固体制剂对COREX竖炉炉料黏结的抑制行为及机理研究

It is a great difficulty to solve the shaft furnace burden clustering in the COREX process. In this project, the idea, that the inhibitor mainly made of high melting point oxides is added into the COREX shaft furnace to prevent the burden clustering, is proposed. Through the measuring technology of XRD, TEM, SEM, EDS, and mineralogy and reduction kinetics are used to study the solid solution characteristic between high melting point oxides and iron ore. Then the controlling of the solution best mechanism and the composition of solid preparation is explored. Through the phase composition and physical structure analysis of reduction products which are formed between different solid preparation and burden of COREX blast furnace, the inhibition of solid preparation on burden degradation and clustering are studied. And solid preparations, which are mainly made of high melting point oxides, are developed. Moreover, the behavior and inhibition mechanism of solid preparation are revealed. Through these studies in the project, theoretical foundation and technical support are provided to solve the problem of burden clustering.

预还原竖炉内炉料黏结是COREX炼铁工艺中的一个重大难题。本研究提出在COREX竖炉炉料中添加以高熔点氧化物为基料的固体制剂的思想，以抑制炉料在还原过程中黏结的产生。本项目拟综合运用矿物学、还原动力学等相关知识，辅以XRD、TEM、SEM、EDS、矿相显微分析系统等手段，在研究CaO、MgO等高熔点氧化物与COREX竖炉用含铁炉料间固溶特性基础上，探索控制固溶最佳机制和固体制剂的组成。通过对不同固体制剂与竖炉含铁炉料还原后产物的物相组成和物质结构分析，研究固体制剂对含铁炉料粉化和黏结的抑制作用，开发出以高熔点氧化物为基料的固体制剂，并揭示固体制剂在炉内的行为特征和抑制机理，为解决COREX工艺预还原竖炉炉料黏结提供理论基础与技术支撑。

为应对焦煤资源日益匮乏的现状，冶金工作者开发了很多用非焦煤替代焦炭或少量使用焦炭非高炉炼铁工艺，其中COREX是目前实现工业化且相对成熟的一种熔融还原炼铁技术，然而，COREX运行过程中，遇到了很多问题，如风口破损、炉料黏结、金属化率偏低、煤气流反窜等，其中竖炉内炉料黏结是COREX炼铁工艺中的一个重大难题。本项目通过对竖炉球团还原后的黏结指数和金属化率及其影响因素的系统研究，揭示了球团还原黏结行为和机理，为解决COREX竖炉炉料黏结的工艺问题提供理论借鉴，并较为系统地阐述了固体制剂的加入阶段、制备方法及组成等对抑制球团还原黏结的作用行为和机理，建立了竖炉内气流分布的三维稳态数学模型。研究表明球团还原过程中不断析出的金属铁原子以扩散的方式不断迁移到球团表面，形成层状和晶须状的铁，在高温的作用下，不断黏结在一起，球团黏结属于金属铁原子以扩散方式相互渗透的固相黏结。以高熔点氧化物为基体的固体制剂以涂层方式加入熟球团表面，涂层相当于在球团表面形成了一层致密“壳”状结构，还原过程中抑制剂颗粒弥散在析出铁原子之间，降低了析出铁原子的浓度和铁原子扩散的速度，虽然降低了黏结指数，但是降低了金属化率，不是有效的固体抑制剂。鉴于此，开发了一种“高熔点氧化物+高温可燃物”的固体制剂用的抑制球团还原黏结，该固体制剂在高温的作用下燃烧，产生大量的气孔，形成了“蜂窝壳”状的结构，既抑制了黏结，又不影响球团的还原金属化率，为解决COREX工艺预还原竖炉炉料黏结提供了理论基础与技术支撑。通过本项目的研究，共发表和录用学术论文8篇，其中SCI、EI收录3篇，中文核心期刊2篇，会议论文3篇；申请专利5项，授权3项，培养硕士研究生、本科生5人；学术成果、人才培养等均超过了项目的预期目标。