碳还原熔渣中氧化物发泡过程特性参数计算

分析了高温熔渣中碳还原氧化物的反应和传热机理,确定了还原反应产生气体量和时间的关系,进而给出了相应的内生气源发泡方程.介绍了计算发泡特性参数软件的特点和功能,特别是对确定消泡过程的开始时间进行了详细的讨论.将在10kg感应炉测定含TiO2渣的实验结果,通过计算程序确定了内生气源引起发泡过程的特性参数.     

TiO2对合成渣中Fe2O3还原发泡过程的影响

研究了不同条件下TiO2和Fe2O3在合成渣中被碳还原时的发泡过程．计算了该发泡过程的发泡系数、消泡系数、平均发泡寿命、发泡强度和消泡过程开始的时间．用熔渣发泡参数定量地讨论了温度、TiO2加入量和初渣中TiC的含量对熔渣发泡过程的影响，发现当初渣中TiC的含量和TiO2加入量较多时，在发泡时会产生二次发泡现象．     

铁浴法熔融还原熔渣的粘度计算模型

熔融还原工艺是钢铁工业的前沿技术之一，铁浴法熔融还原因近似周期性地加料，使得熔渣组成及性质在冶炼过程中具有动态变化特性，熔渣粘度对于冶炼过程有重要影响，熔渣粘度计算模型的建立可以对粘度进行快速预测，根据熔渣的离子结构理论及铁浴法熔融还原熔渣的特点，建立了熔渣粘度计算的模型，并编制了计算程序，该模型与Georges Urbain提出的建立在二元和三元熔体粘度数据基础上的多元渣系粘度计算模型比较，作者在计算值与测量值吻合更好，与测定的熔融还原渣系粘度比较，计算值与测定值吻合较好，该模型可较好地用于铁浴法熔融还原熔渣粘度的计算。     

电炉粉尘循环利用造泡沫渣

在实验室中研究了电炉粉尘和煤粉加入量及温度对泡沫渣高度的影响。结果表明,在电炉渣中加入0－30％的电炉粉尘和3％－12％的煤粉（质量分数）时,随粉尘煤粉加入量的增加以及温度的提高,泡沫渣的最大发泡高度增加;在加入电炉粉尘造泡沫渣过程中,随温度升高,渣中ZnO的还原挥发速度加快,反应6min,Zn的挥发率大于97％,在本实验条件下,反应3min,渣中pb小于0．02％,温度对PbO的还原挥发速度无明显影响。     

泡沫沥青衰变方程与发泡特性评价

目前常用膨胀率和半衰期指标来评价沥青的发泡特性,由于缺乏明确的数值评价标准,有时难以判断最佳发泡参数.比较了现有的4种衰变方程,选定了泡沫沥青衰变方程的基本形式,应用微分方法推导出实际最大膨胀率的通式,由泡沫沥青衰变的边界条件修正得到标准衰变方程,从能量角度出发定义了泡沫能量指标,通过积分给出了计算公式.对实际工程所用4种沥青的发泡试验数据进行分析,泡沫能量指标物理意义明确,量化了沥青的发泡特性,既可确定沥青的最佳发泡参数,又可评价不同沥青的发泡特性.     

冷再生设备制备不同材料泡沫沥青工艺参数优化

基于自主研发的泡沫沥青试验机,为获得常用再生沥青料最优的泡沫沥青发泡特性,设计正交试验,以膨胀比和半衰期为评价指标,分析温度、含水量和压力3因素对泡沫沥青发泡特性的影响。应用FB100泡沫沥青试验机,针对不同材料沥青,进行试验研究。通过正交试验,并对其做方差分析,可以确定不同工艺参数对泡沫沥青发泡特性的重要度,并通过对东海36-1-90#沥青的试验对其进行了验证。研究结果表明:针对此泡沫沥青试验机,施工中常用的4种再生沥青:东海36-1-90#沥青、中海90#沥青、SK90#沥青、中海AH-90#沥青的最优发泡工艺参数分别为150℃和1.5%含水量、160℃和2.5%含水量、150℃和2%含水量、170℃和2.5%含水量,为其在泡沫沥青冷再生工程施工应用中提供数据依据和参考。     

