匯報提綱一、立項依據(jù)二、擬解決的關(guān)鍵科學問題三、項目研究內(nèi)容與技術(shù)路線四、預(yù)期目標與創(chuàng)新點五、研究基礎(chǔ)與條件現(xiàn)在是1頁\一共有38頁\編輯于星期三一、立項依據(jù)1.我國不銹鋼行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的迫切需要2.不銹鋼粉塵處理技術(shù)發(fā)展的需要3.直接回收技術(shù)符合我國國情、適合寶鋼需要4.新技術(shù)實施必須解決的關(guān)鍵問題現(xiàn)在是2頁\一共有38頁\編輯于星期三

1.我國不銹鋼行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的迫切需要我國不銹鋼產(chǎn)量2006年將躍居世界第一。2004年前小于80萬噸,2005年突破300萬噸,2006年將達到920萬噸，其中寶鋼200萬噸、太鋼300萬噸每冶煉1噸不銹鋼產(chǎn)生10~20公斤粉塵，共10~20萬噸/年，其中含Ni:3~9%,Cr:8~13%,Fe:22~38%等有價金屬。造成有價金屬資源極大浪費，2005年鎳、鉻損失超過2.2萬噸；重金屬嚴重污染環(huán)境現(xiàn)在是3頁\一共有38頁\編輯于星期三2.不銹鋼粉塵處理技術(shù)發(fā)展的需要我國大規(guī)模不銹鋼冶煉剛剛起步，國內(nèi)目前無成熟的冶煉粉塵處理技術(shù)；有可能從國外引進的技術(shù)存在各自不足。①STAR熔融還原——生產(chǎn)設(shè)施過于龐雜、投資和維護費用昂貴②DaidoSteel——用鋁換鐵不經(jīng)濟③J&LSpecialtySteels與Dereco——以硅換鐵不經(jīng)濟，鉻回收率低于70%④InmetcoProcess——僅獲得中間合金海綿鐵，能源利用率低，產(chǎn)品中脈石成分和硫含量較高⑤Fasmet/Fastmelt——獲得直接還原鐵，唯一的國際商業(yè)化技術(shù)。但鉻回收率僅70%，操作條件和對還原劑質(zhì)量要求高。開發(fā)適合我國國情的自主知識產(chǎn)權(quán)新技術(shù)十分必要。現(xiàn)在是4頁\一共有38頁\編輯于星期三寶鋼不銹鋼生產(chǎn)工藝流程圖3.直接回收技術(shù)符合我國國情、適合寶鋼需要精煉粉塵粉塵與爐渣改造后的電爐除塵系統(tǒng)煙氣爐渣粉塵固化做建材鎳鉻粉塵制粒球團鉛鋅粉塵選擇性還原回收鋅現(xiàn)在是5頁\一共有38頁\編輯于星期三4.新技術(shù)實施必須解決的關(guān)鍵問題

粉塵的有效分離及減量化不銹鋼產(chǎn)品質(zhì)量控制粉塵中鎳鉻的高效回收現(xiàn)在是6頁\一共有38頁\編輯于星期三二、擬解決的關(guān)鍵科學問題1.球團還原及其與熔渣的相互作用機制2.氣泡在熔體中的遷移與作用機制3.粉塵的形成與分離機理現(xiàn)在是7頁\一共有38頁\編輯于星期三三、研究內(nèi)容與技術(shù)路線1）球團還原及其與熔渣的相互作用機制——球團渣殼模型——球團中有價金屬在渣殼內(nèi)的還原機制——還原產(chǎn)物在熔渣中的形態(tài)調(diào)控2）氣泡在熔體中的遷移與作用機制——球團存在下氣泡在鋼-渣界面的遷移與作用機制——氣泡在熔渣表面的分裂機制3）粉塵形成與分離機理現(xiàn)在是8頁\一共有38頁\編輯于星期三1.球團的還原及其與熔渣的相互作用機制

