全氧熔融气化炉直接还原新工艺

D0I:10.13374/j.issnl001-053x.1995.02.005 第17卷第2期 北京科技大学学报 Vol.17 No.2 1995年4月 Journal of University of Science and Technology Beijing Apr.1995 全氧熔融气化炉直接还原新工艺 杨守礼秦民生 北京科技大学冶金系，北京100083 摘要介绍了全氧熔融气化炉直接还原新工艺的工艺流程及其特点，并对解决该工艺流程 中几个关键技术问题所采取的措施及工艺方案的可行性，作了分析和说明· 关键词直接还原，竖炉，煤气，海绵铁，熔融 中图分类号TF554 New Direct Reduction Process with the Gas from Oxygen Smelting Gasification Furnace Yang Shouli Qin Minsheng Department of Metallurgy.USTB,Beijing 100083,PRC ABSTRACT The new process and propreties of direct reduction with gas from oxygen gasification furnace are discussed.The feasibility of the program and some measures which are adopted to sove the key problems of the proces are analyzed. KEY WORDS direct reduction.shaft furnace,coal gas,sponge iron,fusion 煤气化直接还原竖炉法，是根据我国资源特点，吸收基竖炉和煤基回转炉的某些技 术特点，而提出的1种直接还原方法，70年代在我国广东韶关和三水进行过水煤气 直接还原炉实验，并获得成功，但受当时工艺技术条件的限制，特别是制氧技术的限 制，这一技术方法未能推广· 随着直接还原技术的进步，煤气化直接还原竖炉工艺的各项关键技术日趋成熟，在 总结、借鉴和基本上掌握国内外相关的各项成熟技术，)的基础上，结合自己的研究成 果和工作经验，提出新的纯氧煤气化直接还原竖炉新方案· 1新工艺的流程及特点 新工艺的基本流程是：①以固体气化煤为原料，用纯氧加蒸汽作为气化剂，通过液 排渣式煤气发生炉，制取合格的高温(>900℃)还原煤气，并实现液态排渣；②将从 煤气发生炉产生的煤气，与从竖炉返回，经脱CO,、H,O处理和加温后的煤气相混合， 再经除尘，输人还原竖炉；③移动床式竖炉中的含铁原料在高温煤气作用下，转化为 1994-09-14收稿第一作者男56岁副教授

第 卷 第 期 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 垃 。 全氧熔融气化炉直接还原新工 艺 杨 守礼 秦 民 生 北 京 科技大学冶 金 系 ， 北京 期〕 摘要 介 绍 了 全 氧 熔 融 气 化 炉 直 接 还 原 新 工 艺 的 工 艺 流 程 及 其 特 点 ， 并 对 解 决 该 工 艺 流 程 中几 个 关 键技 术 问题所 采 取 的 措 施 及 工 艺 方 案 的 可 行 性 ， 作 了分 析 和 说 明 关 健词 直 接 还 原 ， 竖 炉 ， 煤 气 ， 海 绵铁 ， 熔融 中图分类 号 ， ， ， ， ， ， ， 煤 气 化 直 接 还 原 竖 炉 法 ， 是 根 据 我 国 资源 特 点 ， 吸 收 基 竖 炉 和 煤 基 回 转 炉 的 某 些 技 术 特 点 ’ ， 而 提 出 的 种 直 接 还 原 方 法 年 代 在 我 国 广 东 韶 关 