等温固定床多球团还原模型

针对单个球团未反应核模型在研究多球反应体系中存在的局限性,首先基于单球团未反应核动力学模型,构建了等温固定床中多球体系下球团矿还原模型；然后通过引入无因次变量,得到方程的解析解,并且采用特征线法进行求解得到了方程的数值解；最后在中温管式炉中设计了等温固定床球团矿还原试验.实验结果与模型计算值有较好的吻合.     

钒钛磁铁矿球团H_2-CO气体还原动力学研究

本文研究了钒钛磁铁矿中性焙烧球团矿用 H_2、CO 和 H_2-CO 混合气体还原,气体的氧化度和球团矿粒度等对还原速度的影响;讨论了反应速度常数与温度的关系,一界面未反应核模型的适应性,以及还原过程中的相对阻力;推荐了这种球团矿还原的基本工艺参数。     

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.     

采用分段法研究含镁球团等温还原过程动力学

为了研究Mg O添加剂对球团矿还原行为的影响以及确定还原反应过程动力学机理,采用球团矿的等温还原标准检验方法,测定3种不同含镁球团的还原性能,考察还原度与还原速率的变化情况。采用分段法对其还原反应过程动力学进行分析,确定反应过程前期和后期不同的动力学机理函数积分式,进而通过建立动力学模型,计算不同阶段的反应速率常数。研究结果表明:前期还原过程反应速率常数受镁含量影响较大,而后期浮氏体还原过程的反应速率常数则受镁含量的影响不大。     

MgO对铁矿球团矿还原后强度的影响

在实验室条件下,研究了Mg O对铁矿球团还原后强度的影响.结果表明:当Mg O质熔剂质量分数由0增加至2.0%时,铁矿球团矿还原后强度得到提升;经还原后,铁矿球团矿的孔径和孔隙度都相应增大,但相比普通球团矿(Mg O质熔剂质量分数为0),含Mg O球团矿(Mg O质熔剂质量分数为2.0%)还原前、后孔径及孔隙度变化幅度相对较小,孔径分布相对集中;还原膨胀是决定铁矿球团矿还原后强度的主要因素;还原膨胀率越低,铁矿球团还原后的强度相对越大.     

含碳球团直接还原熔分机理

为了探究含碳球团还原熔分机理,将分析纯的Fe₂O₃、氧化物和不同还原剂固结成球并进行等温还原实验,研究了温度、还原时间、配碳量、还原剂种类等条件对球团还原熔分行为的影响.进一步采用X射线衍射、扫描电子显微镜等手段表征了含碳球团在不同还原时间的微观结构及物相变化.实验结果表明:焙烧温度过低或过高含碳球团都不能良好熔分,配碳量增加可以提高球团还原和熔分速率,适宜的温度、碳氧摩尔比、还原剂分别是1400℃、1.2和煤粉.含碳球团还原熔分包括直接还原反应、间接还原反应、碳的气化反应、渗碳反应和铁的熔化反应,最后实现渣铁分离.     

高硫铁精矿"一步法"直接还原新工艺

当铁精矿铁品位为69.52%,含硫0.91%时,采用预热球团"一步法"直接还原新工艺,在配入0.2%添加剂K2、预热温度950 ℃、预热时间25 min的条件下强化球团脱硫,脱硫率为97.1%,预热球团矿残硫含量为0.030%,球团矿强度达1083 N/个;添加剂K2的作用机理为其在受热过程中分解,释放活性氧,使脱硫反应的表观活化能由不加添加剂的53.6 kJ/mol下降到44.04 kJ/mol,有利于脱硫反应的进行.脱硫后的预热球团矿在还原温度为1050 ℃、还原时间为2 h、球煤质量比为1∶2的条件下,在马弗炉内还原,得到直接还原铁(DRI)的质量指标为全铁TFe 92.24%,金属化率η(Fe) 95.32%,S 0.014%,P 0.004%,该DRI可作为电炉冶炼优质钢和特殊钢的理想原料.该工艺扩大了直接还原工艺对原料的适应性,有利于直接还原工艺的推广应用,有广阔的应用前景.     

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.     

金属锂还原罐内化学反应与传热耦合特性

为了分析真空热还原制取金属锂的还原效率和还原率,综合考虑罐内球团传热和化学反应,建立了传热与反应动力学耦合模型.利用该模型对单球团和还原罐内球团还原过程进行数值模拟,得到了球团温度及还原率的时间分布,并分析了罐外换热系数对球团还原过程的影响.结果表明:球团低导热率和反应等效热汇是影响还原过程的主要因素,罐中心区域和罐壁处的温度和反应速率存在较大差值;还原初期传热为还原过程的主要控制因素,而反应后期化学反应为主要控制因素;罐外换热系数对还原过程影响不大,增强罐内传热是提高还原效率的有效途径.     

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。     

压汞法表征铁矿球团固结程度

基于压汞法,定义了球团矿的氧化焙烧固结指数(OCI),并以其表征球团矿氧化焙烧固结程度.通过分析不同球团矿生球氧化焙烧过程中球团矿孔隙率及孔径大小的变化,计算球团焙烧固结指数.同时,对相应的成品球团矿的抗压强度进行测试.结果表明:粒化工艺和原料条件相对稳定情况下,氧化球团固结指数越高,球团固结越完全,球团抗压强度越大.该方法不仅可掌握球团矿自身物性,而且能够准确表征球团氧化焙烧的固结程度,为科研、生产人员提供了一种氧化球团矿质量的评价指标.     

