摘要:为提升旋风分离器在除尘系统中的性能，本文系统阐述旋风分离器内部流场分布特性的研究进展。 通过利用 CFD 软件对速度场及压力场进行数值模拟，揭示流场规律；利用测量仪器对流体瞬时物理量进行测量，揭示流场特性；围绕速度场与压力场，深入探讨其对压降能耗以及颗粒分离效率的作用规律。 结果表明：切向速度是决定分离效率的关键参数，而轴向与径向速度会分别引发“顶灰环”和“短路流”现象，影响颗粒的去向；压降则受物理构造、流体性质与操作参数的控制，且与速度的大小息息相关。 在保证速度场优化目标不受影响的条件下，应减小压降。 优化进料口的结构与尺寸是增大切向速度，抑制“顶灰环”和“短路流”现象重要的方法；优化溢流管几何参数和调节流体性质（如温度、湿度）是提升旋风分离器分离效率与减小压降的有效路径；研究表明，结合数值模拟与人工智能算法可实现高精度性能预测与低成本设计优化，为钢铁行业的节能减排提供理论依据与技术支持。

摘要:活性炭因其优异的吸附性能和经济效益，被视为一种有效的脱硫脱硝材料。 本文从活性炭的原料选择、活化方法和改性技术三个方向，系统地综述改性活性炭用于工业废气中脱除 SO₂ 和 NO_x 的研究进展；详细讨论不同原料制备活性炭的特点，以及活化方式对活性炭性能的影响，探讨采用酸碱改性、金属氧化物负载、氨改性、紫外改性、微波改性、纳米材料复合改性等方式来进一步增强活性炭的功能性。 结果表明：对比煤基、生物质等多种原料，低阶煤、高木质素和富氮生物质是制备高性能活性炭的优选原料。 物理与化学活化方式通过调控孔结构和比表面积，显著影响其吸附性能。 多种改性方法进一步提升了功能性：金属氧化物负载利用氧化还原循环增强催化性能；氨改性引入含氮官能团，提高表面碱性和气体亲和力；矿石负载则实现性能与成本的平衡。 此外，紫外辐照、微波加热及纳米材料复合等新型改性手段有望进一步强化反应位点与结构稳定性，但其在工艺复杂性、成本控制及规模化应用方面仍面临挑战。 总之，活性炭通过结构优化与功能改性展现出高效协同脱硫脱硝的潜力，是实现工业清洁排放的重要材料基础。

摘要:低温余热发电是解决目前我国工业领域能源消耗高、余热利用率低的关键路径之一。 有机朗肯循环（ORC） 凭借在低温条件下显著提升膨胀机效率、改善汽轮机发电性能而备受关注。 本文从系统构成和工质选择出发，阐述 ORC 工作原理、技术特征以及工质物化性质对性能的影响，进而梳理钢铁、化工、石化等行业已投运示范工程的系统构型、关键设备、工质方案与运行参数，并以净发电量、热效率和投资回收期为指标评价其节能环保与经济效益。 分析结果表明，ORC 可依据余热规模和工质特性实现 kW 至 MW 级发电，引入回热、双工质或串级后效率可以再提升，投资回收期可控制在 2 a 以内；R245fa、R134a 等干流体为优选工质，非共沸工质需解决成分漂移问题； 钢铁、化工、石化行业的低温余热发电示范项目证实 ORC 已具备规模化推广条件。 通过案例剖析，为 ORC 技术在低温余热发电的规模化推广提供借鉴，并为更多工业场景的余热利用设计与应用提供参考。

