厚渣层铁浴熔融还原工艺

1、厚渣层铁浴熔融还原工艺水模型试验研究何奕波东北大学材料与冶金学院钢铁冶金研究所2022年2月20日星期日1内容提要文献综述研究的目的及意义铁浴反应器设计与水模试验设计铁浴反应器水模实验结果与分析结论2022/2/202文献综述熔融还原炼铁法:以非焦煤为能源和还原剂，在高温熔融状态下进行金属氧化物还原，渣铁能完全分离，得到含碳的液态金属。典型的熔融还原工艺有：COREX、 HISMELT、FINEX 等。铁浴熔融还原法:一种使用粉矿、烧结矿或球团矿，但以煤炭为主要能源，在液态条件下的冶炼方法，也属于熔融还原的范畴。铁浴熔融还原法同样不需要使用焦炭，但其原料适应性强，能够冶炼高磷铁矿或铝铁共生矿这

2、样的特殊矿。厚渣层能够实现氧化区域与还原区域的分离，提高冶炼效率与铁水收得率，因此使用水模的方法探索厚渣层铁浴工艺的操作参数成为本文的研究目标。2022/2/203研究的目的及意义研究目的：建立渣层铁浴熔融还原反应器的物理模型，研究反应器内流体的流动特性，得到不同侧吹角度、侧枪水平插入深度和底吹分布等操作参数下流体的混匀时间，确定最佳工艺条件。研究意义：研究结果可得到铁浴炉物料消耗与能量消耗的数据，并可对设计与优化厚渣冶炼工艺操作条件提供参考，以实现生产的高效、稳定与顺行。2022/2/204反应器设计与水模试验设计铁浴反应器的设计水模试验的设计2022/2/205铁浴反应器的设计设计年产30

3、万吨铁水的铁浴熔融还原反应器，反应器高9m，炉身直径6m，按照15：1的几何相似，制作有机玻璃材质的铁浴反应器实验模型。三层喷枪的设计：上层氧枪促进二次燃烧；中层煤氧枪，为渣浴提供热量；下层煤氧枪，提供还原剂，维持反应温度。2022/2/206铁浴反应器水模实验的设计中层枪煤粉与氧气比1：1.2，下层枪煤粉与1.7:1侧枪喷吹流量的确定物料平衡；喷枪碳氧比；侧枪的水平插入深度与喷吹角度深度60mm、120mm、180mm；角度40、45、5022gggglglvvFrgdgd2022/2/207铁浴反应器水模实验的设计底吹流量和底吹分布的确定满足最小喷气量，有效增加搅拌，避免渣铁两相过度混合2

4、022/2/208铁浴反应器水模实验的设计试验号ABCD混匀时间1混匀时间2混匀时间3N11111N21222N31333N42123N52231N62312N73132N83213N93321 因子/水平A中枪角度B中枪深度C下枪角度D下枪深度1 4060mm 4060mm2 45120mm 45120mm3 50180mm 50180mm分别在纯侧吹与其他五种底吹的情况下，设计L9(34)正交实验表来考察中、下层侧枪各自的角度和插入深度对熔池混匀时间的影响。由于设计正交表里没有空列，因此进行了3次重复实验，以便进行方差分析时考察误差。2022/2/209铁浴反应器水模实验的设计2022/2

5、/2010实验结果与分析纯侧吹单孔底吹双孔对称/非对称底吹四孔对称/非对称底吹2022/2/2011实验结果与分析-纯侧吹2022/2/2012实验结果与分析-单孔底吹2022/2/2013实验结果与分析-双孔对称底吹2022/2/2014实验结果与分析-四孔对称底吹2022/2/2015实验结果与分析-多种底吹的对比无论对称或非对称布置条件下，双孔底吹的混匀时间大体上要小于四孔底吹的混匀时间2022/2/2016实验结果与分析-多种底吹的对比当底枪数目相同时，非对称条件下的混匀时间要小于对称条件下的混匀时间。2022/2/2017实验结果与分析-多种底吹的对比底吹布置条件最优工艺组合 混匀时

6、间（s）非显著性因素第1组第2组第3组平均值无（纯侧吹）A3B3C3D213131112.3无单孔底吹A1B2C2D313131313.0A、B双孔对称A3B2C3D313121011.7B、C双孔非对称A3B3C3D3109109.7B、C四孔对称A1B2C2D315151615.3B四孔非对称A1B3C2D316141314.3B、C综合各喷吹条件下的最优工艺组合，通过比较它们的混匀时间值可以得到这六种喷吹布置中搅拌效果最好的一组或几组操作参数，从而进一步优化铁浴熔融还原的喷吹工艺。2022/2/2018结论通过正交实验的方式，用实际数据分析得出一些结论：l在纯侧吹条件下，侧枪各操作参数对流体搅拌效果的影响程度较大；加入单孔底吹后，中枪角度、中枪插入深度和下枪角度的影响均显著减小，下枪插入深度的影响增大。l在多孔底吹布置中，双孔底吹条件下的混匀时间总体上小于四孔底吹条件下的混匀时间；底吹喷嘴数目相同时，非对称布置条件下的混匀时间小于对称布置条件下的混匀时间。l通过比较各底吹布置下最优参数组合所对应的混匀时间，确定最佳底吹布