和 三 水 进 行 过 水 煤 气 直 接 还 原 炉 实 验 ， 并 获 得 成 功 ， 但 受 当 时 工 艺 技 术 条 件 的 限 制 ， 特 别 是 制 氧 技 术 的 限 制 ， 这 一 技 术 方 法 未 能 推 广 随 着 直 接 还 原 技 术 的 进 步 ， 煤 气 化 直 接 还 原 竖 炉 工 艺 的 各 项 关 键 技 术 日趋 成 熟 ， 在 总结 、 借 鉴 和 基 本 上 掌 握 国 内外 相 关 的各 项 成 熟 技 术 【 ’ ， 的 基 础 上 ， 结 合 自己 的 研 究 成 果 和 工 作 经 验 ， 提 出新 的 纯 氧 煤 气 化 直 接 还 原 竖 炉 新 方 案 新工 艺 的流 程 及 特 点 新 工 艺 的基 本 流 程 是 ① 以 固 体气 化 煤 为 原 料 ， 用 纯 氧 加 蒸 汽 作 为 气 化 剂 ， 通 过 液 排 渣 式 煤 气 发 生 炉 ， 制 取 合 格 的 高 温 ℃ 还 原 煤 气 ， 并 实 现 液 态 排 渣 ② 将 从 煤 气 发 生 炉 产 生 的 煤 气 ， 与 从 竖 炉 返 回 ， 经 脱 、 处 理 和 加 温 后 的 煤 气 相 混 合 ， 再 经 除尘 ， 输 人 还 原 竖 炉 ③ 移 动 床式 竖 炉 中 的含 铁 原 料 在 高 温 煤 气 作 用 下 ， 转 化 为 一 一 收 稿 第 一 作 者 男 岁 副 教 授 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1995．02．005

·122 北京科技大学学报 1995年No.2 直接还原铁；④直接还原铁在竖炉冷却带（或冷却简）中，经循环煤气（或氮气）冷却降 温至100℃后，排出炉外.其工艺流程如图1所示. A 图1全氧熔融炉直接还原工艺流程示意图 1一煤气化直接还原竖炉(I:还原带；Ⅱ：中间带；Ⅲ：冷却带)；2一冶金用液态排渣 式还原煤气发生炉；3一炉气循环加压设备；4一炉气冷却器；5一布袋除尘器；6一重力除 尘器：7一脱H0、C02设备；8一煤气加热炉；9一煤气混匀及调温设备；10一热旋风除 尘器；11一制氧机；12一小型蒸汽锅炉；13一泡渣池；14一成品储槽；A一巴西球团矿； B一海绵铁；C一无烟煤、生石灰、萤石；D一水渣、铁水· 本工艺流程的主要特点是： (1)制取高质量的还原煤气，全氧熔融床还原煤气发生炉工艺技术的关键)在于制 取合格的冶金还原煤气，即煤气中C0+H2:>95%、C02+H0:≤6%、(C0+H) -2(C0,+H,0):≥85%，还原煤气用量1600m'/t,煤气温度850~900℃，煤气含尘量 ≤6~8g/m3,并能连续供气· 本工艺采用纯氧加蒸汽作气化剂，以固体燃料块煤为造气原料，可以保证以下还原 煤气质量：C0:>60%;H2:>35%;C02:<2.5%;H,0:<2.5%;含尘量：2~4 g/m3;温度：850~900℃. 其最大的优点是只用纯氧加蒸汽而不用空气作气化剂，反应温度高，使焦油和酚充 分分解，煤气洁净，净化简单，煤气中基本不含N2；同时可以使煤中的可燃组份全部 气化，气化效率高，应用此煤气可同时满足铁矿石（球团矿）还原和加热需要，竖炉煤 气需要量最小， (2)熔融气化炉的高温液态排渣·使用高温，并通过造渣设计降低煤灰渣粘度等办 法，实现制造冶金还原煤气的煤气发生炉的高温液态排渣， (3)采用干式还原煤气的降温除尘系统，整个还原煤气除尘系统中都是以空气作为 还原煤气降温的冷却剂，而不用水作冷却剂，免除对污水的处理；用热旋风除尘器与重

