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、Hlsmelt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. HlSmelt熔融还原炼铁23. HISmelt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HIsmelt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HlSmelt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Equilib模块计算的各元素在渣铁两相间的质量分配 比

2、及实际生产数据对其进行修正。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1.391.45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

3、升高3.76 0C,有利于铁水后续的加工处理，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；HIsmelt;熔融还原炉；二次燃烧率；矿煤质量比；炉渣铁含量1.引言2020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2020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

4、业中均居前3位。在传统的高炉炼铁流程中，烧结、球 团、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。HIsmelt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。HlSmelt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Hlsmelt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

5、质流转模型研究HlSmelt的熔融还原炼铁过程， 旨在明析HISmeIt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. HISmelt熔融还原炼铁HIsmelt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。HIsmelt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HIsmelt不需要焦炉和烧结厂或球团厂，而且HIsmelt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

6、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 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HlSmeIt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

7、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. HlSmeIt工艺简介及特点3. 1.工艺简介HISmelt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。HlSmeIt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

8、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 .精选图表图2熔融还原炉结构示意5 .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。