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微波加热制备直接还原铁工艺的研究

唐昭辉  
【摘要】:中国作为世界第一产钢大国,所产粗钢中以焦炉-高炉-转炉传统长流程工艺所生产的达到我国粗钢总产量的80%以上,以废钢及其替代品(直接还原铁)为原料的电弧炉短流程工艺所生产的电炉钢不到20%,而发达国家电弧炉短流程工艺所生产的电炉钢占到50%左右。传统的焦炉-高炉-转炉长流程炼钢工艺不但能耗大,温室气体C02排放量大,给环境造成了破坏性的影响,同时由于严重依赖冶金焦,给其后续发展带来了危机。此外,随着短流程炼钢工艺的发展,电炉钢的比例也在逐年增加。但电炉用原料——废钢资源,已出现严重短缺,尤其是优质废钢资源紧缺,对短流程炼钢工艺提出了严峻的挑战。因此开发低能耗、低污染、环保的炼铁新工艺,为电炉短流程炼钢工艺提供更多优质、低价的生产原料,已经成为我国钢铁工业持续发展的战略需求。 作为新兴、开拓性的前沿技术之一的直接还原炼铁工艺,完全舍弃了焦炉-高炉-转炉生产工艺模式,省去了高炉炼铁工艺的焦化和烧结工序,有效地克服了传统高炉炼铁工艺的流程长、投资大、能耗高、污染大等缺点,更好地适应了现代钢铁企业不断向紧凑化、高效化、连续化、高洁净化及对环境友好方向发展的趋势。且直接还原铁以其含碳量低,全铁含量高,金属化率高,成分稳定,有害杂质含量低等优点成为电炉废钢代用品的首选。 本文综述分析了国内外的常规直接还原工艺的应用研究现状,并结合微波加热的基本原理及特点,对微波直接还原技术的国内外研究现状也进行了阐述。基于我国现阶段直接还原工艺的现状,提出了微波加热制备直接还原铁新工艺。 (1)论文以昆明钢铁集团有限责任公司所提供的云南某地的铁精矿、云南某公司的铁鳞、无烟煤、轻烧白云石为原料,采用微波加热的方式对含碳铁矿粉制备直接还原铁工艺进行了研究。实验确定了以40%铁精矿粉和60%铁鳞组成的混合原料作为铁原料,系统研究了微波加热制备直接还原铁工艺,得到的最佳工艺参数为:还原温度为1100℃,还原时间为60min,配煤量为22%,在此工艺条件下可以得到金属化率为96.65%的还原产物。同时考察了脱硫剂加入量对还原产物金属化率的影响,结果表明:脱硫剂加入量在2-7%范围内,均能得到比较理想的金属化率指标的还原产物。 (2)采用响应曲面优化设计法对微波加热制备直接还原铁工艺进行了优化设计。通过响应曲面法建立的微波加热制备直接还原铁工艺的回归数学模型为: Y1=-1001.1594+1.6073X1+1.5857X2+11.6859X3-1.1679E-003X1X2-3.5379E-003X1X3-0.0343X2X3-6.3124E-004X12+7.6802 E-003X22-0.1528X32其中,X1为还原温度;X2为还原时间;X3为配煤量;Y1为还原产物的金属化率。 优化设计表明,模型的精确度高,模拟效果显著,拟合度良好;模型方差分析显示,还原温度、还原时间及配煤量对还原产物金属化率都有显著影响。响应曲面法优化得到的微波加热制备直接还原铁工艺的优化工艺参数为:还原温度1139℃,还原时间28min,配煤量20.95%,在此优化工艺参数条件下可以得到金属化率为97.06%的还原产物。 (3)以金属化率为96.65%,全铁含量为78.11%的微波加热还原产物为原料进行了选矿实验研究,结果表明:当磁选电流强度为0.5A时,可以得到全铁含量TFe为86.68%,金属铁含量为83.78%的直接还原铁产品,且直接还原铁的回收率为90.5%;当脱硫剂加入量为7%时,直接还原铁中硫含量仅为0.06%,所得到的直接还原铁中的硫含量满足了昆钢直接还原铁等级标准中三级品的要求;且直接还原铁中其它的杂质如C、P、SiO2及水的含量,均达到了昆钢直接还原铁等级标准中三级品的质量指标要求。


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