高炉熔渣调质过程中的均质化行为研究

Aiming at the current situation of lower recovery sensible heat, large water consumption with environmental pollution and lower high value-added utilization ratio in water quench process, sensible heat can be used efficiently and high added value utilization of molten slag can also be realized by the direct fiber-forming process which is added appropriate iron tailings into blast furnace molten slag. The direct fiber-forming process can not realize the industrial application in molten slag treatment due to the lack of a lot of fundamental research on blast furnace molten slag homogenization and on-line temperature control. Therefore, this project adopts thermodynamic calculation, numerical simulation, physics simulation and hot-state experiment to confirm the match relation of iron tailings adding ration with thermal compensation and build the dynamic model of iron tailings dissolved in blast furnace slag, clarify the movement of solid-liquid two-phase flow and liquid-liquid two-phase flow in homogenization process and set up the inner link of physical parameters of blast furnace molten slag and iron tailings with homogenization. At last, this project aims to reveal the dissolution of iron tailings and homogenizing mechanism and solve the problem of on-line temperature control and worse uniformity of fiber, providing a theoretical and technical support for the direct fiber-forming process.

针对高炉渣水淬处理工艺中显热回收率低、水消耗量大且污染环境、高附加值利用率低的现状，利用高炉熔渣配加适量铁尾矿直接成纤工艺生产矿渣棉，可高效利用熔渣显热，同时实现高附加值利用。目前调质高炉熔渣直接成纤工艺之所以未实现工业化应用，主要是由于高炉熔渣均质化、在线温度控制等方面尚需进行大量的基础研究。因此本项目采用热力学计算、数值模拟、物理模拟、微观分析与热态试验相结合的方法，确定铁尾矿配加量与补偿热量之间的匹配关系，构建高炉熔渣中铁尾矿溶解的动力学模型，阐明均质化过程中固-液两相流与液-液两相流的运动特征，建立高炉熔渣、铁尾矿的物性参数与均质化的内在联系，从而揭示高炉熔渣中铁尾矿的溶解及均质化机理，解决调质过程中在线温度控制与纤维均匀性差的问题，为高炉熔渣直接成纤工艺提供理论与技术支撑。

针对高炉渣水淬处理工艺中显热回收率低、水消耗量大且污染环境、高附加值利用率低的现状，利用高炉熔渣配加适量铁尾矿直接成纤工艺生产矿渣棉，可高效利用熔渣显热，同时实现高附加值利用。目前调质高炉熔渣直接成纤工艺之所以未实现工业化应用，主要是由于高炉熔渣均质化、在线温度控制等方面尚需进行大量的基础研究。.本项目利用FactSage热力学软件计算，建立了铁尾矿配加量与补偿热量之间匹配关系；借助原位观察的方法，研究了各因素对高炉熔渣中铁尾矿溶解行为的影响规律，构建了铁尾矿溶解动力学的数学模型，绘制了动态化热量补偿图；采用Fluent数值模拟与PIV粒子成像测速仪物理模拟的相结合的方法，研究了高炉熔渣调质均质化过程中两相流的运动特征；通过高炉熔渣调质过程的均质化热态试验，获得了成分、粘度与电导率变化与均质化时间的关系，建立了熔渣温度、铁尾矿配比等因素与均质化的内在联系。.研究发现：熔渣温度每提高50℃，铁尾矿配比可提高1.5%左右。熔渣温度、粒度是影响SiO2溶解的关键因素；颗粒完全浸没在熔渣中，可提高溶解速率；搅拌强度、粒度是影响调质高炉熔渣均质化两个显著影响参数；铁尾矿在高炉熔渣中的均质化过程可分为四个阶段：固-液相均匀化阶段、固相蓄热阶段、固相溶解阶段、液-液相均质化阶段；铁水[Si]动态预报模型为高炉熔渣的温度并行SVM预测提供了理论及技术支撑；高炉熔渣调质-均质直接喷吹成纤中试试验，制得了纤维直径小于3μm，渣球含量低于2%，成棉率高于76%，优于国家标准。.该项目的研究成果解决了高炉熔渣在线温度控制、熔渣均质化等科学问题奠定了理论基础，为高炉熔渣直接成纤工艺的推广提供了理论及技术支撑。