北 京 科 技 大 学 学 报 卯 年 直接还 原铁 ④ 直接还 原铁在 竖 炉冷却带 或 冷 却 筒 中 ， 经 循 环 煤 气 或 氮 气 冷 却 降 温至 ℃ 后 ， 排 出炉外 其工 艺流程 如 图 所示 山工 “ 图 全 饭 熔触 炉 直接 还 原 工 艺 流 程 示 意 图 一 煤气化 直接 还 原 竖 炉 工 还 原 带 中间 带 冷却带 一 冶 金 用 液 态 排 渣 式 还 原 煤气发 生 炉 一 炉 气循环 加 压 设 备 一 炉 气 冷却器 一 布袋 除 尘 器 一 重 力 除 尘 器 一 脱 、 伍 设 备 一 煤 气加 热 炉 一 煤 气 混 匀 及 调 温设备 一 热 旋 风 除 尘 器 一 制 权机 一 小 型 燕 汽锅 炉 一 泡 渣 池 一 成 品 储 槽 一 巴 西 球 团 矿 一 海绵铁 一 无 烟 煤 、 生 石 灰 、 萤石 一 水 渣 、 铁 水 本 工 艺 流 程 的 主 要 特 点 是 制 取 高 质 量 的 还 原 煤 气 全 氧 熔 融 床 还 原 煤 气 发 生 炉 工 艺 技 术 的 关 键 ’ 〕 在 于 制 取 合 格 的 冶 金 还 原 煤 气 ， 即 煤 气 中 、 蕊 、 一 妻 ， 还 原 煤 气 用 量 ， ， 煤气温度 一 ℃ ， 煤气含尘量 簇 一 ， 并 能 连 续 供气 本 工 艺 采 用 纯 氧 加 蒸 汽 作 气 化 剂 ， 以 固 体燃 料 块 煤 为 造 气 原 料 ， 可 以 保 证 以 下 还 原 煤 气 质 量 含 尘 量 一 ， 温度 一 其 最大 的 优 点 是 只 用 纯 氧 加 蒸 汽 而 不 用 空 气 作 气 化 剂 ， 反 应 温 度 高 ， 使 焦 油 和 酚 充 分 分解 ， 煤 气 洁净 ， 净 化 简 单 ， 煤 气 中 基 本 不 含 同 时 可 以 使 煤 中 的 可 燃 组 份 全 部 气化 ， 气 化 效 率 高 应 用 此 煤 气 可 同 时满 足 铁 矿 石 球 团矿 还 原 和 加 热 需 要 ， 竖 炉 煤 气需 要 量 最 小 熔 融 气 化 炉 的 高 温 液 态 排 渣 使 用 高 温 ， 并 通 过 造 渣 设 计 降低 煤 灰 渣 粘 度 等 办 法 ， 实 现 制 造 冶 金 还 原 煤 气 的煤 气 发 生 炉 的 高 温 液 态 排 渣 采 用 干 式 还 原 煤 气 的 降 温 除 尘 系 统 整 个 还 原 煤 气 除 尘 系 统 中 都 是 以 空 气 作 为 还 原 煤 气 降温 的冷 却 剂 ， 而 不 用 水 作 冷 却 剂 ， 免 除 对 污 水 的处理 用 热 旋 风 除 尘 器 与 重

Vol.17 No.2 杨守礼等：全氧熔融气化炉直接还原新工艺 ,123. 力除尘器除尘，可保证直接还原对煤气含尘量的要求， (4)煤气的循环使用，①还原竖炉出来的煤气，经除尘后，一部分煤气需进行脱 CO2、H0处理，另一部分煤气用来加热脱C02、H,0后的煤气，经过脱H,0、C02和 加热的煤气与发生炉产生的煤气混匀、调温，形成温度达850~900℃的高温煤气； 该煤气再经热旋风除尘，直送还原竖炉，②引一部分炉气在还原竖炉的冷却区循环使 用，以达到直接还原铁降温冷却的目的， (5)气化用煤容易获得.可用神府煤、晋城或大同煤作为气化用煤，也可用不爆裂 的无烟煤、煤气焦、型煤或高炉筛下的(~25m)小焦等作为气化能源.还可增加一 套喷煤粉的装置，用70%的粉煤+30%的焦炭（或块煤）的气化用煤配方， (6)基建投资、生产成本低，经济效益较好·按年产3万t计算，单位直接还原铁 的基建投资为650元/t,铁生产成本为1108元/t,低于从国外引进回转窑法生产海绵铁 的成本(1270元/t),如果使用澳矿作为含铁原料，成本还要低些.