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绿色低碳炼铁技术展望

2017年09月19日 11:03 耐火材料网 zr/文

导读:高炉炼铁需要配套建设烧结(或球团)与炼焦工序,整个生产工艺流程长、能耗高、污染排放大,加之焦煤资源的短缺,使得钢铁行业成为当前资源环境约束条件下常常被诟病的产业之一。因此长期以来,发展绿色低碳炼铁工艺,一直都是钢铁工业技术创新与突破的重要课题。

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    炼铁是钢铁生产流程中重要的一环,目前主要有高炉法、直接还原法、熔融还原法和等离子法等。由于具有工艺简单、劳动生产率高和综合经济指标良好等优点,可以实现大规模、低成本生产,因此高炉炼铁是当前最主要的炼铁工艺。

    但是,高炉炼铁需要配套建设烧结( 或球团)与炼焦工序,整个生产工艺流程长、能耗高、污染排放大,加之焦煤资源的短缺,使得钢铁行业成为当前资源环境约束条件下常常被诟病的产业之一。因此长期以来,发展绿色低碳炼铁工艺,一直都是钢铁工业技术创新与突破的重要课题。

      从化学反应的角度来说,无论是烧结( 或球团) 过程还是炼焦过程,或是高炉炼铁过程,都属于典型的非均相化学反应过程。研究化学反应过程,最为关注的是其化学反应速率和反应机理。冶金过程动力学,就是研究冶金过程( 包括冶金反应及物理过程) 的速度及其机理,从而提高冶金过程的冶炼强度、缩短冶炼时间、提高冶金产品质量、促进冶金工业自动化、探讨和开发冶金新技术及新流程的重要手段。文章从介绍流固非均相反应机理及其反应器模型入手,简要分析当前几种炼铁工艺技术的不足,并对开展绿色低碳炼铁工艺技术研究的方向进行展望。

1 流固非均相反应机理及其反应器模型

1. 1 非均相反应机理

    非均相反应过程,又称多相反应过程,是指反应物系包含两个或更多个相的反应过程。对于有固相参与的流固非均相反应过程,其反应机理可按非均相反应动力学理论进行研究。为简单计,先以固体颗粒大小不变且无相变的气固反应模型进行分析。气固无相变反应过程通常包括以下7 个基本步骤:

( 1) 气体反应物从气相主体扩散到固体颗粒外表面;

( 2) 气体反应物经颗粒内微孔扩散到颗粒内表面;

( 3) 气体反应物被颗粒内微孔表面吸附;

( 4) 气固两相在颗粒内微孔表面上发生反应;

( 5) 反应产物从颗粒内微孔表面脱附;

( 6) 反应产物经颗粒内微孔扩散到颗粒外表面;

( 7) 反应产物由颗粒外表面扩散返回气流主体。

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