摘要:氨还原赤铁矿是一种潜在的环保炼铁方法，有利于解决氢的运输和储存所面临的物流和能源问题。 然而， 先前研究中氨还原球团矿的样品质量通常仅为 2. 8 g，且缺乏对氨氢共同还原球团矿活化能的讨论。 为进一步分析 NH₃ -H₂ 还原球团矿的还原动力学，本文采用 50 g 球团矿进行还原试验，讨论 NH₃ -H₂ 还原球团矿过程中的动力学行为，并通过热力学与 XRD 分析研究球团矿 NH₃ -H₂ 还原过程中的相结构组成与变化。 研究结果表明，使用 100% NH₃ 还原 50 g 球团矿的速率低于 50% NH₃ 与 50% H₂ 的混合气体，而后者又低于 100% H₂ 。 随着温度的升高，50% NH3 与 50% H₂ 对球团矿的还原效果逐渐接近于 100% H2 。 从常见的气固反应数学模型中选取相边界控制模型中的收缩圆柱模型作为最概然反应机理函数，对于还原 50 g 球团矿，使用 100% NH3 、50% NH₃ 与 50% H₂ 和 100% H₂ 的还原反应活化能分别为 65. 42、54. 37 kJ/ mol 和 29. 17 kJ/ mol。 NH3 的分解反应对 Fe₂O₃ 的还原具有负面影响。 热力学与 XRD 分析结果表明：100% NH3 还原 Fe₂O₃ 过程中会伴随有少量 Fe₄N 生成；由于 NH₃ 分压之间的差异，使用 50% NH₃ 与 50% H₂ 还原球团矿会大幅减少 Fe₄N 的生成。 本文研究成果可拓展氨还原球团矿动力学研究范围，为后续的工业应用提供理论基础。

摘要:金属化球团作为新型高炉原料，其强度及热态冶金性能对炉料透气性有重要影响。 本文通过实验室模拟高炉气固还原过程，研究金属化球团冶金特性及物化特征变化对炉料透气性的影响。 结果表明：金属化球团疏松多孔的结构利于还原反应的进行，具有比氧化球团更快的还原反应速率和更高的还原度；金属化球团与氧化球团低温还原粉化性能相近，但具有更低的还原膨胀率、更高的滴落温度和较窄的熔化区间。 在还原过程中，金属化球团中的 MgO 会抑制铁晶须的生成，避免球团发生恶性膨胀；MFe 形成的铁连晶可强化金属化球团的结构，但 Zn 会显著破坏球团结构。 采用金属化球团代替部分氧化球团不会出现高炉炉料强度明显下降、透气性恶化等问题，但金属化球团的高锌含量限制了其在高炉炉料中的配入量。 提高金属化球团的初始强度、降低球团含锌量是改善炉料透气性的方向之一。

摘要:膨润土作为球团矿生产的主要黏结剂，主要成分为 SiO₂ 、Al ₂O₃ 等脉石矿物，其大量配入将降低球团的铁品位，增加高炉炼铁的成本和燃料消耗。 因此，亟需开发新的黏结剂部分或完全替代膨润土，降低球团生产中膨润土的用量。 本文采用 M 黏结剂制备生球，采用优化后的预热焙烧制度制备一种复合黏结剂球团，同时采用 XRD、 光学显微镜等检测手段分析复合黏结剂球团的矿物组成和微观机构，阐明复合黏结剂球团的固结机制。 研究结果表明：采用 0. 1% M 黏结剂 + 0. 5% 膨润土的复合黏结剂，在造球时间为 12 min、造球水分为 8. 0% 、1 010 ℃下预热 10 min 和 1 220 ℃下焙烧 10 min 的优化条件下，经性能检测，所制备生球的落下强度为 4. 1 次/ （0. 5 m），爆裂温度为 460 ℃ ，抗压强度为 17. 43 N/ P；经过预热和焙烧后，球团抗压强度分别显著提升至 527 N/ P 与 3 077 N/ P。 与 1% 膨润土球团相比，采用复合黏结剂造球后，膨润土用量减少 50% ，球团质量明显提高，赤铁矿含量更高，脉石含量降低。 复合黏结剂球团在预热焙烧过程中主要发生磁铁矿氧化-赤铁矿高温再结晶反应，主要矿物为赤铁矿以及少量的硅酸盐和石英；相较于膨润土球团，赤铁矿再结晶作用更强，成片的赤铁矿区域更大，单独的赤铁矿晶粒较少。 复合黏结剂球团的固结方式主要以 Fe₂O₃ 的再结晶固结为主，同时辅以硅酸盐液相黏结，使球团形成均匀致密的微观结构。

