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高炉初渣的关键热力学性质及物相结构演变的动力学解析

批准号:
52074074
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
姜鑫
依托单位:
学科分类:
钢铁冶金
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
姜鑫

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
通过炉料性能控制软熔带性质,可改善高炉透气性、降低能耗和CO2排放,是炼铁领域面临的必须解决的技术难题和社会问题。根据国家自然科学基金“十三五”发展规划中的三项优先发展领域:低碳炼铁、冶金关键物化数据、选冶过程物相结构演变,申请人结合高炉炼铁工艺提出一个新思想:即关于软熔带的研究应当进入全新的第四阶段。基于此,申请人提炼出复杂炉料软熔滴落性能中的基本科学问题,针对CaO-SiO2-MgO-Al2O3-FeO渣系的关键热力学性质及物相结构演变行为展开研究。主要内容包括:(1)新方法:建立高温物性特征参数的评估方法和实验范式;(2)新数据:丰富了目前缺乏的高炉初渣的关键物化数据;(3)新思路:建立雪崩动力学模型,对高炉初渣的形成及物相结构演变行为进行动力学解析;(4)新理论:建立原始创新的高炉炉料软熔滴落性能理论体系。通过以上原创性研究,力求促进炼铁技术的进步,实现低碳绿色炼铁。
英文摘要
The improvement of cohesive zone can improve the permeability in blast furnace (BF), increase the productivity of hot metal and utilization of carbon, and consequently reduce the energy consumption and CO2 emission. Therefore, the reasonable controlling of cohesive zone by burden has become a key problem in ironmaking field, and also become a social issue. Based on three priority areas in "13th Five-Year" development planning of the National Science Foundation of China, "low carbon ironmaking", "key metallurgical thermodynamic data" and "phase transformation in mining-metallurgy process", a new idea was proposed by the applicants. The research on cohesive zone should be in a new era: the fourth stage. Therefore, a basic scientific project was proposed in the present work. The key thermodynamic properties and kinetic phase transformation in CaO-SiO2-MgO-Al2O3-FeO system will be investigated. The main research contents include, (1) new methods: establish the evaluation methods and experimental procedure on high-temperature properties of burden. (2) New data: the key thermodynamic data of primary slag in BF can be obtained, which are lack so far. (3) New principle: build avalanche dynamics model to better understand the behavior of phase transformation in primary slag. (4) New theory: the theoretical system on softening-melting-dripping of burden in cohesive zone of BF will be built. Therefore, the ironmaking technology may be improved by the above innovative research contents, and eventually achieving low-carbon and environmental friendly ironmaking.
通过炉料性能控制软熔带性质,可改善高炉透气性、降低能耗和CO2排放,是炼铁领域面临的必须解决的技术难题和社会问题。本项目提炼出复杂炉料软熔滴落性能中的基本科学问题,针对CaO-SiO2-MgO-Al2O3-FeO渣系的关键热力学性质及物相结构演变行为展开研究。主要内容及结果如下:1)建立了一套完整的新型高炉炉料软熔滴落性能检测方法,即在传统铁矿石软熔滴落性能检测方法的基础上改变铁矿石所处的还原温度、还原气氛、还原时间、负荷等参数,强化铁矿石的气固还原,使铁矿石所处体系的还原势条件与高炉生产的实际情况更加符合,保证了初渣FeO含量及检测出的特征温度、熔滴性能等指标更能反映高炉的实际生产状况。2)建立了基于Kondratiev-Batchelor的软熔带初渣计算模型,FeO-CaO-SiO2三元系高炉软熔带初渣中固-液两相黏度与流动性指数之间近似呈对数相关,拟合度可达0.966。根据该公式既可以通过FeO-CaO-SiO2三元系初渣成分和温度计算其粘度,进而获得该渣系的流动性指数;也可通过测量流动性指数获得难以测定的初渣粘度。3)根据铁矿石在还原—软化—熔化过程中的还原速率,计算得到铁矿石在模拟高炉环境下的还原反应的机理函数及表观活化能,进而得到反应速率常数及初渣演变的动力学模型,还原反应过程中涉及的FeO及其在初渣中的溶解速度是初渣性质演变的根本原因。4)通过炉料结构、矿焦混装、特殊矿石冶炼等可提高块状带的间接还原空间,降低初渣中的FeO含量,从而有效调控高炉软熔带的初渣性质及其演变过程,有助于提高煤气利用率和高炉生产效率,降低高炉冶炼能耗及CO2排放。综上,本项目的研究内容及结果有助于促进炼铁技术的进步,实现低碳绿色炼铁。
SFCA系粘结相的物理化学性质及还原机制的基础研究
  • 批准号:
    51874080
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    60.0万元
  • 批准年份:
    2018
  • 负责人:
    姜鑫
  • 依托单位:
复合制粒烧结过程中铁氧化物与CaO和MgO等熔剂的矿化行为研究
  • 批准号:
    51404059
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    25.0万元
  • 批准年份:
    2014
  • 负责人:
    姜鑫
  • 依托单位:
国内基金
海外基金