回转窑内球团矿还原过程的研究

讨论了回转窑直接还原的两个主要反应。研究证明,直接还原用煤的气化反应符合“拟均相反应模型”,CO 对球团矿的还原反应符合未反应核模型。两个反应均处于反应动力学控制阶段。最后探讨了固体碳对球团矿还原的动力学计算问题。     

铁矿球团中有机复合膨润土的强化机理

在球团生产中配加有机复合膨润土可明显提高生球强度、改善生球热稳定性、降低膨润土配比和提高球团矿铁品位.研究结果表明:在保证球团质量的前提下,有机复合膨润土配比为1.2 %时即可达到常规膨润土加入量为2.2 %时的生球强度,且爆裂温度均大于620℃,球团焙烧性能较好,成品球团矿的铁品位约提高了1.10个百分点.通过现代微观检测手段对有机复合膨润土亮作用机理的进行分析,发现有机小分子插入膨润土晶层间,其表面阴离子基团可与铁矿表面产生化学吸附,使其表面负电位增强和表面亲水性得到改善,有利于改善铁精矿成球性;另外,有机复合膨润土同时具有有机物和无机层状硅酸盐的特点,其热稳定性和高温粘结力均优于常规膨润土,改善了球团焙烧性能.     

高镁球团焙烧特性及其固结强化机理

分别以蛇纹石、MgO粉和菱镁石作为含镁添加剂,研究高镁球团的焙烧特性。研究结果表明:随着球团中MgO质量分数的增加,磁铁矿球团和赤铁矿球团的预热球和焙烧球强度都降低,表明MgO质量分数的提高不利于球团的固结;通过添加含钙和含硼物质,改善了高镁球团的预热球和焙烧球强度;随着球团矿碱度的提高,球团矿预热球和焙烧球强度都是先升高后降低,碱度为0.4~0.5时达到最大值,而随着球团硼质量分数的增加,球团预热球和焙烧球强度都升高;添加含钙和含硼物质可促进低熔点物质的形成,使球团产生适宜的液相量,加快Mg2+和Fe3+的扩散,促进含镁熔剂的矿化和Fe2O3再结晶,从而改善含镁球团的固结强度。     

含碳球团高温抗压强度的实验测定

采用自制的高温抗压强度测定装置,研究了使用有机黏结剂的含碳球团在不同温度、气氛条件下高温强度随时间的变化.试验结果表明,采用有机黏结剂“CC”的含碳球团在800℃下保温1 h,球团仍能保持较高的高温强度（30～40 N/球）.在球团开始显著的自还原反应之前,球团高温强度主要由有机黏结剂来保证;而在还原反应（1 000℃以上）之后,球团高温强度则主要依靠还原的大量金属铁;球团的高温强度能满足转底炉生产工艺的要求.     

红格含铬钒钛磁铁矿球团矿物学和等温氧化动力学

研究了红格钒钛磁铁矿(HCVTM)球团等温氧化动力学及其矿物学特征.在不同的温度(1073~1373 K)和不同的时间(10~60 min)范围内,对HCVTM球团矿进行了等温氧化动力学实验.首先分析了球团在不同温度和时间下的微观结构和矿物组成规律.然后根据定义的氧化率,计算和分析了氧化率及其变化规律,以及矿相结构对氧化率的影响.最后结合缩核模型、修正的氧化率函数和阿伦尼乌斯公式,计算了反应速度常数、修正系数和反应活化能,并判断了反应限制性环节.研究表明:随温度的提高,低熔点液相增加,赤铁矿晶粒的生成、长大和再结晶,形成连续的黏结相,空隙数量减少.随时间的增加,生成的液相促进了赤铁矿晶粒间的黏结和长大,但是晶粒间硅酸盐相和钙钛矿类物相恶化了球团结构.同时,钙钛矿和铁板钛矿相生成.HCVTM球团矿空隙数量的减少和黏结相的生成,表现在氧化速率随时间增加而减慢.HCVTM球团氧化反应主要受扩散控制,球团氧化前期的反应活化能为13.74 kJ·mol-1,氧化后期的活化能为3.58 kJ·mol-1,氧化率函数的修正参数u2=0.03.     

焙烧条件对钛磁铁矿球团还原特性影响的初步研究

钛磁铁矿球团在氧化,中性和磁化气氛中焙烧后作了定温还原实验。研究了焙烧气氛和温度对球团的固结形式、抗压强度、还原速度和还原前后表观结构的影响,并用未反应核模型分析了不同焙烧球团的还原动力学。     

Fe_2O_3-SiO_2体系深度还原过程动力学

采用等温法和非等温法,分析了Fe2O3-SiO2体系深度还原过程的动力学.等温法试验表明,在一定范围内升高还原温度,有利于焦炭气化反应的进行,进而增加反应的还原度和还原速率.等温法确定的Fe2O3-SiO2体系深度还原反应符合Avrami-Erofeev模型,金属铁颗粒的成核及长大是还原过程的限制性环节,反应的表观活化能为235.33 kJ/mol,指前因子为3.22×107min-1.非等温法试验表明,该体系深度还原反应在温度达到400℃之后开始发生,700℃之后还原反应速度加快,最终反应趋于平衡.非等温法确定的主要反应阶段的表观活化能为238.66 kJ/mol,指前因子为1.04×107min-1.     

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。