低品位赤铁矿球团成核剂强化还原机理研究

对某低品位赤铁矿球团直接还原过程中成核剂作用机理进行了研究.结果表明:在直接还原过程中,成核剂能够使金属铁晶粒形核位垒降低50%以上,有效促进了金属铁晶粒快速形核.同时,添加成核剂后,球团的还原表观活化能由18.10kJ.mol-1降低到10.15 kJ.mol-1,降低了43.92%.表观活化能越低,还原反应越容易进行,即成核剂能够有效促进铁矿物还原,从而提高还原球团的金属化率.     

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.     

还原剂对铁矿含碳球团还原熔分行为的影响

针对转底炉珠铁工艺用还原剂的选择,本文以兰炭、烟煤、无烟煤、木炭、焦粉作为还原剂制备铁矿含碳球团,从反应性和灰熔融性两方面入手,研究在不同还原、熔分温度下,还原剂种类及其粒度对含碳球团还原熔分行为的影响。结果表明,当还原温度较低(1000、1100℃)时,球团金属化率随还原剂反应性的提升而增加;1200℃下还原时,不同种类还原剂球团的金属化率差别不大,均在92%左右。当还原剂粒度从48～180μm降至-48μm,对于反应性较高的兰炭和无烟煤,球团表面裂纹增多,体积明显膨胀,终点金属化率降低,熔分后金属收得率降低;而对于反应性较低的焦粉,球团体积变化不明显,球团终点金属化率升高,熔分后金属收得率升高。综合能耗、熔分效果和经济效益等方面,该工艺适宜的还原剂为兰炭,粒度为48～180μm,适宜的加热制度为:预还原1200℃×15min→熔分1350℃×7min,此条件下球团的金属收得率为96.05%。     

含碳氧化锌球团还原的动力学

采用等温法研究了纯氧化锌配加石墨碳粉制成含碳氧化锌球团在1000－1150℃下还原的动力学，研究结果表明：还原温度对含碳纯氧化锌还原速度有显著影响，温度愈高，还原反应速度愈大；根据Arrhenius方程计算出在1000－1150℃下碳的气化反应、界面化学反应和气相扩散为限制环节的活化能分别为37.615kJ/mol、43.192kJ/mol和46.548-53.280kJ/mol；与其它氧化锌的还原方式相比，含碳纯氧化锌球团还原反应的活化能要小得多，其还原速度主要由气相扩散控制。     

含碳球团还原的显微观察

利用万能金相显微镜MeF3观察含碳试样在惰性气体中的还原过程,验证了含碳球团的反应机理,即通过气体介质将固-固反应转化为气-固反应;渣相及排气现象的变化清楚的表明:提高温度,可提高含碳球团的金属化率,但温度过高,将加重矿粉间的烧结,导致还原反应动力学条件恶化.     

含碳球团还原的显微观察

利用万能金相显微镜 Me F3观察含碳试样在惰性气体中的还原过程 ,验证了含碳球团的反应机理 ,即通过气体介质将固 -固反应转化为气 -固反应 ;渣相及排气现象的变化清楚的表明 :提高温度 ,可提高含碳球团的金属化率 ,但温度过高 ,将加重矿粉间的烧结 ,导致还原反应动力学条件恶化。     

低配碳比含碳球团直接还原的实验研究

根据低配碳比含碳球团还原熔分工艺制备粒铁的技术思想,对低配碳比含碳球团的直接还原进行实验研究.结果表明,这种低配碳比的含碳球团还原速度较快,还原反应进行了10 min时表观还原度为84%,20min时表观还原度可达88%;继续延长反应时间,球团表层还原得到的少量金属铁会再次被氧化成FeO.还原反应结束后,球团内仍存在少量尚未还原的FeO,它们与脉石中的SiO2形成低熔点的铁橄榄石,有利于工艺后期渣铁的熔化及分离.     

红土镍矿含碳球团还原富集镍铁

采用碳还原-磁选分离-熔炼工艺制备了镍铁合金.考察了在碳还原过程中添加剂的用量、还原温度、还原时间对镍铁的富集的影响.在添加剂和配碳量（质量分数）分别为5%和3%,还原温度1 320℃和还原时间为120min的条件下,磁性产物中镍、铁质量分数分别达到8.31%和71.5%,回收率达到95.44%和99.84%.熔炼后得到镍、铁质量分数分别为10.11%和83.75%的镍铁合金.对有、无添加剂所得还原产物的形态分析表明,自制添加剂对镍铁合金生长具有促进作用.     

氩气氛铬铁矿含碳球团还原动力学

用热重法研究了铬铁矿含碳球团在氩气流中还原过程动力学,考察了还原温度、球团中配碳量和铬铁矿粉粒度等对还原过程的影响。应用颗粒模型对还原过程的实验数据进行了动力学解析,发现在本实验条件下,球团还原中对速度的限制步骤是铬铁矿颗粒还原产物层中的内扩散过程。进一步的分析步明,在 1 200℃ 以下和以上两个温度区间,该内扩散过程的活化能不同。分别求出了这两个区间的有效内扩散系数的阿仑尼乌斯表达式,得到了铬铁矿含碳球团还原过程的综合速度式。应用所获得的动力学方程对不同加热条件下的还原过程进行模拟计算,与实验结果相当符合。     

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.     