最近国外一级废钢 离岸价160美元/t,加上运费、关税等，即使临海工厂使用，到厂价也要1800元/t,本 工艺生产直接还原铁的价格【1，远远低于这个价格· 2分析与讨论 (1)进行物料平衡和热量平衡的理论计算，如竖炉使用100%的巴西球团为含铁原 料，设金属化率为92%，计算结果表明，煤气成分：C0是59.2%，H2是35.8%，其他均小 于5%，吨铁煤气需要量仅为13523.本工艺设计煤气发生炉产生的C0含量大于60%， H2含量大于35%，C02含量小于3%，H,0含量小于2.5%，发生量为1600m/t的煤气 可完全满足这个要求， 由于熔融气化炉内燃烧温度高（下部温度>1500℃），使得焦油和酚充分分解，粉 煤中的可燃组份全部气化，加之使用纯氧及质量好的气化用煤，所以可以得到高质量的 还原煤气· (2)本流程采用重复使用竖炉炉顶煤气的工艺，对重复使用的炉气需经脱CO,、HO 处理.生产每t直接还原铁排出竖炉的废气等于进入竖炉煤气量加上从球团矿中挥发水 蒸汽及灰尘的量，据计算，本流程为V度=1600+39.5=1639.5m/t,废气中C0+H2 含量为61.1%，其余为CO2、HO和灰尘.借鉴净化煤气的技术，本流程中脱H,O、C02 的问题可以得到解决， 脱出含H20、C0,的煤气在加热升温过程中的400~600℃温度段，会发生析碳反 应，采取一定的办法，如快速加温、加逆催化剂等，可以解决这个问题· 发生炉煤气与脱除H,O、CO,煤气混匀调温后，经热旋风除尘，根据Corx(KR)法[1的 经验可以说明，煤气中含尘量可满足工艺要求，而且除尘任务不大， (3)液态煤灰渣中AO3含量多，其粘度很高，但气化炉内燃烧温度高，加之通过 合理造渣设计，如加人适量的CaO、SiO2或CaFz,降低Al,O,在煤灰中所占的比例，可 以降低煤灰渣的粘度，实现高温液态渣的顺利排出，Corx(KR)法【4)和高炉的经验也可 以说明这一点

杨 守 礼 等 全 氧 熔 融 气 化 炉 直 接 还 原 新 工 艺 · · 力 除 尘 器 除 尘 ， 可 保 证 直 接 还 原 对煤 气 含 尘 量 的 要 求 煤 气 的循 环 使 用 ① 还 原 竖 炉 出 来 的 煤 气 ， 经 除 尘 后 ， 一 部 分 煤 气 需 进 行 脱 、 处理 ， 另 一 部 分 煤 气 用 来 加 热 脱 、 后 的 煤 气 经 过 脱 、 和 加 热 的煤 气 与 发 生 炉 产 生 的 煤 气 混 匀 、 调 温 ， 形 成 温 度 达 一 ℃ 的 高 温 煤 气 该 煤 气 再 经 热 旋 风 除 尘 ， 直 送 还 原 竖 炉 ② 引 一 部 分 炉 气 在 还 原 竖 炉 的 冷 却 区 循 环 使 用 ， 以 达 到 直 接 还 原 铁 降 温 冷 却 的 目的 气 化用 煤 容 易 获 得 可 用 神 府 煤 、 晋 城 或 大 同煤 作 为气 化 用 煤 ， 也 可 用 不 爆 裂 的 无 烟 煤 、 煤 气 焦 、 型 煤 或 高 炉 筛 下 的 一 小 焦 等 作 为 气 化 能 源 还 可 增 加 一 套 喷煤 粉 的 装 置 ， 用 的 粉 煤 的 焦 炭 或 块 煤 的气 化 用 煤 配 方 基 建 投 资 、 生 产 成 本 低 ， 经 济 效 益 较 好 按 年 产 万 计 算 ， 单 位 直 接 还 原 铁 的基建投 资为 元 ， 铁 生产 成 本 为 元 ， 低 于 从 国 外 引 进 回 转 窑 法 生 产 海 绵 铁 的成本 元 ， 如 果 使 用 澳 矿 作 为 含 铁 原 料 ， 成 本 还 要 低 些 最 近 国 外 一 级 废 钢 离 岸 价 美 元 ， 加 上 运 费 、 关 税 等 ， 即 使 临 海 工 厂 使 用 ， 到 厂 价 也 要 元 ， 本 工 艺 生 产 直 接 还 原 铁 的 价 格 ’ ， 远 远 低 于 这 个 价 格 分析与讨论 进 行 物 料 平 衡 和 热 量 平 衡 的理 论 计 算 如 竖 炉 使 用 的 巴 西 