Effect of magnesia on the compressive strength of pellets

The compressive strength of MgO-fluxed pellets was investigated before and after they were reduced. The porosity and pore size of green pellets, product pellets, and reduced pellets were analyzed to clarify how MgO affects the strength of the pellets. Experimental results show that when the MgO-bearing flux content in the pellets increases from 0.0wt% to 2.0wt%, the compressive strength of the pellets at ambient temperature decreases, but the compressive strength of the pellets after reduction increases. Therefore, the compressive strength of the pellets after reduction exhibits no certain positive correlation with that before reduction. The porosity and pore size of all the pellets (with different MgO contents) increase when the pellets are reduced. However, the increase in porosity of the MgO-fluxed pellets is relatively smaller than that of the traditional non-MgO-fluxed pellets, and the pore size range of the MgO-fluxed pellets is relatively narrower. The reduction swelling index (RSI) is a key factor for governing the compressive strength of the reduced pellets. An approximately reversed linear relation can be concluded that the lower the RSI, the greater the compressive strength of the reduced pellets is.     

生物质用于转底炉直接还原工艺研究

为了探讨生物质还原剂用于生产金属化铁的可行性,针对转底炉直接还原工艺,从金属化率、抗压强度和体积收缩率三方面入手,分析了竹炭、木炭、秸秆纤维等3种生物质还原剂以及传统还原剂煤粉对含碳球团还原效果的影响。试验结果表明,生物质能够替代传统还原剂用于转底炉直接还原工艺。与传统还原剂相比,生物质还原剂在含碳球团金属化率方面的影响较小,但不同生物质对含碳球团强度和体积收缩率等方面的影响较大。秸秆纤维含碳球团的强度相对较高,但竹炭和木炭含碳球团的强度较低,需在较高温度下(1 300℃)焙烧才能达到后续生产要求;使用竹炭作还原剂的球团前期膨胀较其他还原剂更为严重,直接导致其高温区体积收缩率较小,从而影响含碳球团的强度和热量传递,需与其他还原剂搭配使用。     

Numerical simulation of the direct reduction of pellets in a rotary hearth furnace for zinc-containing metallurgical dust treatment

A mathematical model was established to describe the direct reduction of pellets in a rotary hearth furnace (RHF). In the model, heat transfer, mass transfer, and gas-solid chemical reactions were taken into account. The behaviors of iron metallization and dezincification were analyzed by the numerical method, which was validated by experimental data of the direct reduction of pellets in a Si-Mo furnace. The simulation results show that if the production targets of iron metallization and dezincification are up to 80% and 90%, respectively, the furnace temperature for high-temperature sections must be set higher than 1300℃. Moreover, an undersupply of secondary air by 20% will lead to a decline in iron metallization rate of discharged pellets by 10% and a decrease in dezincing rate by 13%. In addition, if the residence time of pellets in the furnace is over 20 min, its further extension will hardly lead to an obvious increase in production indexes under the same furnace temperature curve.     

文丘里计测量气—固两相流测量的实验和数值计算

给出可用文丘里计测量气-固两相流流量的实验和数值计算的结果,发现了进口与喉口以及喉口与扩张段之间的压差灵敏度是确定载荷比和气体流量的主要参数,压降可被守恒变量和源项模型预测,并与实验值相吻合,文丘里计有可能作为测量气-固混合物在一相流量的一种手段,     

球团矿还原的动力学模型分析

基于还原炉控温还原实验,通过分析CO和H2还原球团矿过程中的反应速率模型,提出两种气体混合后还原球团矿的反应动力学模型,得到还原过程中阻力和反应速率随温度及还原度的变化规律,得出结论:CO还原球团矿时,内扩散阻力所占比例随着温度及还原度增加而变大;H2还原球团矿时,内扩散属于速率控制环节;混合气还原球团矿时,反应速率随温度升高而增大,温度低于500℃时,CO浓度增加,反应速率降低,而温度超过500℃后,反应速率则随着CO浓度的增加而增大;混合气反应速率模型的计算值与实验结果一致。     

铁矿--生物质复合球团还原行为及还原动力学

通过分析生物质合成气气氛下,不同组分复合球团(添加和未添加生物质)的还原速率、还原度、表面微观结构和失重变化规律,对球团中添加生物质的作用机理以及含生物质球团还原过程的限制性环节展开研究.添加生物质的复合球团表面结构比无生物质球团疏松,孔隙率高,有利于后续还原的热质传递,增加产物还原度,降低反应活化能;复合球团的还原以收缩核方式进行,在1123~1323 K温度范围内,界面化学反应是两种球团还原反应的主要控速环节;添加生物质后,有利于界面化学反应的进行,使得球团的还原表观活化能由95.448 kJ·mol-1降低到68.131 kJ·mol-1.     

