用H_2-CO气态还原铁矿团块过程中氢的有效利用.pdfVIP

2014年第 1期 现 代 冶 金 用 H2一CO气态还原铁矿团块过程 中氢的有效利用 (日本)USUITateo等 摘 要：炼铁过程中氢的有效利用是钢厂降低排放量的重要措施之一。为讨论炼铁领域 的CO 减排 ，这里介绍如 下由本文作者进行的四个基本工作 ：(1)水煤气变换反应对于 H：一CO混合气体还原氧化铁粉填充床的影响；(2) 向高炉炉身下部喷入氢气的基本实验 ；(3)整个铁预熔融还原过程中干馏煤气对氧化铁的预还原；(4)焦中残留挥 发物质，尤其是氢气，对含碳球团中氧化铁还原的影响。(5)通过质量和热量平衡模型，还评估和讨论了向高炉喷 人氢气对其操作条件的影响，结果表明氢气喷吹使碳耗和供热都降低。 关键词：炼铁 ；高炉；铁矿团块；含碳球团；氢还原；熔融还原；预还原，干馏煤气 充床，研究不同H：一CO比率以及检验水煤气转换 1 前言 反应对于还原率的影响。 在钢铁工业中控制 CO 的排放是个严峻的问 2．2 实验 题，尤其是在高炉制铁的过程中，降低 CO：的产生 实验设备主要是 由SiC电阻炉和带有铂铑热电 是环保的强烈要求。在钢联企业如何使用好 H 是 偶的 PID控制器组成 。炉 中温度控制在 1059～ 低碳经济的一种新方法。氢气和碳作为还原剂的主 1189K，其变化幅度不超过 ±2．5K。反应器为莫 要不同是每 1mol氢气和碳可以结合铁氧化物中的 来石管(25mm外径，20mm内径，1000mm长度)。 氧的摩尔数不同。1mol氢仅仅带走 1mol氧，而碳 将大约30g赤铁矿粉作为还原剂置于反应器中，填 可以几乎是两mol氧；而且在高炉中，碳可以在风 口 充床密度大约是 1g／cm 。陶瓷棉置于试样的上部 前生成高温的CO，而后上行进入低温区还原铁矿 和下部。将试样加热到实验温度，大约 1093K，在 石。另一方面，氢只是有还原作用，在高温情况下， 此温度下，H：和 CO还原能力相同。在氩气或氮气 CO比H 还原能力强。 气氛 中，H 和 CO 分别 以恒 定速 度 124和 76cm ／min通入反应器 中将试样还原成浮士体 。在 2 水煤气转换反应对用H 一CO混合气体还原氧 试样完全被还原为浮士体后，H，和CO按一定比例 化铁粉填充床的影响 混合后通入。为 防止发生析碳反应，CO 以 2．1 前 言 20em ／min~人 。反应生成的水蒸气 由铜管导人冷 用 CO还原浮士体其反应如下： 凝器，铜管上绕有可以保持其温度在 383K以上的 (1／1．05)FeO㈨5(S)+CO(g)=(1／1．05)Fe 带状保温器。冷却水在量筒中称量，每 5min称量 (S)+CO (g) (1) 一 次。残留水蒸气导入硫酸中，用质谱分析生成气 当少量 H 加入还原气体 中，这个反应可能更 体成分 ，分析出H 、CO、CO：的分压 。通过收集的 易正向进行，这是因为 H 有高的还原速率以及反 水和气体分压可以计算出还原率。 应过程伴有水煤气转换反应。 2．3 结果和讨论 (1／1．05)FeO105(S)+H2=(1／1．05)Fe(S)+ 2．3．1 用H 一CO混合气体还原浮土体 HO(g) (2) 图1显示 了在 1093K分别用 H 、CO以及 H2O+CO(