球 团 为 含 铁 原 料 ， 设金 属化率 为 ， 计算结果 表 明 ， 煤气成分 是 ， 是 ， 其他 均 小 于 ， 吨 铁 煤 气 需 要 量 仅 为 本 工 艺 设 计 煤 气 发 生 炉 产 生 的 含 量 大 于 ， 含 量 大 于 ， 含 量 小 于 ， 含 量 小 于 ， 发 生 量 为 ， 的 煤 气 可 完 全 满 足 这 个 要 求 由于 熔 融 气 化 炉 内燃 烧 温 度 高 下 部 温 度 ℃ ， 使得 焦 油 和 酚 充 分 分 解 ， 粉 煤 中 的 可 燃 组 份 全 部 气 化 ， 加 之 使用 纯 氧 及 质 量 好 的 气 化 用 煤 ， 所 以 可 以 得 到 高 质 量 的 还 原 煤 气 本 流 程 采 用 重 复 使 用 竖 炉 炉 顶 煤 气 的 工 艺 对 重 复 使 用 的炉气需 经脱 、 处理 生 产 每 直 接 还 原 铁 排 出竖 炉 的 废 气 等 于 进 人 竖 炉 煤 气 量 加 上 从球 团 矿 中 挥 发 水 蒸 汽 及 灰 尘 的 量 ， 据 计 算 ， 本 流 程 为 废 十 ， ， 废 气 中 含 量 为 ， 其余 为 、 和 灰 尘 借 鉴 净 化 煤 气 的技术 ， 本流 程 中脱 、 的 间题 可 以 得 到 解 决 脱 出含 、 的 煤 气 在 加 热 升 温 过程 中 的 一 ℃ 温 度 段 ， 会 发 生 析 碳 反 应 采 取 一 定 的 办 法 ， 如 快 速 加 温 、 加 逆 催 化 剂 等 ， 可 以 解 决 这 个 问题 发 生 炉煤气 与脱 除 、 煤气混匀 调 温后 ， 经 热 旋 风 除 尘 ， 根 据 法 〕 的 经 验可 以说 明 ， 煤气 中含尘 量 可 满足工 艺 要 求 ， 而 且 除 尘 任 务 不大 液 态 煤 灰 渣 中 含 量 多 ， 其 粘 度 很 高 但 气 化 炉 内 燃 烧 温 度 高 ， 加 之 通 过 合 理 造 渣 设 计 ， 如 加 人 适 量 的 、 或 ， 降 低 在 煤 灰 中 所 占 的 比 例 ， 可 以 降低 煤 灰 渣 的粘 度 ， 实 现 高 温 液 态 渣 的顺 利 排 出 法 【 和 高 炉 的 经 验 也 可 以 说 明这 一 点

·124· 北京科技大学学报 1995年No.2 (4)还原竖炉对含铁原料的要求是含 铁品位高、还原性好、软化温度高、热稳 100 定性好、热膨胀性小、冷与热强度高.由 % 贴6杏在书 于我国高品位铁矿贫乏，本工艺拟采用进 60 还原温度：830℃ 口含铁原料，图2为经实验得到的3种进 还原气成分： 幽 口含铁原料的随时间变化的还原度图，由 C0+H,:>90% 公 40 C0:澳矿>南非矿，但南非 P淡矿 10 1/min- 矿石量：500g 矿在850℃即发生软化粘结现象，因此本 。南非矿 020 40 6080100120140160 工艺采用巴西球团矿作为含铁原料， t/min (5)还原煤气发生炉对气化用煤的一般 要求是反应性好、强度高、含硫低、热膨胀 图23种进口含铁原料的还原性随时间变化图 率小、灰份熔点低，本工艺气化用煤容易获得·表1为2种不同煤种的煤质分析表. 从表中可见，神府煤比大同煤灰份含量少，灰份熔点低，因此神府煤更适宜作气化用 煤.正规的流程中煤气化炉可借鉴高炉富氧喷煤经验)，即采用煤氧喷吹技术， 用70%的粉煤+30%的焦炭（或块煤）的气化用煤配方. 