—球團渣殼模型

鋼液

爐渣

球團

球團

Ar2入口爐管端蓋抽真空和Ar2入口熱電偶MoS2加熱元件剛玉管爐體及隔熱材料剛玉坩堝熔渣與鋼液X射線源耐火材料支座CCD攝像機圖像增強器計算機現(xiàn)在是9頁\一共有38頁\編輯于星期三1.球團的還原及其與熔渣的相互作用機制

—球團渣殼模型液氮坩堝電爐N2入口N2出口爐渣鋼液球團采用XRF、ICP、XRD分析爐渣、鋼液和球團。球團坩堝電爐N2入口熱電偶N2出口現(xiàn)在是10頁\一共有38頁\編輯于星期三1.球團的還原及其與熔渣的相互作用機制

—球團渣殼模型建立球團還原過程渣殼形成與遷移的物理模型，正確認識球團還原過程。確立球團內(nèi)金屬氧化物、碳化物、還原金屬以及鋼液和爐渣成分的變化規(guī)律。確定熱傳導過程的邊界條件，采用有限元法建立球團的熱傳導模型，掌握球團內(nèi)溫度的分布與變化規(guī)律。現(xiàn)在是11頁\一共有38頁\編輯于星期三1.球團的還原及其與熔渣的相互作用機制

—球團中有價金屬在渣殼內(nèi)的還原機制微電子稱反應(yīng)管加熱爐熱電偶入氣孔氣體采樣管保護氣體引出

試樣

保護氣體引入恒溫區(qū)熱電偶FTIR氣體取樣反應(yīng)室現(xiàn)在是12頁\一共有38頁\編輯于星期三1.球團的還原及其與熔渣的相互作用機制

—球團中有價金屬在渣殼內(nèi)的還原機制

反射鏡遠紅外線通道采樣室MCT探頭分析氣體傳輸管現(xiàn)在是13頁\一共有38頁\編輯于星期三1.球團的還原及其與熔渣的相互作用機制

—球團中有價金屬在渣殼內(nèi)的還原機制檢測還原過程中球團質(zhì)量隨時間與溫度的變化，建立動力學方程。研究還原氣相成分CO和CO2等的變化規(guī)律，確定還原步驟及還原速率。結(jié)合球團中渣殼的遷移、物相變化、溫度分布與還原速率，明確渣殼內(nèi)金屬的還原機制。現(xiàn)在是14頁\一共有38頁\編輯于星期三1.球團的還原及其與熔渣的相互作用機制

—還原產(chǎn)物在熔渣中的形態(tài)調(diào)控熔池1550oC純鐵

加入球團還原劑及調(diào)整劑形態(tài)調(diào)整劑控制系統(tǒng)現(xiàn)在是15頁\一共有38頁\編輯于星期三熔渣流變行為研究X-射線CCD攝像機現(xiàn)在是16頁\一共有38頁\編輯于星期三熔渣微觀結(jié)構(gòu)研究現(xiàn)在是17頁\一共有38頁\編輯于星期三熔渣發(fā)泡性能研究1—高溫電爐2—熱電偶3—樣品坩堝4—石墨坩堝5—輕質(zhì)磚蓋6—石英管7—鉬棒8—刻度尺9—導電鉬絲10—指示燈11—支架12—測溫儀表13—氬氣瓶14—流量計15—吹氣軟管16—壓力表現(xiàn)在是18頁\一共有38頁\編輯于星期三1.球團的還原及其與熔渣的相互作用機制

—還原產(chǎn)物在熔渣中的形態(tài)調(diào)控采用XRF、ICP、XRD分析爐渣和鋼液成分及物相，確定還原劑和調(diào)整劑的添加效果，防止還原金屬在爐渣擴散遷移中被再次氧化。結(jié)合爐渣的流變行為研究、高溫拉曼光譜與核磁共振分析，確定爐渣的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及鎳鉻等在網(wǎng)絡(luò)中的存在形式，使鎳鉻最大限度進入鋼液。考查發(fā)泡劑對爐渣發(fā)泡性能的影響，實現(xiàn)爐渣最大泡沫化，提高節(jié)能效果。現(xiàn)在是19頁\一共有38頁\編輯于星期三2.氣泡在熔體中的遷移與作用機制