摘要:“双碳”背景下非高炉炼铁工艺技术开发已成为低碳冶金的重要内容。 作为一种富含 C、H 元素的可再生能源，生物质被碳化处理后可作为转底炉含碳球团的还原介质替代原料，该项研究对进一步降低碳排放，推动含碳球团技术发展具有重要的现实意义。 本文选取核桃壳、瓜子壳和花生壳三种生物质炭为还原剂制备含碳球团，研究生物质炭种类、温度和时间对含碳球团还原过程和动力学的影响，确定还原过程的动力学限制性环节。 结果表明，温度对生物质含碳球团还原的影响显著，升高温度能有效促进铁氧化物还原。 花生壳热解炭质地疏松、比表面积大，该结构特性展现出良好的还原性能。 以花生壳生物质炭制备的球团在1 100 ℃下还原20 min 后反应分数达到 86. 61% 。 扩散过程是花生壳基含碳球团还原过程的限制性环节，其表观活化能为 63. 886 kJ/ mol。 本文研究成果将为生物质含碳球团的实际应用提供理论基础和技术支撑。

摘要:为实现炼焦除尘灰的资源化利用并探索其作为球团矿原料的可行性，本文系统考察在造球过程中配加炼焦除尘灰对生球、干球及成品球团矿等关键质量指标的影响，旨在确定其工业化应用的技术方案。 试验以鞍钢磁铁精矿为主要原料，按不同比例掺配炼焦除尘灰进行球团制备与焙烧。 结果表明：炼焦除尘灰的配入对生球和干球质量指标的影响较小，均能满足球团矿常规生产工艺要求。 在除尘灰配比≤0. 6% 时，成品球团矿的抗压强度随配比增加而逐渐升高，满足高炉冶炼要求；但当配比超过 0. 4% 时，焙烧过程中球团之间会发生黏结，且配比越高黏结情况越严重，影响正常生产。 值得关注的是，炼焦除尘灰的配加显著优化了成品球团矿的冶金性能，有效改善了低温还原粉化指数并显著降低了还原膨胀率。 这一积极作用可显著减少高炉炼铁过程中球团矿还原阶段产生的粉末量，有力保障高炉内料柱的透气性与高炉生产的长期稳定顺行。 本文成果可为钢铁企业高效、环保地消纳炼焦除尘灰提供切实可行的技术途径与理论依据。

摘要:受复杂矿物组成与特殊嵌布特征的限制，针对鲕状赤铁矿的传统选矿工艺难以实现理想的分离指标。 为探究高磷鲕状赤铁矿的可还原性及直接还原过程中有害杂质元素的行为，本文以湖北宜昌地区长阳鲕状赤铁矿为研究对象，分别采用煤炭、CO 及 H₂ 三种还原剂开展直接还原试验，考察还原过程中铁、磷及铝等主要组分的矿物相变化与反应特征。 长阳鲕状赤铁矿铁品位为 50. 53% ，磷和铝质量分数分别为 0. 83% 和 3. 87% ，钙质量分数为 6. 73% ，二元碱度为 1. 03。 通过 Factsage 热力学软件计算，铁矿物分级还原过程中产生的 FeO 易与含铝矿物相反应生成难还原的铁铝尖晶石，从而抑制还原反应的深入进行。 此外，鲕绿泥石等含铝物相在 CaO 熔剂存在下的还原行为得到显著改善，含磷物相中的磷元素则倾向于在较高温度下迁移并富集于还原产物中的金属铁相。 在还原温度为 1 050 ℃ 、保温时间为 90 min 的条件下，采用煤炭、CO 和 H₂ 作为还原剂对该矿样进行直接还原处理，产物的金属化率分别为 83. 43% 、88. 90% 和 96. 75% 。 通过分析球磨和磁选后的还原产物，三种还原方式在脱磷效果上差异较小，脱磷率均维持在约 70% ；而在铝的脱除方面，H₂ 还原产物表现出显著优势，其脱铝率达到 68. 33% ，明显高于煤和 CO 还原所对应的 45. 71% 和 43. 55% 。 对直接还原铁和磁选尾矿的 XRD、SEM 分析结果显示：H₂ 的还原效果最佳，能最大限度地破坏致密的鲕状结构，改善磁选工艺条件，提高金属化率。

