1 概述 1
1.1 直接还原技术的现状及发展 1
1.1.1 世界直接还原技术的现状及发展 1
1.1.2 我国直接还原技术的现状及发展 3
1.2 典型的气基竖炉直接还原工艺 5
1.2.1 MIDREX工艺 5
1.2.2 HYL-Ⅲ工艺 5
2 气基竖炉直接还原机理 8
2.1 气基竖炉直接还原反应的热力学规律 8
2.1.1 铁氧化物的稳定性 8
2.1.2 还原气平衡组分 10
2.1.3 还原气热力学利用率分析 12
2.2 铁矿石球团气基直接还原动力学机理 15
2.2.1 还原过程组成环节 15
2.2.2 还原过程数学模型的选择 16
2.2.3 单界面未反应核模型 17
3 气基直接还原物料平衡及能量利用分析 20
3.1 直接还原竖炉物料平衡热平衡计算模型 20
3.1.1 工艺参数 21
3.1.2 还原气需求量计算 23
3.1.3 物料平衡及热平衡计算 25
3.2 物料平衡及热平衡计算结果对比分析 30
3.2.1 计算结果与MIDREX生产数据对比 30
3.2.2 H2/CO的影响 30
3.2.3 N2含量的影响 32
3.2.4 CH4含量的影响 33
3.2.5 还原气温度的影响 36
3.2.6 物料温度的影响 38
3.3 还原气利用率及最低能耗对比 39
4 气基竖炉直接还原实验研究 43
4.1 球团矿还原膨胀标准检测方法 43
4.2 还原膨胀实验方法 44
4.2.1 实验原料 45
4.2.2 实验设备 45
4.2.3 实验条件 46
4.2.4 实验方法及步骤 47
4.3 实验结果及讨论 50
4.3.1 动态模拟实验和ISO 4698标准实验检测结果 50
4.3.2 恒温升温条件下还原结果 51
4.3.3 还原过程显微形貌变化 53
4.3.4 动力学分析 55
4.3.5 还原膨胀分析 58
5 气基直接还原竖炉炉型设计及仿真 62
5.1 气基直接还原竖炉 62
5.2 炉型参数及其确定方法 63
5.2.1 合理炉型的定义 63
5.2.2 竖炉炉型参数间的制约关系及影响因素 64
5.3 设计范例 67
5.4 还原段必要还原时间的确定 68
5.5 还原段物料传输模拟及其高度确定 68
5.5.1 颗粒离散元素法 69
5.5.2 仿真模型的建立 70
5.5.3 模拟结果及分析 71
5.5.4 还原段高度的确定 77
5.6 竖炉还原段内型曲线的确定 78
5.6.1 内型曲线的确定方法 78
5.6.2 实验结果的应用 79
5.6.3 内型曲线的拟合与确定 81
6 气基竖炉内流场数值模拟研究 84
6.1 气基直接还原竖炉内流场数学模型的建立 84
6.1.1 模型建立 84
6.1.2 基本假设 85
6.1.3 控制方程 85
6.2 气基竖炉流场分布的影响因素 87
6.2.1 炉顶压强对流场影响 87
6.2.2 炉顶气出口大小对流场影响 90
6.2.3 还原气通入量对流场的影响 91
6.2.4 还原气温度对流场的影响 95
6.2.5 支管数量对流场影响 98
6.3 气基直接还原竖炉内的流场优化 99
6.3.1 合理的气流分布 99
6.3.2 基于响应面多个因素对流场的影响分析 100
6.3.3 基于遗传算法气基竖炉流场优化 103
7 气基直接还原竖炉布料过程仿真分析 111
7.1 离散单元法 111
7.2 模型仿真 114
7.2.1 挡板布料器 115
7.2.2 溜槽布料器 120
7.3 结果与分析 122
7.3.1 布料器挡板角度 122
7.3.2 挡板布料器料线高度 124
7.3.3 挡板布料器颗粒质量比 126
7.3.4 溜槽布料器溜槽角度 127
7.3.5 溜槽布料器料线高度 129
7.3.6 溜槽布料器颗粒质量比 130
8 直接还原热送工艺流程及装备 132
8.1 保温输送设备概述 132
8.1.1 普通机械输送系统 133
8.1.2 气力输送系统 133
8.1.3 热输送系统 134
8.1.4 热送系统的工艺要求 134
8.2 输送斗物料输送系统 135
8.2.1 密封系统 135
8.2.2 设计目标和参数 137
8.2.3 物料输送斗的结构 137
8.2.4 系统总体输送参数 139
8.3 物料输送斗 139
8.3.1 物料输送斗的隔热层 140
8.3.2 料斗隔热层的仿真分析 140
8.3.3 硅酸铝板厚度 141
8.3.4 料斗保温试验 142
8.4 气体密封仓 145
8.4.1 密封仓内气体 145
8.4.2 氮气仓外罩材料 145
8.4.3 氮气仓外罩温度场 146
8.4.4 氮气仓外罩厚度 149
8.4.5 氮气仓内压强 149
8.5 输送系统中的密封 154
8.5.1 传输链与保温罩之间的密封设备 154
8.5.2 板簧密封原理 155
8.5.3 板簧压力 156
8.5.4 板簧温度场 157
8.5.5 中间仓的密封研究 158
8.6 高温保温螺旋输送机 160
8.6.1 结构组成 160
8.6.2 保温原理 161
参考文献 163