冶炼关键工艺技术分析”为题目发表于《钢铁》期刊2024年第59卷第3期。论文作者为:张福明,徐文轩,程相锋,陈艳波。
         

 

该论文的主要研究结果与结论如下:
  • 高比例球团矿冶炼显著提高了炉料品位和熟料率,降低了燃料消耗、渣量和CO2排放量。
  • 在球团矿入炉比例提高的条件下,通过优化布料流程和改进布料装置,改善了球团矿的分布控制,确保了煤气流分布的稳定性。
  • 控制球团矿的还原膨胀率在20%以下是实现高比例球团矿冶炼的关键,避免了炉料体积的过度膨胀,从而保障了高炉的顺行。
  • 针对球团矿的冶炼特性,对高炉的内型参数进行了调整和优化,包括炉腹角度和炉腰直径,确保了球团矿冶炼条件下的透气性和煤气流分布。 
  • 通过富氧喷煤、提升炉顶压力和优化料序,首钢京唐高炉在球团矿入炉比例达55%的条件下,实现了稳定高效的低碳生产,显著提高了产量并降低了综合燃料消耗。
         

 

论文中的主要图片和表格如下:
图1. 炉料空隙度对高炉压降梯度的影响
         

 

   
图2. 颗粒直径对压降梯度的影响
         

 

图3. (1-ε)/ε3与空隙度ε的关系    
         

 

图4. 不同球团矿比例对料层径向炉料粒度分布的影响
         

 

   
图5. 不同球团矿比例对矿石层径向质量分布的影响
         

 

   
图6. 球团矿比例为30%时料层径向炉料质量分数分布
         

 

   
图7. 球团矿比例为40%时料层径向炉料质量分数分布
         

 

   
图8. 球团矿比例为50%时料层径向炉料质量分数分布
         

 

   
图9. 球团矿比例为60%时料面径向炉料质量分布
         

 

   
图10. 不同球团矿比例对料层径向碱度分布的影响
         

 

   
图11. 不同球团矿比例对料层空隙度分布的影响
         

 

   
图12. 不同软熔带倾角时炉内焦炭和矿石空间分布
         

 

   
图13. 不同软熔带倾角时炉料颗粒下降速度分布
         

 

   
图14. 不同软熔带倾角时炉料颗粒流动迹线
         

 

         

 

   
图15. 不同软熔带倾角时高炉内焦炭层变化
         

 

   
图16. 不同炉料软熔滴落性能对比
         

 

图17. 综合炉料软熔滴落性能
         

 

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