流态化炼铁工艺冷态实验的设计与研究.pdfVIP

第十三届(2009年)冶金反应工程学会议论文集 流态化炼铁工艺冷态实验的设计与研究 燕云，李强，邹宗树 东北大学材料与冶金学院110004 摘要：作为一种正在开发中的工艺，应用流化床还原铁矿粉既具有流程简单、环境友 好、不需要烧结焦化等环节、摆脱焦煤制约等非高炉炼铁的共同特点，又具备可直接使 用粒度小、储量大、价格低廉铁矿粉资源的独特优势，其经济性和生态性不言而喻。尤 其是在重视环保、铁矿石块矿持续涨价而且焦煤资源急剧减少的当代，流化床还原铁矿 粉工艺的优势越发突出。本设计就是对这类炼铁工艺的实验探索。通过对目前流化床还 原铁矿粉一些主要工艺的了解，结合别人在流态化方面的一些理论的经验设计出符合本 实验研究要求的实验设备，进行一些基础的流化床还原铁矿粉的冷态实验，为后续的研 究和实验起到一定得参考作用。 关键词：非高炉炼铁，流态化，冷态实验，模型 l前言 高炉炼铁法是目前生产钢铁的主要方法。经过长期的发展，高炉炼铁技术已经非常 成熟，单体设备生产能力大，消耗低，铁水质量较好，其主导地位预计在相当长时期内 不会改变。但是高炉炼铁法本身存在着许多固有的缺点，最主要的是对冶金焦的强烈依 赖，此外还有对环境污染大、无法直接使用廉价而且储量巨大的粉矿作为原料等。流化 床炼铁工艺采用粉矿原料、铁矿粉单体颗粒在高温还原气流中进行还原，粉矿不必造块、 还原速度快，在还原机理上是气基法中最合理的工艺方法，因而在直接还原开发和发展 的过程备受关注fl】。尽管国外流化床炼铁工艺已经较成功地实现工业规模生产，却仍然 存在诸多问题；我国在该领域的研究工作起步较晚，涉及内容还不充分、全面。本工作 在前人工作的基础上，进行流态化参数的计算、流化床还原铁矿粉冷态模型的设计以及 流化床冷态模拟实验。 2实验装置与方法 2．1流态化参数的计算 为了使用流化床反应器作为铁矿粉的还原设备，就要研究清楚反应器内部物料的流 动规律，然后依据具体的用途，进行反应器的研究与设计；同时由于流态化参数以及反 -566． 第十三届(2009年)冶金反应工程学会议论文集 应器尺寸对铁矿粉还原的热力学、动力学方面有一定的影响，因此在建立热力学工艺模 型和动力学模型之前迫切需要对流化床本体以及流态化参数进行相应的设计工作。 2．1．1临界流化速度 临界气速Umf是指床层开始流态化时的气体速度，此时气体对料层向上的摩擦力等于 料层的质量。临界气速是流态化操作流速的下限值，低于该流速，床层将失去流态化。 临界流态化速度有过许多实际测定和分析研究，建立了许多经验和半经验关联式。 Yu方程，适用于全雷诺数范围，其标准误差为4-34％[21。 驴掣 ＆一。 ”珂=掣】； Re形1。。。(2) 驴m36c费2…，掣正筹④ 其中，g为重力加速度；p为密度；∥为粘度；ReIIlf为临界雷诺数：下标P和g分别代表 颗粒和气体。 2．1．2终端速度 颗粒的终端速度矾，亦称最大流化速度，高于此速度，颗粒物料将被带出流化床层， 流态化操作将难于维持。 对于散式流态化，颗粒的终端吹出速度接近自由沉降速度；而对于聚式流态化，情 况将较为复杂，主要与粒度有关。在经典流态化范畴里，一般将其终端吹出速度认定为 颗粒的自由沉降速度。不同的雷诺数范围内颗粒的地采用不同的公式‘31计算： Re，0．4 (4) 蓍 0．4Ref500(5) “，=【3．Idming(pp-pg)]； pg 其中，dmm为具有代表性的最小粒径；Ret为终端雷诺数。 第十三届(2009年)冶金反应工程学会议论文集 2．1．3．床层空隙度 床层空隙率是流化床一个重要的参数，是了解床内颗粒含量、气体速度、床