难冶高铁铝土矿渣铁浴多段喷吹氧化区还原区分离机理

作     者：张冰谦 

作者单位：太原科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：何奕波

授予年度：2024年

学科分类：080602[工学-钢铁冶金] 08[工学] 0806[工学-冶金工程] 

主      题：铁浴熔融还原炉 多段侧吹 喷溅 温度场 数值模拟 

摘      要：在高品质铁矿石资源日渐衰竭的情况下,对低品质矿石资源的开发和利用十分重要,已探明高铁铝土矿在使用铁浴熔融还原法时表现出较好的铁铝分离。在熔炼过程中,高铁铝土矿表现为高铝渣的形态,因此对高铝渣与铁浴反应器适配的黏度特性和物性参数进行了研究,并对其成分进行优化。同时,对铁浴反应器中喷枪参数对流场以及温度场进行研究,从而探索出冶炼需求的最佳参数。 通过对高铝渣物相和黏度特性分析,得出最佳参数为C/A=1.4,w（MgO）=0%,此时凝固物相组成为w（C2S）=55.785%、w（CA）=31.048%、w（C3A）=13.168%,黏度在1550～1450°C温度下为0.16～0.29Pa·S,固相开始析出的温度在1450℃。为数值模拟熔池的喷溅以及温度场提供了基础。 通过数值模拟的方法研究了双层侧枪在不同枪位高度（低枪位,中枪位、高枪位）和不同流速下（1m/s、5m/s、10m/s）条件下对熔池中流场情况的影响。通过对喷枪不同高度的研究,发现枪位的上移对喷溅高度影响不大,但会使搅拌深度变浅,不利于熔池换热,在低枪位时的工况最佳。喷吹速度最适宜的值在5m/s,此时大量气泡在液体表面聚集,有一个活跃的气液界面,同时伴有适中的喷溅。这种现象有助于熔渣与上层空间的传热以及对铁浴反应器内熔池中渣的搅拌。 在最佳的下枪和中枪高度以及喷吹速度的基础上,依次从上枪高度、角度和深度对熔池的影响进行研究,首先确定上枪高度,其次在适宜的上枪高度上对上枪深度和角度进行分析,找出了对熔池中流场和温度场的最优的工况。在上枪距离液面600mm、与水平夹角50°、水平插入深度1800mm时,熔池中的低速区占比最小,有利于熔池的搅拌。上枪枪位持续上移时,熔池中的低温区域先变小后扩大。枪位太低时,热量集中在较小的区域,只增加了某个区域局部温度,传热效果无法达到最佳;枪位过高时,热量必须穿过更多的空间,会增加热能的散失,导致热效率降低,使得熔池底部和边缘部位的温度下降,形成更大的低温区。最适宜的上枪高度为距离液面600mm处,此时低温区占比最低。研究喷枪角度和深度对温度场的影响时,上枪角度和深度分别为50°和900mm,低温区占比最低,为最适宜的条件。