铁基载氧体化学链燃烧还原过程的数学模型

为了研究铁基载氧体的反应特性,基于未反应缩核模型建立了移动床内铁基载氧体颗粒还原过程的一维数学模型.模型中考虑了铁基载氧体与H2、CO的多级还原反应,气体组分体积分数模拟值与实验值的平均误差为6.9％,总还原度的平均误差为11.2％.研究表明:铁基载氧体在移动床反应器内最终还原度约为23％,主要进行的反应是第一级和第二级还原反应,第一级和第二级还原度分别为95％和40％;提高反应器内温度、选择合适的载氧体粒径及气固比有助于增加反应的深度,提高合成气及铁基载氧体的利用率,载氧体粒径建议取1 ～2mm.     

Dual gas-solid reactions with converse vector in ferrous metallurgy and its character

A concept of dual gas-solid reactions with the converse vector that simultaneously take place inside the pellet and between the gas and pellet has been put forward. Two parameters used for describing the character of dual gas-solid reactions are found out and verified by the reduction experiment of the pellet containing carbon in CO2 atmosphere. Of the parameters, critical rate of dual gas-solid reactions with converse vector is used to express minimum rate of gas-solid reaction inside the pellet, which is able to make reaction between gas and pellet halt. This rate can be measured and calculated. Diffusion coefficient of dual gas-solid reaction with converse vector disturbed by the gas expelled from inside the pellet can also be calculated by the critical rate and reaction rate of gas-solid inside the pellet.     

富氧率对钒钛磁铁矿球团还原行为的影响

模拟研究了不同富氧率条件下钛磁铁矿氧化球团的还原过程.通过扫描电镜观察钒钛磁铁矿球团还原过程中的微观结构变化,结合能谱仪研究分析了还原过程中产物的分布变化.结果表明,富氧率的提高对还原度和还原速率提高有明显促进作用.还原过程中钛铁分离伴随着Al元素向高钛矿中迁移富集,最终Al与Ti原子数比为1∶3,Al很可能与钛铁氧化物固溶,形成某种复合化合物并导致球团矿还原难度增加.运用三种不同模型对球团矿还原过程对比分析,发现混合模型可以很好地表征球团矿不同阶段的还原过程.利用混合模型计算得出球团矿还原过程的动力学参数.结果表明,随着富氧率的升高,球团矿还原活化能逐渐降低,从不富氧到富氧79%条件下,活化能由26.5 k J/mol降低到19.68 k J/mol,活化能的降低增加了相同条件下活化分子的数量,提高了反应速率,有利于球团矿在较低还原温度条件下快速反应.     

负载型光催化剂还原Cr6+的研究

采用一种新型负载型TiO2光催化剂进行光催化还原Cr^6 的研究。实验结果表明光催化还原过程中生成了氧气，通过测定光催化反应过程溶液中溶乳量的变化验征了TiO2光催化还原Cr^6 的机理。溶液pH值对反应有较大的影响，还原反应速率随pH增大而减小。有机物的存在对光催化还原反应有不同的影响，甲醇、乙酸对Cr^6 的光催化还原具有促进作用，而三氯甲烷、戊烷、甲苯表现出抑制作用。由于还原产物三价铬离子以Cr(OH)3的形式沉积于催化剂表面致使催化剂活性下降，可以通过用稀硫酸浸泡的方法使催化剂再生。     

甲缩醛合成的本征动力学研究

以大孔强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂为催化剂，对甲醛、甲醇合成甲缩醛的反应动力学进行了研究，提出了本征动力学模型。生成甲缩醛的反应速度与甲醇的浓度呈两级反应，与甲醛、甲缩醛、水和催化剂浓度均呈一级反应。正逆反应的频率因子分别为Ａ＿（０１）＝１．７２８５×１０￣４、Ａ＿（０２）＝４．９７５×１０￣８；活化能分别为Ｅ＿１＝６．８６２×１０￣３、Ｅ＿２＝９．１６９×１０￣３。对模型作了检验，其一致性良好。     

不同还原度铁氧化物球团在微波场中的升温及还原行为

为深入了解氧化球团在微波竖炉中的升温以及煤基直接还原行为,实验采用铁精矿氧化球团作为基础原料,在气体还原剂条件下进行预还原,通过控制还原时间得到不同还原度铁氧化物球团,并从不同还原度铁氧化物球团的结构以及性能出发,研究它们在微波场中的升温性能及其还原变化.电磁性能测试结果表明,球团中的铁及其氧化物在微波场中的升温速度从快到慢依次为:Fe3O4,Fe2O3,Fe,FeO.微波加热还原结果分析及矿相结构观察显示,Fe2O3的深还原时间较长,物相多重转变,造成过程温度和还原气氛跟不上氧化物的还原反应速度;Fe3O4阶段升温速度快,结构松散,有助于进一步的还原,但进入浮士体(FeO的固溶体)阶段后孔隙率降低,升温速度骤降,造成还原的困难;在还原度达到66.90％时,表层以金属铁相为主,孔洞发达,吸波性能强,在气化反应有效进行的条件下,球团将会实现快速还原.     

基于最小Gibbs自由能原理的铁氧化物气固还原热力学研究

基于最小Gibbs自由能原理建立了铁氧化物气固还原反应的热力学模型,由模型计算结果作出铁氧化物气固还原反应平衡图,与文献中实验数据吻合良好.与常用冶金学教材和热力学数据库中给出的参考数据进行了对比,不同来源的热力学数据差异较大.探究了铁氧化物逐级还原的热力学平衡情况.计算了CO和H2混合气体还原铁氧化物的热力学平衡,推导了平衡时气体总利用率η总 的计算公式,作出了CO和H2混合气体还原铁氧化物的三维平衡图,并与文献中实验数据对比,验证了结果的正确性.     

