基于提升炉内反应效率的高炉炼铁革新工艺基础研究

传统高炉炼铁工艺的"节能减排"潜力已很有限。作为前沿研究，欧盟、日本已分别着手基于全氧炼铁、矿煤团块炼铁的高炉革新工艺开发。结合我国国情，本申请项目首次提出基于提升炉内反应效率的高炉革新工艺方案，其技术思想是通过炉内不同形式还原反应的区域调控来优化含铁炉料的还原过程，并通过加快含铁炉料熔融速率来减轻软熔带焦炭的透气通道负荷，以此提升炉内反应效率。为此，本研究拟通过深入研究炉内铁矿石的还原理论和渣铁熔融机理，揭示适度发展炉身热保存带Boudouard反应的"造气"和"降温"效应及其对提高炉身块状带矿石金属化率的影响规律，解明炉内含铁炉料熔融特性的影响因素及其对软熔带厚度的影响规律，以奠定本高炉革新工艺的理论基础。同时，针对本研究提出的基于"减小矿石/焦炭间接触距离"的优化布料以及基于"高、低反应性焦炭共用"的优化配焦，进行其作用机理、影响因素等的研究，建立支撑本高炉革新工艺的关键技术方法。

传统高炉炼铁工艺的节能减排潜力已很有限，作为前沿研究，欧盟、日本已分别着手基于全氧炼铁、矿煤团块炼铁的高炉革新工艺开发。因此，结合我国国情，本申请项目首次提出基于提升炉内反应效率的高炉革新工艺方案。.本项目的技术思想是通过炉内不同形式还原反应的区域调控来优化含铁炉料的还原过程，并通过加快含铁炉料熔融速率来减轻软熔带焦炭的透气通道负荷，以此提升炉内反应效率。研究内容包括四方面：改善高炉反应效率的理论基础研究；炉身矿石/焦炭间反应的耦合效应研究；优化配焦原理及方法的研究；高炉炼铁革新工艺的数学建模研究。取得的主要研究结果如下：.①理论分析表明，在高炉冶炼中配加部分高反应性焦炭，可提升炉身的CO相对浓度，降低炉身温度，促进炉身部位矿石的间接还原，并且随着高反应性焦炭配加量增大，炉身反应效率、理论节焦量均呈升高趋势。.②高反应性焦炭可以促进炉身部位铁矿石的还原，并且可以通过矿石与焦炭分层布料、降低料层厚度、采用适宜的矿焦粒度等方式促进炉身矿石还原反应与焦炭气化反应间的耦合效应。.③在高反应性焦炭配比一定条件下，对比分层布焦方式、中心加焦边缘分层布焦方式和三明治布焦方式，分层布焦方式有利于增大矿焦接触面，因此对矿石还原的促进效果最为显著，高炉使用高反应性焦炭宜采用分层方式进行布焦。.④提高焦炭反应性，炉料的软熔温度区间变宽，熔融温度区间和滴落温度区间变窄，熔融层和滴落层的压差大幅度降低。此外，使用高反应性焦炭使炉身矿石还原度提高，有助于进一步降低炉料软熔温度区间的料柱压差，因此高炉使用高反应性焦炭能改善软熔带的透气、透液性。.⑤在上述研究基础上，将研究成果实践于宝钢不锈钢事业部炼铁厂的750m3高炉。通过提高宝钢不锈钢高炉中反应性较高的小块焦使用比例，燃料比呈现降低趋势，使用1kg小块焦可降低燃料比0.62kg/t。另外，宝钢不锈钢高炉的高反应性焦炭生产实践表明，每10%高反应性焦炭吴泾焦的使用可降低燃料比1.02kg/t。 .上述研究探明了高炉内铁的直接还原区域分布，解明了炉身热保存带中铁氧化物还原与碳气化反应的耦合效应，建立了高反应性焦炭优化配置的方法。在解决上述关键科学问题的基础上，证实了本项目提出的基于提升炉内反应效率的高炉炼铁革新工艺原理的正确性和工艺实施的可行性，有助于推动传统高炉炼铁流程的节能减排，拓展高炉用焦炭的资源范围，因此有很强的现实意义和良好的应用前景。