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在综合分析铬铁矿利用现状和铬铁合金现行生产工艺的基础上,提出了用于铬铁矿还原的链篦机-回转窑+铁浴炉+煤气改质的二步三段式熔融还原工艺。 本工艺的大致流程为:利用铬铁矿粉与焦粉混合生产含碳铬铁球团,含碳铬铁球团首先在链篦机中被干燥、预热,然后在回转窑的高温环境下被还原成具有一定金属化率的金属化球团,最后将金属化球团热装入铁浴炉生产液态的铬铁合金。铁浴炉通过喷煤和吹氧来达到高温与还原性气氛,产生的煤气经煤气改质炉改质降温后送入回转窑中与过剩的空气混合燃烧来达到铬铁氧化物直接还原反应所需的高温。回转窑窑尾煤气全部进入链篦机中用于干燥和预热含碳铬铁生球团。 本文详细阐述了用于铬铁矿还原的链篦机-回转窑+铁浴炉+煤气改质的熔融还原工艺模型的原理及其建立步骤,使用Visual Basic语言完成了该模型的软件开发,并应用该模型软件进行了算例分析,对煤气改质以及总体工艺主要参数进行了讨论。 建立了煤气改质环节的物料平衡热平衡模型,并应用模型计算分析了荒煤气参数、改质煤气参数与改质消耗的关系。结果表明, (1)随着改质煤气目标氧化度的降低,相应的煤气平衡温度也随之降低,单位体积的煤气消耗的焦炭质量增加;随着待改质煤气氧化度的升高,改质到相同的氧化度时的煤气温度逐渐降低,同时,待改质煤气温度越高,改质后煤气温度也越高;随着待改质煤气中氧化性气体H2O含量的升高,改质后煤气温度逐渐升高; (2)随着改质煤气目标温度的降低,相应的的煤气平衡氧化度也随之降低,焦炭消耗量逐渐增加; (3)高温、低氧化度的待改质煤气改质到一定的温度与氧化度时,需要消耗焦炭和水;低温、高氧化度的待改质煤气改质到一定的温度与氧化度时,需要消耗焦炭和氧气。 建立了整体工艺的物料平衡热平衡模型,并应用模型计算分析了工艺操作参数与指标之间的关系。结果表明, (1)随着铁浴炉煤气氧化度的升高,铁浴炉的煤耗和氧耗均降低,产生的荒煤气量减小,进入回转窑中的煤气量增大,过剩煤气量减少,链篦机出口预热球团温度升高。 (2)随着铁浴炉煤气温度的升高,铁浴炉的煤耗与氧耗均增加,产生的荒煤气量增大,回转窑所需的煤气量基本不变,略有减少,过剩煤气量增大,在有煤气改质工序的条件下链篦机出口预热球团温度降低。 (3)随着预还原金属化率的升高,铁浴炉的煤耗和氧耗均降低,产生的荒煤气量逐渐减少,回转窑所需的煤气量增加,过剩煤气量减少,链篦机出口预热球团温度升高。 (4)预还原操作采用适当较低的预还原金属化率,终还原操作采用适当高的煤气氧化度和较低的煤气温度,有利于降低煤粉和氧气消耗,并有利于实现预还原和终还原的恰好匹配。附加煤气改质工序有利于进一步提高合理的炉顶煤气氧化度。铁浴炉煤气氧化度过高,不仅会造成终还原与预还原的不匹配,还会造成回转窑与链篦机中的热量分配不合理,预热球团温度过高。 在本文中所用的原料成分条件下,选择了一组最佳的操作条件:附加煤气改质工序,预还原金属化率MRFe=80%,MRCr=60%;铁浴炉煤气氧化度OD=0.5,温度T=1300℃。在该组操作条件下,工艺氧耗和煤耗最低,过剩煤气量最少,煤耗为422.5kg/tHM,氧耗为504.1Nm3/tHM,煤气改质焦炭消耗为78.6kg/tHM,过剩煤气量为547.2Nm3/tHM。 (6)利用过剩煤气发电制氧,能够有效地利用过剩煤气所携带的能量,是解决过剩煤气量过多问题的有效方法。