白云鄂博礦含碳球團(tuán)直接還原數(shù)值模擬研究.pdf

1、隨著環(huán)境問(wèn)題的日益加劇，國(guó)家對(duì)環(huán)境問(wèn)題的重視程度也在增加。鋼鐵企業(yè)普遍存在高污染、高能耗等問(wèn)題，因此很多研究者也在研究改進(jìn)煉鐵、煉鋼技術(shù)，使其效率更高，環(huán)境污染更少。直接還原工藝與傳統(tǒng)的高爐煉鐵工藝相比，不需要煉焦和燒結(jié)，因此環(huán)境污染更少。
　　白云鄂博礦位于包頭市北部，屬多成因的內(nèi)生鐵礦，其主要成分包括鐵、鈮、稀土等71種金屬，其鐵礦石總儲(chǔ)量約為14.6億噸。對(duì)白云鄂博礦含碳球團(tuán)直接還原的研究大部分集中在實(shí)驗(yàn)方面，數(shù)值模擬研究非

2、常少。由于實(shí)驗(yàn)只可以看到結(jié)果而對(duì)還原過(guò)程不能充分了解，無(wú)法得到還原過(guò)程中各組分分布、溫度分布等從而無(wú)法準(zhǔn)確分析結(jié)果。因此采用數(shù)值模擬的方法來(lái)研究白云鄂博礦含碳球團(tuán)的直接還原過(guò)程，建立白云鄂博礦含碳球團(tuán)還原過(guò)程的一維非穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型。數(shù)學(xué)模型考慮了白云鄂博礦含碳球團(tuán)內(nèi)的傳熱、傳質(zhì)以及化學(xué)反應(yīng)（鐵氧化物的還原，碳的氣化反應(yīng)），數(shù)學(xué)模型的準(zhǔn)確性得到實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的驗(yàn)證，因此建立的數(shù)學(xué)模型可以模擬白云鄂博礦含碳球團(tuán)直接還原過(guò)程。
　　研究爐氣溫度

3、、球團(tuán)粒徑、碳氧比等工藝參數(shù)對(duì)白云鄂博礦含碳球團(tuán)直接還原過(guò)程的影響規(guī)律。由于粒徑較小，在反應(yīng)初期球團(tuán)溫度趨于均勻。反應(yīng)中期由于化學(xué)反應(yīng)劇烈進(jìn)行并大量吸熱，球表與球心出現(xiàn)溫差。分析還原過(guò)程中球團(tuán)內(nèi)部組分分布可知，球團(tuán)內(nèi)的Fe大部分是由FeO生成的。隨著爐氣溫度的升高金屬化率也在逐漸升高，但當(dāng)爐氣溫度大于1000℃時(shí)溫度對(duì)最終金屬化率作用不明顯；增加球團(tuán)直徑可以使金屬化率增加速度變緩，但對(duì)最終金屬化率影響不大；增加碳氧比可以提高最終金屬化率

4、，但當(dāng)碳氧比大于1.0時(shí)提高碳氧比對(duì)最終金屬化率的影響很小。通過(guò)正交數(shù)值模擬得出影響白云鄂博礦含碳球團(tuán)金屬化率的主要因素依次是：爐氣溫度>焙燒時(shí)間>碳氧比>球團(tuán)直徑。在轉(zhuǎn)底板推式還原爐內(nèi)白云鄂博礦含碳球團(tuán)直接還原模擬結(jié)果可得，較高的爐溫才可以使化學(xué)反應(yīng)劇烈進(jìn)行，而化學(xué)反應(yīng)對(duì)球團(tuán)內(nèi)溫度的分布影響很大。粒徑為12mm、碳氧比0.9的含碳球團(tuán)在轉(zhuǎn)底板推式還原爐內(nèi)最高爐氣溫度為1100℃時(shí)各段的焙燒時(shí)間可以控制在10min左右。通過(guò)白云鄂博礦含