摘要:以含铁窑渣高值资源化利用为目标，基于高温含铁窑渣物化性能提出在线还原—熔分工艺，利用 Factsage 热力学软件研究含铁窑渣在线还原—熔分质能匹配规律，基于热力学模拟结果以焦炭为还原剂研究高温含铁窑渣在线还原—熔分机理，探明还原—熔分反应过程物相组成变化规律，获取适宜碳氧质量比、升温速率及熔分温度等参数。 结果表明：含铁窑渣还原—熔分过程发生的反应主要为铁氧化物、氧化锌和铁酸锌的还原，以及 CaO-SiO₂ -MgO-Al ₂O₃ 渣系的熔分；计算得出在线还原—熔分方法处理高温含铁窑渣能够节省约 1. 76 × 10 ⁸ J/ t 的热量，在减少焦炭消耗的同时也降低了 CO₂ 的排放；在碳氧质量比为 1. 4、升温速率为 15 ℃ / min、熔分温度为 1 500 ℃的条件下，含铁窑渣的还原—熔分效果较好，金属收得率达到 93. 67% 。

摘要:“双碳”战略目标背景下，氢基还原铁矿是钢铁工业绿色转型的关键路径。 本文联合应用维萨拉（Vaisal）温湿度计和红外煤气分析仪，设计并验证一套适用于高温氢基还原铁矿的气体在线检测系统，满足高 H₂O 含量检测要求。 在还原温度为 1 173 ~ 1 373 K、还原气氛为 60% CO + 40% H₂ 和还原时间为 40 min 的条件下进行试验，结果表明：通过优化系统设计后，该系统在高温条件下具有较好的响应性和灵敏度；随着还原温度和时间的增加，气体在线检测系统的整体误差逐步减小，系统核算的失重与断点称重实测结果差值为 0. 01 ~ 0. 11 g，在测量误差范围之内，具有较高的准确性。 基于所设计的气体在线检测系统，可为实验室高温下氢基还原的动力学研究提供一种新的检测手段。

摘要:为探究气基竖炉内直接还原铁（DRI）的黏结机理，分析黏结现象与生产工艺的内在联系，本文通过冷固结球团高温还原试验模拟竖炉直接还原过程，采用扫描电镜（SEM）和能谱分析（EDS）对还原后球团的形貌、成分及黏结结构进行观察与表征。 结果表明，球团间黏结物的 TFe 质量分数高达 93. 56% ，碎屑黏结物因脉石富集导致 TFe 质量分数较低为 53. 88% ；球团之间的黏结主要由还原后铁元素的聚集与长大导致，其过程可分为低于 800 ℃ 的低温固相烧结和 800 ~ 900 ℃的高温还原融合两个阶段。 黏结形态受颗粒接触、扩散及高温融合共同影响，其中， 高温阶段铁原子的扩散与再结晶是黏结强化的关键。 DRI 的黏结现象不可避免，但可通过控制原料强度、还原温度、金属化率等条件减轻黏结程度。 本文研究成果可为优化气基竖炉生产工艺、提高 DRI 产品质量提供理论依据。

摘要:为解决工业化生产中转底炉球团金属化率偏低的问题，探究含锌尘泥球团直接还原的影响因素和最佳参数，本文通过设计五因素五水平正交试验，分析不同空煤比、n（C） / n（O） （物质的量之比）、还原温度、炉底转速对球团金属化率的影响，获得最佳的还原工艺参数，并开展不同入炉生球量对比验证试验。 结果表明：转底炉还原二区温度和 n（C） / n（O）是影响直接还原的显著因素，对还原过程的影响远大于空煤比、还原一区温度和炉底转速。 此外，球团金属化率与入炉生球量关系密切，随着入炉生球量的增加，球团金属化率逐渐下降。 在空煤比为 2. 2、n（C） / n（O）为 1. 4、还原一区温度为 1 250 ℃ 、还原二区温度为 1 260 ℃ 、炉底转速为 25 min 的最佳还原参数下进行生产实践，在满足设计指标的前提下，即入炉生球量≥26 t / h 时，球团的金属化率明显提高，从 2023 年的 67. 10% 提升至 2024 年的 72. 16% 。 本文研究成果可为转底炉生产中提升含锌尘泥球团的金属化率提供技术参考。