钒钛磁铁矿含碳球团还原的影响因素

通过单因素实验考察了还原温度、还原时间及碳氧摩尔比（nC/nO）对钒钛磁铁矿含碳球团还原的影响,结合扫描电镜照片解释了钒钛磁铁矿的还原机理.实验结果表明,适当升高还原温度、延长还原时间及增加碳氧摩尔比均可以促进钒钛磁铁矿的还原,并且金属化率随还原温度的升高先急剧升高而后趋于平缓,随着还原时间的延长及碳氧摩尔比的增加而先升高后降低,而残碳量随着反应的进行不断降低.当还原温度为1350℃,还原时间为30 min,碳氧摩尔比为1.2时,球团的金属化率达到最大值.通过扫描电镜照片可以看出,球团在还原过程中形成了铁连晶,并且在不同的还原条件下铁连晶的大小及形态不同.     

含碳铬矿球团在竖炉内的还原

在0.10m~3的试验竖炉内使用含碳球团冶炼出18%Cr的铁合金。利用前人所做的基础理论研究结果,讨论了铬、硅、硫等元素在竖炉内的还原及渣—液两相的分配规律。     

含碳球团直接还原过程的数值模拟

基于质量守恒方程、能量守恒方程及化学反应速度式，建立了描述含碳球团直接还原过程的数学模型，用此模型所做的数值计算结果与试验结果基本吻合。数值模拟结果表明：影响含碳球团还原速率的最重要因素是炉温，含碳球团应在尽可能高的炉温下焙烧；虽然大球的还原速度开始阶段较慢，但焙烧时间足够长时，不论球大小，都可达到高金属化率；只有配碳量足够时才能获得较快的还原速率和较高的还原度。     

津布巴铁精矿含碳球团还原实验研究

高炉炼铁工艺中炼焦、球团、烧结工序是主要污染源,本实验模拟转底炉工艺采用煤粉为还原剂实现直接还原铁的清洁生产。实验以津布巴铁精矿为原料,对该铁精矿进行XRD分析、扫描电镜分析和热失重分析。实验采用含碳球团焙烧还原工艺,通过四因素三水平正交实验研究各因素对焙烧球团的金属化率的影响。结果表明:在含碳球团焙烧还原过程中,对金属化率的影响程度从大到小的因素分别为焙烧温度、碱度、焙烧时间和配碳量,其中,当配碳量为1.0,温度为1 150℃,碱度为0.37,焙烧时间为25 min是得到高金属化率焙烧球团的最佳条件,球团焙烧后的残炭量与焙烧温度和碱度也有较大关系,最终球团金属化率均在80%以上。     

煤种对低品位铁矿煤基直接还原的影响

我国发展直接还原铁生产应以煤基直接还原为主．煤基直接还原过程中，煤种对产品指标影响很大，特别是煤的反应性、灰分和挥发分含量对直接还原的影响较大．煤的质量较好时，由低品位铁矿石煤基直接还原生产直接还原铁时，可获得ｗＴＦｅ≥９１％，ηｍ≥９２％，ε≥８６％的良好指标．     

Cr2O3含碳球团的还原过程

为了解不锈钢冶炼粉尘中三氧化二铬的还原特性和还原过程的主要影响因素,采用纯Cr2O3粉末与碳粉、氧化钙、铁粉混合制粒成球,通过实验研究温度、含碳量和球团大小对还原度和还原过程的影响,并建立还原过程的动力学模型.研究结果表明:Cr2O3的碳热还原可分为前期和后期2个阶段,前期为化学反应控制,动力学方程为g(f)=(0.29m-0.01)t·exp[-60 370/(RT)];还原过程后期为扩散控制,其动力学方程为g(f)=(-0.17w 0.31)t·exp[-99 435/(RT)].     

含碳铬矿球团的造球及直接还原

研究了原料粒度，粘结剂的用量，配碳量等因素对铬铁矿球团生球性能的影响，以及温度和还原时间对金属化率的影响，结果表明１３５０℃还原１５ｍｉｎ铬金属化率达９０％以上，配碳量应比理论配碳量过量２０％，用１：３的Ｈ２ＳＯ４对还原球团采用加热回流法溶样，解决了金属铬及金属铁的化学分析方法。     

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.     

SrSO4含碳球团还原过程的 热力学及动力学

将矿粉与还原剂混合制成含碳球团是强化矿物还原过程的有效途径之一.前期实验研究证实含碳球团方案可有效提高天青石(SrSO_4)的还原效率.本文进一步对其还原过程的热力学及动力学展开研究,通过热力学计算结果表明,足量的还原剂可以有效抑制O_2对SrSO_4还原过程的影响; C/O摩尔比和还原温度共同影响SrSO_4还原后的产物构成,在适宜的C/O摩尔比和还原温度下,SrSO_4的还原产物仅为Sr S.通过对SrSO_4含碳球团还原过程的动力学参数的拟合表明,含碳球团中的SrSO_4还原过程遵循界面反应模型,其反应表面活化性为105.4 k J/mol.     

含碳球团的还原性和还原冷却后的强度

在 １２７３～１５７３ Ｋ条件下研究了不同煤种、木炭和石墨与不同种类矿石制成含碳球团 的还原速度;进而讨论了温度、配碳比（Ｃ／Ｏ）、挥发分含量等因素对含碳球团还原所需时间和 金属化率的影响．通过测定含碳球团还原冷却后的强度,对影响强度因素进行了分析．还原冷 却后的强度在温度 １２７３ Ｋ时较低,配入含挥发分较高的气煤,可以使还原冷却后的强度提高, 加快反应速度．