HIsmelt熔融还原主反应器能质流转模型构建与验证.docx

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1、H1sme1t熔融还原主反应器能质流转模型构建与睑证目录摘要11. 弓I言22. H1Sme1t熔融还原炼铁23. HISme1t工艺简介及特点33 .1.工艺简介44 .2.主要特点45 .精选图表46 .结论5摘要HIsme1t熔融还原炼铁工艺以铁矿粉和煤粉作为原料，流程中不需要烧结、球团和焦化，与高炉炼铁流程相比具有降碳减排等优势。明晰能质流转过程对HISmeIt熔融还原炼铁实际生产具有指导意义。基于物料平衡、热平衡方程，对输入和输出H1Sme1t主反应器物质和能量进行平衡计算，建立能质流转模型，并结合FactSage中Equi1ib模块计算的各元素在渣铁两相间的质量分配比及实际生产数据

2、对其进行修正。该模型可以计算原料和燃料成分、矿煤质量比、二次燃烧率、热风氧含量等参数对铁水温度、炉渣成分、热风量、煤气量等主要冶炼指标的影响。其次依据该模型，进行了物料平衡、热平衡计算，依据实际生产数据对模型计算结果进行了验证，结果表明该模型与实际生产数据契合度较高。探究了矿煤质量比对冶炼的影响，矿煤质量比为1391.45时，矿煤质量比降低0.1,会使二次燃烧率降低0.23%,进而造成煤气化学能的利用率降低，同时需要更多的热风使煤粉燃烧，热风量和煤气产生量增加，可以通过适当提高热风氧含量以提高二次燃烧率并使煤气量降低来改善；矿煤质量比降低0.001,会使铁水温度升高3.760C,有利于铁水后续

3、的加工处理，但铁水温度升高使铁元素在铁液与渣中的比值降低，使炉渣FeO质量分数升高0.026%,增加铁损，可通过降低富氧热风喷吹量来降低铁的氧化量，从而降低铁损。关键词：能质流转；HIsme1t;熔融还原炉；二次燃烧率；矿煤质量比；炉渣铁含量1.引言2023年9月，中国在联合国大会上向世界郑重承诺了2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和的目标，把碳达峰、碳中和纳入生态文明建设整体布局。中国2023年粗钢产量超过10.6亿3约占世界总产量的56%,是世界上最大的钢铁生产及消费国。钢铁行业二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物、颗粒物排放总量在工业行业中均居前3位。在传统的高炉炼铁流程中，烧结、球团

4、、焦化所产生的CO2排放约占总CO2排放量的20%,因此钢铁行业中炼铁流程减排降耗势在必行。HIsme1t熔融还原炼铁工艺以铁矿粉和煤粉作为原料，流程中不需要烧结、球团和焦化，与高炉炼铁流程相比较，每吨粗钢可减少约41Okg的CO2排放。H1Sme1t工艺于2012年引入中国并实现稳定生产，具有广阔的发展前景。鉴于此，国内外学者对该工艺熔池模拟、炉渣特性、能源利用率以及材料寿命等问题开展了相关研究。然而从目前的研究现状来看，从系统角度对H1sme1t工艺的物料及能量流分析研究较少见诸报道。因此本文依据物料平衡、热平衡原理，建立能质流转模型研究H1Sme1t的熔融还原炼铁过程，旨在明析HISme

5、It熔融还原炼铁过程中能量、物料流转过程，进一步促进实际生产中操作参数的合理匹配。2. HISme1t熔融还原炼铁HIsme1t是一种直接熔融还原的炼铁工艺，是典型的一步法熔融还原工艺。该工艺可直接熔炼经预热处理的铁矿粉和其他适合的含铁原料，并喷吹煤粉作为系统的还原剂及热量来源。HIsme1t工艺流程图如下：与传统高炉工艺相比，HISmeIt工艺具有如下优势。(1)较低的投资成本由于HIsme1t不需要焦炉和烧结厂或球团厂，而且HIsme1t工艺中的许多设备和设施如热风炉、喷煤系统和电厂等都是高炉炼铁工艺常用的设施，因此工厂建设相对比较简单。此外，由于HISmeIt技术所使用的原料比较灵活，因

6、此无需大型原料配料场，极大降低了HISmeIt工厂的占地面积。(2)较低的操作成本由于不需要使用焦炭、烧结矿或球团炉料，可使用更便宜的铁矿粉和非焦煤，并且可直接喷吹工厂废料，因此可取消烧结和焦化厂，炼铁成本较低。(3)铁水质量好H1SmeIt工艺生产的铁水质量稳定，磷含量很低，基本不含硅，因此可进行少渣炼钢，获得更大的效益。(4)原料选用灵活度大HISmeIt工艺直接喷吹铁矿粉(V6mm)(也可以是钢厂细粒度废料和金属粉料、轧钢铁皮粉、经混合的返回料和其它铁料等卜(5)环保效益显著因取消焦炉、烧结球团工序环节，大大降低了因烧结、焦化带来的二恶英、吠喃、焦油和酚的污染排放。3. H1SmeIt工

7、艺简介及特点3. 1.工艺简介HISme1t是一种直接熔融还原的炼铁工艺，该工艺可直接熔炼经预热处理的铁矿粉和其他适合的含铁原料，并喷吹煤粉作为系统的还原剂及热量来源。相对传统的高炉炼铁工艺，HISmeIt熔融还原炼铁工艺省去了烧结及焦化两个环节，在同样产能下节省了大量的投资及运行成本，且这种工艺在生产过程中产生的大量蒸汽及富余煤气均可以用于发电，使其生产系统的能源利用效率很高，应用前景广阔。H1SmeIt工艺设施包括矿粉预热及喷吹系统、煤粉制备及喷吹系统、熔融还原炉(SRV炉)、热风炉、出铁场、渣处理及湿法除尘等系统，除矿粉预热、热矿喷吹系统与SRV炉体部分同传统高炉不同外，其他部分类似于传

8、统高炉，其工艺流程简图如下。4. 2.主要特点(1)工艺流程短、工厂建设相对简单、占地面积小。(2)操作简变、灵活，具有快速响应特性。(3)原料要求低、物料范围广，可使用低品质的矿粉和非焦煤。(4)铁水质量稳定、可生产低硅、低磷铁水。(5)环保优势明显，没有二次污染物排放，取消焦炉、烧结，基本遏制二恶英、映喃、焦油和酚的污染排放。4 .精选图表5 图2熔融还原炉结构示意6 .结论该能质流转模型与实际生产数据有较高的契合度，可用于计算渣铁成分、温度，以及热风量、煤气量等，并预测不同冶炼条件下的冶炼指标。(1)矿煤质量比降低会使二次燃烧率降低，降低煤气化学能的利用率。同时需要更多热风使煤粉燃烧，从而热风量和煤气产生量增加，可以通过适当提高热风氧含量以提高二次燃烧率并降低煤气总量来改善。(2)矿煤质量比降低会使铁水温度升高，有利于后续的加工处理，但铁水温度升高使铁元素在铁液与渣中的比值降低，使炉渣Feo含量升高，铁损增加，可通过降低富氧热风喷吹量来降低铁的氧化量，从而降低铁损。