摘要:黏结相强度是衡量铁矿粉烧结基础特性的重要指标之一，铁矿粉本身的矿物学特性与黏结相强度密切相关。 在对现场 6 种铁矿粉进行矿物学特性及烧结基础特性研究的基础上，进行焙烧试样的矿相结构定量研究，综合分析各因素对黏结相强度的影响机理。 结果表明：6 种铁矿粉中，纽曼粉以赤铁矿为主，石英质量分数为 4. 1% ； 铁精粉以磁铁矿为主，石英质量分数为 4. 9% ；其他 4 种均以褐铁矿为主，石英质量分数为 3. 1%~ 5. 6% 。 各试样的粒度分布欠均匀，超特粉粒度较大，主要集中在 5 ~ 10 mm；国内铁精粉粒度最小。 6 种铁矿粉的 TFe 质量分数为 56. 87%~ 65. 62% ，其中超特粉 TFe 含量最低，国内铁精粉 TFe 含量最高；SiO₂ 质量分数为 3. 33% ~ 5. 90% ，超特粉 SiO₂含量最高，PB 粉 SiO₂ 含量最低。 焙烧试样中金属相主要为赤铁矿，黏结相主要为铁酸钙，其中超特粉中铁酸钙含量最高，麦克粉中赤铁矿含量最高；显微结构均以熔蚀交织结构为主，但气孔特征差异明显，麦克粉以薄壁大气孔为主，气孔率最高。 铁矿粉黏结相强度与焙烧试样中铁酸钙含量呈正相关，与赤铁矿含量及气孔率呈负相关；与原料中石英和褐铁矿含量密切相关，与 TFe 含量关系不明显。 本文研究成果对不同种类铁矿粉的合理利用、优化烧结配矿具有理论意义和应用价值。

摘要:铁精矿中钛杂质含量高会严重影响其经济价值，因此对铁精矿提品降钛具有重要意义。 本文以某选厂的高钛铁精矿为研究对象，开展矿石性质分析与浮选降钛中试试验研究。 结果表明：高钛铁精矿中金属矿物的质量分数为 97. 77% ，主要包含质量分数为 87. 88% 的（钛）磁铁矿、质量分数为 9. 62% 的钛铁矿；脉石矿物质量分数约为 2% ，主要为透闪石、石英、长石、黑云母、斜帘石、石榴石等；钛元素在钛铁矿中的分布率为 95. 91% ，在含钛磁铁矿中的分布率为 2. 63% ，该矿石具有实际分选的可能性。 通过中试试验模拟连续生产条件下铁精粉的降钛分选指标，试验期间铁精粉的 TFe 质量分数≥65. 0% 、TiO₂ 质量分数为 4. 80%~ 5. 30% ，采用浮选机组“一粗三扫”反浮选工艺，以 CT09 为抑制剂、CT06 为捕收剂，可分离出产率约为 75% 、w（TFe）≥67. 5% 、w（TiO₂ ）为 1. 5%~ 1. 9% 的低钛铁精粉；现有 TiO2 质量分数为 5% 的铁精粉反浮选降钛下限为 1. 3% 左右，获得的低钛铁精粉产率约为 65% 、 w（TFe）约为 68% ，低钛铁精粉销售品级可提高一个等级。 本文试验结论可为该类型铁精粉降钛分选提供技术依据。

摘要:针对当前烧结混合料粒度检测方法存在的图像边缘模糊、多尺度特征提取不充分带来的精度低以及现有模型庞大等问题，本文提出一种基于 HGM-UNet 网络的烧结混合料粒度检测模型。 该模型采用 Ghost 卷积，通过引入轻量化卷积核和稀疏特征图表示，有效降低计算复杂度和内存消耗；通过 Haar 小波下采样模块改进 UNet 编码器部分，充分提取多尺度特征，提高了模型的精度；引入 MSCA 注意力机制，提升边界识别和结构细节的精确度； 加入边界加权交叉熵损失函数更好地学习和保留目标物体的边界信息，提高烧结混合料粒度的分割精度。 建立烧结混合料数据集并进行对比验证，结果表明：该模型比传统 UNet 网络的 mIoU 提升 2. 50% 、PA 提升 2. 58% 、 Dice 系数提升 2. 55% 、参数量降低 25. 4% 。