—球團存在下氣泡在鋼-渣界面的遷移與作用機制水石蠟油高速攝影機氬氣塑料小球NaCl、固體懸浮物等有機玻璃容器現(xiàn)在是20頁\一共有38頁\編輯于星期三2.氣泡在熔體中的遷移與作用機制

—球團存在下氣泡在鋼-渣界面的遷移與作用機制記錄氣泡通過鋼渣界面的情況現(xiàn)在是21頁\一共有38頁\編輯于星期三2.氣泡在熔體中的遷移與作用機制

—氣泡在鋼-渣界面的遷移與作用機制通過水力模型研究，確定氣泡的長大與表面張力、粘度、靜壓強的關(guān)系，分析氣泡大小、溫度、設(shè)備幾何尺寸等對氣泡在界面停留時間的影響，建立氣泡運動方程模擬高溫熔體氣泡行為。采用X透射高溫實驗數(shù)據(jù)對氣泡運動方程進行修正，確定高溫下氣泡通過鋼渣界面的運動學模型，增強氣泡攜帶固體夾雜物迅速通過鋼渣界面進入爐渣的能力。現(xiàn)在是22頁\一共有38頁\編輯于星期三2.氣泡在熔體中的遷移與作用機制

—氣泡在熔渣表面的分裂機制氣泡膜滴噴射液滴現(xiàn)在是23頁\一共有38頁\編輯于星期三2.氣泡在熔體中的遷移與作用機制

—氣泡在熔渣表面的分裂機制記錄氣泡在熔渣表面破裂過程，分析膜滴和噴射液滴的產(chǎn)生機制取樣不同操作條件下收集的粉塵，采用SEM和XRD分析形貌與物相

現(xiàn)在是24頁\一共有38頁\編輯于星期三2.氣泡在熔體中的遷移與作用機制

—氣泡在熔渣表面的分裂機制明確膜滴與噴射液滴尺寸及數(shù)量與氣泡壓力、表面張力、界面張力、爐渣的物理化學性質(zhì)之間的關(guān)系。控制氣泡在熔渣表面的分裂，降低粉塵量和提高爐渣泡沫化程度。掌握膜滴和噴射液滴的特征，為分離爐渣粉塵和鎳鉻粉塵提供理論依據(jù)。現(xiàn)在是25頁\一共有38頁\編輯于星期三3.粉塵形成與分離機理金屬氧化物碳爐渣成分粉塵的非均相成核與長大粉塵的均相成核與長大現(xiàn)在是26頁\一共有38頁\編輯于星期三3.粉塵形成與分離機理球團坩堝電爐N2入口沉降式除塵裝置旋風式除塵裝置過濾式除塵裝置風機排放改變溫度、流量、壓力、氮氣通入速度，分別從三種除塵裝置取樣分析粉塵的成分、物相和形貌，結(jié)合膜滴和噴射液滴的產(chǎn)生規(guī)律，考查不同成分粉塵的分離過程。現(xiàn)在是27頁\一共有38頁\編輯于星期三3.粉塵形成與分離機理掌握粉塵的均相形核與非均相形核規(guī)律，確定臨界形核半徑與臨界形核功，明確非均相形核過程中接觸角的定量作用關(guān)系。掌握粉塵長大過程機制，確定其長大與煙氣壓力、流速、溫度之間的關(guān)系，為鉛鋅粉塵的分離提供理論依據(jù)。現(xiàn)在是28頁\一共有38頁\編輯于星期三四、預(yù)期成果與創(chuàng)新點

—預(yù)期成果1.豐富高溫冶金基礎(chǔ)理論建立球團渣殼作用模型，揭示球團還原過程機理，控制鎳鉻的物相成分及在球團、鋼液和爐渣之間的分布。明確氣泡在熔體中的遷移與作用機制，建立氣泡的運動學模型，促進鋼液中氣泡和夾雜物的脫除，控制膜滴和噴射液滴形態(tài)實現(xiàn)不同成分粉塵的分離。發(fā)表SCI論文16篇以上。現(xiàn)在是29頁\一共有38頁\編輯于星期三四、預(yù)期成果與創(chuàng)新點