表1几种煤的煤质分析表 名称 Aa/%Var/%粘结性(1~8)FCa/%0a/kJ小g1Sa/%Cr/%Hh/% 神府煤6.50 33.83 2 59.42 28.6 0.62 80.76 4.87 大同煤15.87 30.25 3 58.20 35.5 0.9082.42 4.93 名称 Naat/%Odut/% 灰熔点/℃ 1100℃反应性/% 神府煤0.8912.73 1100 97.0 大同煤1.16 10.43 >1500 81.4 (6)本工艺用循环炉气使直接还原铁降温冷却，也可用冷却筒降温冷却，即筒内通 纯氮，筒外喷水的办法达到使海绵铁降温至100℃以下，国内已有成熟技术可借用， 3结论 (1)本工艺能够产出高质量的还原煤气，生产合格的直接还原铁·应用的关键技术 成熟，工艺方案可行， (2)使用巴西球团矿作为还原竖炉的含铁原料，神府煤作为煤气发生炉的气化用煤 较为合适，本工艺方案适合我国国情，经济效益好· 参考文献 1秦民生·非高炉炼铁（直接还原与熔融还原），北京：冶金工业出版社，1988 2杨天钧，刘述临，熔融还原技术·北京：冶金工业出版社，1991 (下转173页)

· 。 北 京 科 技 还 原 竖 炉 对含 铁原 料 的 要 求 是 含 铁 品 位 高 、 还 原 性 好 、 软 化 温 度 高 、 热稳 定 性 好 、 热 膨 胀性 小 、 冷 与 热 强 度 高 由 于 我 国 高 品位 铁矿 贫 乏 ， 本工 艺 拟 采 用 进 口 含 铁 原 料 图 为 经 实 验 得 到 的 种 进 口 含 铁 原 料 的 随 时 间 变 化 的还 原 度 图 由 图可 见 ， 种 进 口 含 铁 原 料 还 原 性 的 比较 为 巴 西 球 团 矿 澳 矿 南 非 矿 ， 但 南 非 矿 在 ℃ 即 发 生 软 化 粘 结 现 象 ， 因此 本 工 艺 采 用 巴 西 球 团 矿 作 为 含 铁原 料 还原煤气发生炉 对气化 用 煤 的一般 要求是反应性好 、 强 度 高 、 含硫低 、 热膨胀 大 学 学 报 卯 年 曰卫己内产︸川︸ 兰 。 甚 球矿 了 南 澳 非 奋 矿一一 侧遏旧 艺 而 图 种 进 口 含铁原 料 的 还 原 性 随 时 间变化 图 率 小 、 灰 份 熔 点 低 本 工 艺 气 化 用 煤 容 易 获 得 表 为 种 不 同 煤 种 的 煤 质 分 析 表 从表 中可 见 ， 神 府 煤 比 大 同 煤 灰 份 含 量 少 ， 灰 份 熔 点 低 ， 因 此 神 府 煤 更 适 宜 作 气 化 用 煤 正 规 的 流 程 中 煤 气 化 炉 可 借 鉴 高 炉 富 氧 喷 煤 经 验 ’ 〕 ， 即 采 用 煤 氧 喷 吹 技 术 ， 用 的 粉 煤 的 焦 炭 或 块 煤 的气 化 用 煤 配 方 表 几 种煤 的煤质 分析 表 名 称 坑 。 粘 结 性 一 。 · 一 ’ 几 神 府 煤 大 同煤 名 称 灰 熔 点 ℃ ℃ 反 应 性 神 府 煤 刀 大 同煤 本工 艺 用 循 环 炉 气 使 直 接 还 原 铁 降 温 冷 却 ， 也 可 用 冷 却 筒 降 温 冷 却 ， 即 筒 内 通 纯 氮 ， 筒 外 喷 水 的 办 法 达 到 使 海 绵 铁 降 温 至 ℃ 以 下 国 内 已 有 成 熟 技 术 可 借 用 结 论 本 工 艺 能 够 产 出 高 质 量 的 还 原 煤 气 ， 生 产 合 格 的 直 接 还 原 铁 应 用 的 关 键 技 术 成 熟 ， 工 艺 方 案 可 行 使 用 巴 西 球 团 矿 作 为 还 原 竖 炉 的 含 铁 原 料 ， 神 府 煤 作 为 煤 气 发 生 炉 的 气 化 用 煤 较 为 合 适 本 工 艺 方 案 适 合 我 国 国 情 ， 经 济 效 益 好 参 考 文 献 秦 民 生 非 高 炉 炼 铁 直 接 还 原 与 熔 融 还 原 北 京 冶 金 工 业 出 版 社 ， 杨 天 钧 ， 刘 述 临 熔 融 还 原 技 术 北 京 冶 金 工 业 出 版 社 ， 下 转 页