冶金熔体泡沫分类的研究

根据冷态和热态模拟实验结果证实冶金熔体产生的泡沫化现象与水溶液－气泡系统的泡沫化现象扔相似规律，铁水熔池终还原阶段形成的泡沫渣和熔融发泡法制备的铝合金泡沫，均存在球状泡沫型和多面体泡沫型２种不同形态的泡沫结构，气源类型，泡沫形成环境和熔体的物理化学性质是影响冶金熔体泡沫结构及其稳定性的主要因素。     

铁浴式熔融还原型熔体的起泡性研究

铁浴式熔融还原熔渣内ＦｅＯ浓度高，使熔体的组成和性能具有特殊的行为，研究结果表明，铁浴式熔融还原熔渣会产生泡沫渣现象，泡沫渣的产生与渣中ＦｅＯ的浓度及其还原浓度，熔渣的碱度等因素有关，在熔体添加焦碳颗粒能抑制熔渣的起泡，使熔渣的起泡能力降低或不起泡。     

防灭火三相泡沫添加剂的实验

通过对粉煤灰物理特性和化学成分分析，在其浆液中加入一种合适的发泡剂和稳泡剂，经过物理发泡方式形成粉煤灰三相泡沫，用于防治矿井自然发火。对所选发泡剂在粉煤灰浆液中的发泡性能以及稳泡剂和浆液浓度对粉煤灰三相泡沫稳定性的影响进行了系列实验，井对实验结果进行了分析。指出KDF-l发泡剂适合制备发泡倍数较高、稳定时间较长的煤灰三相泡沫，给出了KDF-l发泡剂用于浆液发泡的最佳浓度。     

中间相沥青基泡沫炭发泡过程及其动力学研究

以AR中间相沥青为原料,结合TG、黏度分析、MS及IR等表征方法研究了中间相沥青基泡沫炭的发泡过程及其动力学特征.结果表明:中间相沥青在发泡过程中主要发生脂肪碳链的热解反应并释放出H2、CH4、H2O和CO等气体,导致熔融沥青中的分子组成产生变化,进而引起其黏度变化.在此基础上采用TG分析模拟不同升温速率及发泡温度下中间相沥青的失重过程,并通过拟合中间相沥青恒温阶段的TG曲线,发现中间相沥青的恒温失重率Δw与发泡时间tb成较好的线性关系,结合Arrhenius方程计算得到不同升温速率下恒温发泡过程的动力学参数.此研究工作对于中间相沥青基泡沫炭的可控制备具有较好的理论指导作用.     

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.     

轧制制度对闭孔泡沫铝材料塑性的影响

研究了采用熔体发泡法制备的闭孔泡沫铝材料的轧制过程,分析了不同道次压下量条件下泡沫铝的变形特点与破坏方式,探讨了影响泡沫铝轧制能力的主要因素.结果表明:闭孔泡沫铝的轧制应遵循多道次、小变形的原则.道次压下量为0.1 mm时,Si质量分数为12%的泡沫铝(厚度约11 mm)经10道次变形后可实现1 mm的总变形量.道次压下量过大时泡沫铝的破坏方式为典型的脆性断裂,适宜的压下量则有利于发挥泡沫铝良好的吸能性,但小变形时易出现弯曲而使材料最终发生剪切破坏.提高泡沫铝轧制能力的具体方法为降低基体中的Si含量,提高材料组织性能的均一性,轧制工艺中采用适宜的道次压下量和较低的轧制速度.     

铁酸锌气体还原的热力学分析

根据热力学原理,计算并分析了含锌冶金粉尘中的重要成分ZnFe2 O4在CO- CO2气体还原过程中的热力学行为. ZnFe2 O4的气体还原遵循逐级还原规律,且ZnFe2 O4很容易被CO还原到ZnO和Fe3 O4.较高温度条件下,ZnO的气体还原易于FeO的还原.随着反应温度升高,锌完全反应和挥发所需要的CO含量不断降低,当反应温度从1100 K升高到1400 K时所需的CO体积分数由0.4降低到0.01以下.要达到还原分离金属锌的目的,不必将铁氧化物还原到金属铁,而只需将铁氧化物还原到Fe3 O4或FeO,同时满足锌的还原条件即可.在高炉炉身中上部,由于发生锌的还原反应和内部循环,给高炉生产带来危害,因此应减少和控制高炉的锌负荷.     