—預(yù)期成果2.構(gòu)建不銹鋼冶煉粉塵直接還原回收新技術(shù)原型

擬申請國家發(fā)明專利4項：不銹鋼冶煉不同成分粉塵的分離方法不銹鋼冶煉粉塵球團直接還原回收技術(shù)不銹鋼冶煉粉塵直接回收過程的爐渣調(diào)控方法不銹鋼冶煉鉛鋅粉塵選擇性還原回收技術(shù)現(xiàn)在是30頁\一共有38頁\編輯于星期三四、預(yù)期成果與創(chuàng)新點

—預(yù)期成果3.人才培養(yǎng)為我國不銹鋼冶煉行業(yè)培養(yǎng)博士2~3名、碩士5~8名建設(shè)一支不銹鋼冶煉廢棄物綜合處理的研究隊伍現(xiàn)在是31頁\一共有38頁\編輯于星期三四、預(yù)期成果與創(chuàng)新點

—創(chuàng)新點建立球團渣殼模型,揭示球團內(nèi)還原過程的本質(zhì)規(guī)律，有利于鎳鉻等的高效回收。確立電弧爐冶煉過程的氣泡運動學模型,有利于氣泡和夾雜物的脫除，保證不同成分粉塵有效分離和不銹鋼產(chǎn)品質(zhì)量。構(gòu)建不銹鋼冶煉粉塵直接回收技術(shù)原型。現(xiàn)在是32頁\一共有38頁\編輯于星期三五、研究基礎(chǔ)與條件

—已完成的前期研究1.完成鋼鐵聯(lián)合基金“不銹鋼冶煉粉塵直接還原回收機理的研究”（50274073）掌握了不銹鋼粉塵球團碳熱還原過程規(guī)律明確了還原過程的控制因素建立了直接還原過程動力學模型現(xiàn)在是33頁\一共有38頁\編輯于星期三五、研究基礎(chǔ)與條件

—已完成的前期研究2.博士學位論文“不銹鋼電弧爐粉塵處理的基礎(chǔ)理論及工藝研究”獲全國優(yōu)秀博士學位論文提名獎不銹鋼電弧爐冶煉粉塵的特性電弧爐粉塵的制粒不銹鋼粉塵球團還原過程的熱力學基礎(chǔ)不銹鋼冶金爐渣計算熱力學不銹鋼粉塵球團直接還原工藝參數(shù)現(xiàn)在是34頁\一共有38頁\編輯于星期三五、研究基礎(chǔ)與條件

—已完成的前期研究3.完成湖南省計劃科技攻關(guān)項目“電弧爐煉鋼及粉塵的處理”（00GKY2030）——不銹鋼冶煉粉塵直接還原初步工藝現(xiàn)在是35頁\一共有38頁\編輯于星期三五、研究基礎(chǔ)與條件

—發(fā)表的相關(guān)代表性論文——近年在該項目領(lǐng)域共發(fā)表論文50多篇，其中國外知名刊物12篇，SCI收錄17篇，EI收錄21篇B.Peng,J.Lobel,J.A.Kozhinski,M.Bourassa.Non-isothermalreductionkineticsofEAFdust-basedpellets.CIMBulletin,2001,94(1049):64-70J.Lobel,B.Peng,M.Bourassa,J.A.Kozinski.Pilot-scaledirectrecyclingoffluedustgeneratedinelectricstainlesssteelmaking(Ⅱ).IronandSteelmaker,2000,27(1):41-45J.Lobel,B.Peng,M.Bourassa,J.A.Kozinski.Pilot-scaledirectrecyclingoffluedustgeneratedinelectricstainlesssteelmaking(Ⅰ).57thElectricFurnaceConferenceProceedings,Nov.14-16,1999,Pittsburgh,USA,IronandSteelSociety:501-508PengBing,PengJi,YuDi.Modelingofthermalconductivityofstainless-steelmakingdustpellets.Trans.NonferrousMet.China.,2004,14(1):184-189ChaiLiyuanandZhongHaiyun,PreparingfineTaCpowd