《高爐爐缸噴吹氧化性氣體實現低矽冶煉的基礎研究》是依託東北大學，由魏國擔任項目負責人的聯合基金項目。
基本介紹
- 中文名：高爐爐缸噴吹氧化性氣體實現低矽冶煉的基礎研究
- 項目類別：聯合基金項目
- 項目負責人：魏國
- 依託單位：東北大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
現代製造業對鋼鐵材料的硫、磷含量要求越來越嚴格，為了實現鐵水深脫磷，需要將鐵水[Si]降至0.10%～0.15%。普通高爐生產低矽鐵水操作困難，而鐵水預處理脫矽存在泡沫渣、能耗高、渣量大等問題。理論分析表明提高爐缸氧分壓可提高爐渣氧勢，有利於獲得低矽鐵水。因此，本課題首次提出向高爐爐缸噴入適量氧化性氣體以實現高爐低矽冶煉的新工藝。若在普通高爐上實現低矽冶煉，將省去鐵水預處理脫矽工序，並可促進高爐降焦節能、煉鋼提高生產效率。本研究以高爐爐缸中熔渣與死料柱焦炭、熔渣與鐵液兩個反應體系為研究對象，採用實驗和數學模型方法研究噴吹氣體操作可能產生的影響，分析吹氧方式、溫度等因素對熔渣還原、矽在渣鐵中分配的影響規律，討論噴吹操作對泡沫渣產生、渣中鐵損以及爐缸局部熱平衡的影響，從而提出爐缸噴吹的可行工藝參數，為該技術的設計和實施提供理論依據。
結題摘要
理論分析表明提高爐缸氧分壓可提高爐渣氧勢，有利於獲得低矽鐵水。為了考察高爐爐缸噴入氧化性氣體實現低矽冶煉的可行性，項目採用實驗和數學模型方法研究了爐缸噴吹氣體與鐵液、熔渣與死料柱焦炭體系的反應規律。 針對高爐冶煉特點，選擇CO2作為氧化劑，研究了滲碳和無滲碳條件下CO2與鐵水反應規律，探討了溫度、氣體噴吹量等因素的影響。結果表明：（1）CO2在鐵水溫度較低時脫矽容易，而高溫脫碳容易。（2）CO2脫矽反應的限制性環節是氣體傳質。（3）無滲碳條件下，脫碳反應的限制性環節是氣體傳質.鐵水溫度越高，氣體流量越大，鐵水中碳降低的程度越大。滲碳條件下，碳含量將趨於穩定值。根據試驗結果，得出了較好的脫矽條件為1300℃以及0.6L/min的噴吹量。（5）CO2噴吹對鐵液中Mn、P、S的含量未發現有影響。 對不同溫度、鹼度條件下FeO含量對還原反應速率的影響進行了研究。結果表明：（1）石墨碳還原CaO-SiO2-MgO-Al2O3-FeO熔渣中FeO的反應為表觀二級反應。反應的表觀活化能為342.37kJ/mol，碳的氣化反應活化能為152.98kJ/mol，渣中FeO的擴散傳質活化能為355kJ/mol。（2）還原反應速率受渣中FeO的擴散傳質和界面化學反應(直接還原以及碳的氣化反應)共同控制，其中渣中FeO的擴散傳質是反應速率的最主要限制環節。（3）研究得出了一定條件下各組試驗的總反應速率，近似為渣中FeO的傳質速率。（4）由反應的表觀速度常數可知，試驗條件下溫度對還原反應速度影響最大、渣中FeO含量次之、鹼度最小。 分析了封閉體系下噴吹CO2對鐵水溫度的影響：噴吹氣體量增加，鐵水溫降增大；不同初始鐵水溫度條時鐵水溫降不同。噴吹CO2後高爐下部熱平衡分析表明：噴吹CO2氣量增加時，高爐熱利用係數KT增加，高溫區熱損失占全爐熱損失的比例下降，但高爐焦比增加。 以流體力學有關理論為基礎，建立了爐缸三維流體數學模型，套用FLUENT軟體模擬計算並分析了高爐鐵口深度、死料柱浮起高度、空隙度及鐵口布置對於內壁和爐底溫度、應力分布的影響，討論噴吹操作對爐缸工況的影響。結果表明噴入爐缸氣體量決定了噴吹區熔渣的氧勢，噴吹量過小則作用不明顯，過大則可能導致鐵損增加。因此，氣體噴吹位置和噴吹量必須合適，才能保證鐵水、爐渣物理化學性能適宜，高爐穩定順行。