熔融还原过程硅还原氧化行为

试验研究熔融还原过程条件下SiO2还原氧化行为及对过程的影响。研究表明：喷吹煤粉燃烧温度、煤的灰份组成影响SiO2还原过程。通过适当选择煤种和控制氧煤喷枪的喷吹位置,可以减轻SiO2还原挥发过程的不利影响。     

预还原硼铁矿熔化分离铁和硼

在实验室条件下考查了预还原硼铁矿的金属化率、熔化分离温度及时间对硼铁分离的影响,获得了考查因素与熔化分离结果参数(铁中[B],渣中(B_2O_3),(FeO)含量)间的回归方程。结果表明:预还原硼铁矿经熔化可有效地将铁和硼的氧化物分离,B_2O_3和Fe的回收率均大于95％。     

Staged reaction kinetics and characteristics of iron oxide direct reduction by carbon

Staged reduction kinetics and characteristics of iron oxide direct reduction by carbon were studied in this work. The characteristics were investigated by simultaneous thermogravimetric analysis, X-ray diffraction (XRD), and quadrupole mass spectrometry. The kinetics parameters of the reduction stages were obtained by isoconversional (model-free) methods. Three stages in the reduction are Fe₂O₃→Fe₃O₄, Fe₃O₄→FeO, and FeO→Fe, which start at 912 K, 1255 K, and 1397 K, respectively. The CO content in the evolved gas is lower than the CO₂ content in the Fe₂O₃→Fe₃O₄ stage but is substantially greater than the CO₂ contents in the Fe₃O₄→FeO and FeO→Fe stages, where gasification starts at approximately 1205 K. The activation energy (E) of the three stages are 126–309 kJ/mol, 628 kJ/mol, and 648 kJ/mol, respectively. The restrictive step of the total reduction is FeO→Fe. If the rate of the total reduction is to be improved, the rate of the FeO→Fe reduction should be improved first. The activation energy of the first stage is much lower than those of the latter two stages because of carbon gasification. Carbon gasification and Fe_xO_y reduction by CO, which are the restrictive step in the last two stages, require further study.     

还原气氛和脉石成分对氧化球团还原膨胀的影响

以Fe2O3粉为原料,分别配加SiO2,CaO及MgO制备氧化球团,系统研究了H2和CO两种还原气氛及不同脉石成分对氧化球团还原膨胀的影响,并进行了理论分析.研究表明,还原气氛中H2含量的增加,有利于降低球团的还原膨胀率,还原后球团晶体结构完整,品质较好;Fe2O3球团中配加少量CaO,有利于焙烧时产生少量液相而改善球团的冶金性能,但CaO含量不宜过大;在保证产品质量前提下,适当控制球团矿品位,含有少量SiO2等脉石杂质,有利于焙烧时产生渣相连接,提高球团的强度,降低还原膨胀率;球团中添加MgO有利于形成稳定的晶体结构,从而改善球团的性能.     

转炉铬矿熔融还原法不锈钢直接合金化的研究进展

在介绍了转炉用铁水冶炼不锈钢工艺技术的基础上,论述了铬矿熔融还原工艺的研究现状,指出目前在转炉铬矿熔融还原法不锈钢直接合金化工艺的研究工作中存在的主要问题包括:对铬矿在渣中溶解行为的研究报道较少,目前为止,尚未对熔融还原机理达成一致观点,研究成果的应用具有局限性以及对于铬矿熔融还原过程反应动力学模型的研究很少.因此,加强铬矿熔融还原工艺的研究和推广工作,使我国早日实现转炉熔融还原直接冶炼不锈钢的工业化生产,将对推动我国和世界不锈钢产业快速发展具有十分重要的战略意义.