高反应性铁焦的生产与高炉冶炼应用基础

《鄂西典型高磷赤铁矿综合开发利用技术及示范》"的研究结果表明，鄂西铁精矿造块后可用于高炉冶炼，但用量受限。提出在炼焦配煤中加入鄂西铁精矿生产高反应性铁焦，将其与铁矿石混装入炉代替部分常规焦炭，可降低焦比、燃料比和生铁成本，达到合理利用低品质煤炭与铁矿石资源的目的。研究内容：1）鄂西铁精矿的化学成分、矿相结构与软熔性能；2）鄂西矿配比对配合煤的粘结性、结焦过程及铁焦性质的影响；3）低品质年轻炼焦煤配比对铁焦性质的影响；４）入炉煤堆积密度、炼焦速度、炼焦温度、焖炉时间等工艺条件对铁焦性质的影响；5）铁焦性质预测数学模型；6）铁焦气化反应机理；7）铁焦气化与铁矿石还原耦合反应机理；8）铁焦与铁矿石混合物的初渣形成过程及铁矿石还原动力学；9）建立全高炉数学模型，解析铁焦的用量及粒度、与铁矿石的混合条件等对高炉过程及生产指标的影响；（9）提出合理的铁焦性能指标及相应的铁焦生产与高炉冶炼工艺。

从维持高炉顺行的角度，要求焦炭有较高的热强度，喷煤比越高对焦炭热强度的要求也越高；但从能量利用的角度则希望焦炭的反应性较高，因此，高炉生产对焦炭质量的要求是双高。所谓铁焦，系向炼焦配煤中添加一定比例的铁矿石，经过炭化制得的一种含金属铁的特殊焦炭。铁焦的反应性明显高于普通焦炭，但因为铁矿石是一种惰性物质，它的添加会使配煤的结焦性变差，因此希望通过控制铁矿石添加量和优化配煤、炼焦工艺方案，获得冷强度和热强度都满足高炉生产实际要求的铁焦。. 本项目的研究内容主要包括：1）鄂西矿配比对配合煤的粘结性、结焦过程及铁焦性质的影响；2）气煤、气肥煤、长焰煤等低品质年轻炼焦煤配比对铁焦性质的影响；3）入炉煤堆积密度、炼焦速度、炼焦温度、焖炉时间等工艺条件对铁焦性质的影响；4）开发铁焦性能预测数学模型；5）铁焦气化反应机理的实验研究；6）耦合反应条件下铁焦气化反应动力学和铁矿石还原反应动力学的研究；7）铁焦与铁矿石混合物的初渣形成过程的实验研究；8）建立全高炉数学模型，解析铁焦用量等对高炉过程及生产指标的影响；9）通过铁焦性能预测模型和高炉数学模型的数值计算和综合分析，提出合理的铁焦性能指标及相应的铁焦生产工艺与高炉冶炼工艺的初步方案。. 本研究的重要结果包括：1）在5kg实验室焦炉上生产出冷强度基本满足高炉生产要求，热性能指标超过日本工业焦炉所产铁焦的铁焦试样，同时还确定了相应的铁矿石配加方案与炼焦工艺条件；2）建立了铁焦强度预测数学模型，为针对铁焦性能目标值制定合理的生产工艺提供了一个有用工具；3）通过铁焦气化反应动力学的研究，阐明了不同温度、不同气氛条件下的反应速率控制环节；4）试验研究了烧结矿、球团矿和铁焦混装条件下的铁矿石还原和铁焦气化的耦合反应，证实了铁焦对矿石还原的促进作用；5）进行了高炉配矿和铁焦混装条件下的高炉初渣形成过程试验研究，发现铁焦与铁矿石混合能够大幅度改善软熔带的透气性；6）建立了全高炉数学模型，通过模拟计算发现用铁焦代替传统焦炭，能够降低热保存区温度，达到提高高炉产量和降低燃料比的效果；7）提出了铁焦性能指标、铁焦生产工艺和高炉使用铁焦的初步方案，建议进行工业性试验，推动铁焦技术的发展。