煤焦催化气化的修正随机孔模型研究

针对煤焦催化气化中传统的动力学模型不再适用这一情况，以广泛应用于煤焦气化动力学研究的随机孔模型为基础，考虑了催化剂对反应过程的催化作用，通过引入催化作用因子，建立了适用于煤焦催化气化反应的修正随机孔模型．选取神府煤焦为研究对象，将煤焦CO2催化气化作为探针反应，做了典型KCl催化荆和K-Ni复合催化剂的催化气化实验，并对模型进行了验证．结果表明：修正随机孔模型较好地体现了煤焦催化气化的动力学规律，即催化剂的添加有效地增大了反应界面处的活性部位和活性表面积，使气化反应在更温和的条件下快速进行．经验常数说明Ni-K复合催化剂的催化能力大于KCl催化剂，这与许多学者的研究结果是一致的．另外，由于反应初期的传质阻力不可忽略，故实验值与模拟值存在一定误差．     

煤粉燃烧动力学参数的试验

在研究煤粉动力学参数时,采用的方法主要有以下几种热重分析、DTFS和小型热模试验。采用自制的气固反应动力学试验装置,通过气体成分的连续检测,对几种煤粉的反应动力学过程进行了试验研究,并通过数学计算,确定了煤粉燃烧过程的一些动力学参数,如燃烧速率、颗粒表面温度,反应活化能和指前因子。除无烟煤之外,本文还选择烟煤进行了尝试性试验。所得结果,对工业流化床反应器的设计有一定的指导意义。     

Mathematical model of the direct reduction of dust composite pellets containing zinc and iron

Direct reduction of dust composite pellets containing zinc and iron was examined by simulating the conditions of actual production process of a rotary hearth furnace (RHF) in laboratory. A mathematical model was constructed to study the reduction kinetics of iron oxides and ZnO in the dust composite pellets. It was validated by comparing the calculated values with experimental results. The effects of furnace temperature, pellet radius, and pellet porosity on the reduction were investigated by the model. It is shown that furnace temperature has obvious influence on both of the reduction of iron oxides and ZnO, but the influence of pellet radius and porosity is much smaller. Model calculations suggest that both of the reduction of iron oxides and ZnO are under mixed control with interface reactions and Boudouard reaction in the early stage, but only with interface reactions in the later stage.     

金氰化浸出过程动力学反应速度估计

金氰化浸出过程中,动力学反应速度的不可测量给模型辨识带来了困难,而由浓度等可测变量估计动力学反应速度是一个不适定逆问题,极易将浓度测量数据中的噪声放大,造成估计结果不准确.采用Tikhonov正则化方法,去除了复杂的动力学反应模型,利用浓度、流量等测量数据和物质守恒方程来辨识金和氰根离子的动力学反应速度,有效地减少了测量数据中误差的传递.实验结果表明,该方法不但能很好地跟踪动力学反应速度的变化趋势,抑制噪声的放大,而且易于实现.与有限差分、平滑滤波估计方法相比,其估计效果明显得到了改善.     

两相流固体速度测量的改进方法

提出一种气、固两相流的流速测量新方法．首先通过对两个传感器之间的流动噪声输送过程进行分析，建立两个传感器信号之间的数学模型．以此为基础提出流速测量的改进方法．实验结果表明：此方法在两相流流速测量中具有较高的精度和较快的软件运行速度，为两相流流速的在线测量提供了一种有效的手段．     

印度尼西亚海砂氧化性球团氢气还原机理

对印度尼西亚海砂矿氧化性球团氢气还原的规律做了较详细的研究。实验采用失重的方法,通过对反应过程的物相变化、热力学以及动力学方面的分析,探究了海砂球团矿氢气还原的机理。结果表明：温度在800℃和850℃,还原反应的最终产物主要是FeTiO3,整个反应限制环节是由两个不同阶段的过程组成,反应开始阶段由界面化学反应控制,之后由界面化学反应与内扩散共同控制；在900、950和1000℃三个温度下,反应产物中有钛氧化物出现,整个还原反应由三个不同的限制性环节组成,开始由界面化学反应控制,反应中间阶段是由界面化学反应和内扩散共同控制,反应后期则是由内扩散控制为主。     

铁精矿冷固球团矿在工业性回转窑内的还原行为

研究了铁精矿冷固球团矿在工业性回转窑内的还原行为。研究结果表明：由于复合粘结剂集粘结、催化和还原诸功能于一体，使冷固球团矿按均质反应模型还原；铁氧化物催化作用及粘结剂的热致聚合效应，使还原反应前期固体桥键得到强化，在还原反应中期粘结剂促进金属桥键形成和长大，从而使冷固球团矿具有良好的还原性及还原过程中具有足够的机械强度，消除了低温还原粉化，是一种优质的直接还原炉料。