Vol.17 No.2 郭鸿志等：DC-EAF熔池电磁场的数值模拟 173 图4为20kA电流的直流炉熔池内洛仑兹力的分布.洛仑兹力主要在电弧与底电极中 间的区域起作用，在侧壁至R/2区域影响甚微，其值要小1~2个数量级，电弧下部区 域的洛仑兹力很大，这一区域的洛仑兹力有使钢液向下流动的趋势·而底电极附近的洛 仑兹力有使钢液向上流动的趋势.计算结果及图4都表明，在r∈[2R/3,R]的区域洛仑 兹力可以忽略不计· 一 95N/m3 }、·········1 w Ji23年3678910ii231415167181920 9 图4洛仑兹力F的分布(1，=20kA,r,=0.7m) 4结论 (1)建立了30t底电极直流电弧炉熔池电磁场数学模型， (2)研制开发了30t底电极直流电弧炉电磁场计算软件，并且对各种容量的底电极 直流电弧炉具有通用性， (3)计算了熔池内磁场强度H,电流密度J、J,及洛仑兹力F、F,的分布，并研 究其分布规律，结果表明：电流密度与洛仑兹力主要集中在电弧与底电极之间的区域， 在侧壁至R/2的区域，电流密度和洛仑兹力要小1~2个数量级，可以忽略不计· 参考文献 1 Spalding D B,et al.Heat and Mass Transfer in Recirculating Flows.London and New York: Academic Press,1969.56 个个个个个个个个个心个个个个也个价“个心个个个心常有心常喻个个个个个分个个个价 (上接124页) 3陶晋，煤基直接还原铁生产现状与发展.世界金属导报，1994.第25期 4 Delport H M.Corex Prucess.Ironmaking and Steelmaking,1992.19(3):183 5周渝生，杨天钧等·高炉氧煤强化炼铁工艺的开发·北京科技大学学报，1993,153)：3

郭 鸿 志 等 一 熔 池 电磁 场 的 数 值 模拟 · · 图 为 电流 的直 流 炉 熔 池 内洛 仑 兹 力 的分 布 洛 仑兹力 主要 在 电弧 与底 电极 中 间 的 区 域起 作 用 ， 在 侧 壁 至 区 域 影 响甚 微 ， 其 值要 小 一 个 数 量 级 电弧 下 部 区 域 的洛仑 兹 力 很 大 ， 这 一 区 域 的 洛 仑 兹 力有 使 钢 液 向下 流 动 的 趋 势 而 底 电极 附 近 的 洛 仑 兹 力 有 使 钢 液 向上 流 动 的 趋 势 计 算 结 果 及 图 都 表 明 ， 在 任 ， 』的 区 域 洛 仑 兹 力 可 以 忽 略 不 计 一 ，自三 ， 月 了‘‘， 碑‘ 古 沙 了 ， 了 了 右 。︸叭日 盛 气 气 、 “ 口 二 ， ，’ ， ， 认 几 ， “ 巴 ， · 乙 斗 ， ﹄十 ︸‘ 卜卜 图 洛 仑 兹 力 的分 布 几 ， 、 结论 建 立 了 底 电极 直 流 电 弧 炉 熔 池 电磁 场 数 学 模 型 研制 开 发 了 底 电极 直 流 电 弧 炉 电磁 场计 算 软 件 ， 并 且 对各 种 容 量 的 底 电 极 直 流 电 弧 炉 具 有 通 用 性 计算 了 熔 池 内磁 场 强 度 。 ， 电 流 密 度 丈 、 及 洛 仑 兹 力 凡 、 的 分 布 ， 并 研 究 其分 布 规 律 结 果 表 明 电 流 密 度 与 洛 仑 兹 力 主 要 集 中 在 电 弧 与 底 电极 之 间 的 区 域 ， 在 侧壁 至 的 区 域 ， 电 流 密 度 和 洛 仑 兹 力 要 小 一 个 数 量 级 ， 可 以 忽 略 不 计 参 考 文 献 ， · 而 ， 上 接 页 陶 晋 煤 基 直 接 还 原 铁 生 产 现 状 与 发 展 世 界 金 属 导 报 ， 第 期 周 渝 生 ， ， ， 杨 天 钧 等 高 炉 氧 煤 强 化 炼 铁 工 艺 的 开 发 北 京 科 技 大 学 学 报 ，