厚渣层铁浴熔融还原的物理模拟研究

摘要

厚渣层铁浴熔融还原法是一种通过增加渣层厚度来延长炉料与熔池还原区域的接触时间并使反应器的氧化区与还原区隔离，从而提高铁氧化物的还原效率并降低煤耗的熔融还原工艺。
　　本文以铁铝共生矿的熔融还原流程为例，对该流程的预还原单元、终还原单元以及煤气改质单元进行了物料平衡与热平衡的计算，并以物料衡算的结果为依据设计应用于该工艺流程的厚渣层铁浴熔融还原反应器。根据厚渣层冶炼的特点，该反应器共设计了上、中、下三层侧吹喷枪和可变换不同布置方式的底吹系统;另外，本文以相似原理为理论依据建立了相应的物理模型，对该模型内流体的混合特性进行了物理模拟研究。本实验以正交试验的方式考察了在多种喷吹布置下侧枪的操作参数对熔池混匀时间的影响规律，并通过极差分析和方差分析得到了各喷吹布置下的最佳工艺组合。
　　通过对上述内容的研究，得到如下主要结论:
　　(1)当喷吹布置为纯侧吹时，混匀时间随着中枪角度、中枪水平插入深度和下枪角度的增加而减小，随着下枪水平插入深度的增加混匀时间出现先减小后增大的趋势。
　　(2)当喷吹布置加入单孔底吹后，中枪角度、深度以及下枪角度的极差值与纯侧吹相比都明显减小，其中中枪角度与深度对混匀时间的影响相对较弱;同时由于下枪喷吹流量的减小，下枪插入深度的极差值显著增加。
　　(3)在多孔底吹布置中，双孔底吹的混匀时间总体上要小于四孔底吹的混匀时间;当底枪喷嘴数目相同时，非对称条件下的混匀时间总体上要小于对称条件下的混匀时间。
　　(4)对比实验中六种喷吹布置下最优工艺组合所对应的混匀时间，确定最佳喷吹布置为双孔非对称底吹，对应的侧枪参数为中枪角度50°、中枪水平插入深度180mm、下枪角度50°、下枪水平插入深度180mm，其混匀时间平均值为9.7s。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 熔融还原发展背景

1．2 熔融还原的发展状况

1．3 铁浴熔融还原炉的基本工作原理

1．4 国内外铁浴熔融还原的研究情况

1．4．1 国内铁浴熔融还原的研究情况

1．4．2 国外铁浴熔融还原的研究情况

1．5 课题研究意义、目的与内容

第2章 厚渣层铁浴熔融还原工艺物料平衡与热平衡的计算模型

2．1 预还原过程物料平衡与热平衡计算

2．1．1 平衡计算的初始数据

2．1．2 主要计算步骤

2．1．3 平衡计算结果

2．2 铁浴熔融还原炉物料平衡与热平衡计算

2．2．1 平衡计算的初始数据

2．2．2 平衡计算步骤

2．2．3 平衡计算结果

2．3 煤气改质系统的物料平衡与热平衡计算

2．3．1 煤气改质的方式

2．3．2 平衡计算结果

2．4 转炉物料平衡与热平衡计算

2．4．1 计算初始数据

2．4．2 平衡计算结果

2．5 本章小结

第3章 铁浴反应器物理模型的建立

3．1 相似原理概述

3．2 铁浴熔融还原反应器的设计

3．3 实验参数的确定

3．3．1 渣、铁物性参数确定

3．3．2 实验操作参数确定

第4章 反应器模型混匀时间的测定

4．1 混匀时间的测定方法

4．1．1 熔渣模拟物质的修改

4．1．2 实验气体流量的修正

4．1．3 实验方法及步骤

4．1．4 正交试验设计表

4．2 不同喷吹布置下混匀时间的测定

4．2．1 纯侧吹条件下喷枪参数对混匀时间的影响

4．2．2 单孔底吹条件下喷枪参数对混匀时间的影响

4．2．3 双孔对称底吹条件下喷枪参数对混匀时间的影响

4．2．4 双孔非对称底吹条件下喷枪参数对混匀时间的影响

4．2．5 四孔对称底吹条件下喷枪参数对混匀时间的影响

4．2．6 四孔非对称底吹条件下喷枪参数对混匀时间的影响

4．3 多种喷吹布置条件的比较

4．3．1 单孔底吹与纯侧吹条件的比较

4．3．2 多孔底吹布置条件的比较

4．3．3 最优工艺组合的比较

4．4 本章小结

第5章 结论

参考文献

致谢