摘要:焦炭的 CSR（焦炭反应后强度）和 CRI（焦炭反应性指数）性能指标对提高高炉冶炼效率、降低生产成本和促进绿色生产等起到至关重要的作用。 传统依赖人工经验调控存在响应慢、误差大等问题，难以实现对 CSR 和 CRI 的精准实时预测。 本文基于焦炭的灰分、挥发分、硫分和固定碳等基础属性，采用大数据拟合与机器学习技术，构建预测 CSR 和 CRI 的决策树算法；通过网格搜索结合交叉验证来优化超参数，筛选出最优的决策树，并利用特征相关热图、特征相关性及 SHAP 值解释模型的预测机制。 结果表明：当树深度为19、随机种子数为44 时，CSR 模型的预测效果最佳，精度达 98. 543% ；当树深度为 18、随机种子数为 75 时，CSR 模型的预测效果最佳，精度达 96. 825% ；现场测试结果显示，封装后在线实时预测软件的单次预测时间仅为 0. 1 ~ 0. 3 s，软件具备良好的实时性与稳定性。 本文开发的预测系统能有效支持高炉生产中焦炭的质量决策，显著提升预测效率与准确性，推动炼铁过程向智能化、绿色化和高效化发展。

摘要:烧结矿余热回收利用是影响钢铁企业节能降碳的主要因素之一，而烧结矿床层内气固换热过程直接影响出口热载体的温度和余热回收效果。 基于此，本文以烧结矿竖冷炉为研究对象，借鉴非热力学平衡和多孔介质内流动传热理论建立竖冷炉内气体动量方程和气固双能量方程模型，重点分析进口矿温、进口风量和风温等关键运行参数对竖冷炉床层内气固换热过程的影响规律。 结果表明：随着进口矿温、进口风量和风温的升高，床层内气流压力增大；床层内出口热载体温度和净均随进口风量的升高先增大后变小，而随进口矿温和进口风温的升高逐渐增大。 效率随着进口风量和风温的升高先增大后变小，而进口矿温的升高会导致效率的降低。 在满足排矿温度的前提下，应尽可能提高进口风温，并通过设置进口矿温和进口风量，竖冷炉能够获得较大的空气净和效率。

摘要:针对工业生产中石灰回转窑使用低热值煤气作为燃料时所面临的燃烧稳定性差、高温火焰过于集中的问题，本文设计一种新型的煤气内部预混燃烧器，采用数值模拟方法对石灰回转窑中的传统多通道煤气燃烧器与新型煤气内部预混燃烧器进行深入研究，对比分析速度场、温度场、组分浓度场以及 NO_x 排放等关键参数的变化情况。 结果表明：增设的混煤空间和旋流出口，可以实现不同煤气燃料的部分预混合，调节回转窑内燃烧过程中的火焰形状和燃烧强度，使得回转窑内中心线的温度峰值相比传统燃烧器下降了 75 K，同时，窑尾的平均温度提升了 40 K。 整体而言，这样的改进显著提升了回转窑内的温度分布，满足了高质量石灰石煅烧的工艺要求。 研究表明，煤气内部预混燃烧器对于低热值煤气燃料的高效燃烧具有积极作用。 它不仅提高了燃料的燃烧效率，还有效减少了 CO 的生成量。 尽管此举导致了 NO_x 排放量的小幅增加，从 98 mg / m ³ 增至 104 mg / m ³ ，增幅为 6. 12% ，但总体来看，污染物排放得到有效控制，符合环保标准。 本文验证了煤气内部预混燃烧器在提高能效和减少环境污染方面的潜力，为石灰回转窑的燃烧技术提供了重要的改进方向。