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.     

在氧化性气氛中含碳球团直接还原的研究

实验研究证明在氧化性气氛中,在一定温度下含碳球团能够快速直接还原。还原得到的金属化球团表面会被迅速氧化生成铁氧化物层,阻碍氧化过程的进行,出现氧化停滞现象,得到直接还原铁。     

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--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.     

微波场中氧化球团升温性能及结构变化

在氮气保护下对氧化球团进行微波加热,旨在研究微波场中氧化球团的升温性能以及结构变化.氧化球团在中性气氛的微波场中进行加热,升温过程可以划分为缓慢升温、快速升温和较慢升温3个阶段.不同终点温度下氧化球团在冷态时的电磁性能测试以及微观结构观察结果显示:氧化球团在升温过程中内部结构发生了较大的改变,冷态时磨细再成型测其电磁性能变化不大,升温速度的不一致与温度和球团结构变化有关.整个过程中球团的强度和真孔隙率都是先降低再升高的,通过扫描电镜观察发现:颗粒在电磁场中首先出现碎裂现象,随着温度的升高,颗粒发生重结晶,造成球团结构的改变.     

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．     

含钒钛铁矿球团还原过程中微观结构变化

在实验室模拟高炉条件下研究了含钒钛铁矿球团的还原过程,采用X射线衍射仪测定含钒钛铁矿球团在不同还原温度下的物相组成,通过光学显微镜和扫描电镜观察含钒钛铁矿球团还原过程中微观结构变化,并结合能谱分析仪研究氧化物中不同元素的分布状况.含钒钛铁矿球团在还原过程中出现的铁钛分离现象会影响含钒钛铁矿球团的还原性,形成的高钛含量钛铁晶石会增加铁氧化物还原难度.高温时形成的密实金属铁球壳会阻碍内部氧化物的还原,导致还原停滞,从而造成含钒钛铁矿球团高温还原性较差.当内部熔融物滴下时,会提高高炉下部氧势,有利于减少Ti(C,N)的生成.     

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。     

焙烧温度对氧化球团性质及其气基直接还原过程的影响

考查焙烧温度对氧化球团抗压强度、孔隙率、Fe3O4含量及显微结构等性质的影响,研究不同焙烧温度下球团的还原行为,计算其还原过程动力学并确定还原过程的限制性环节。研究结果表明:随着焙烧温度的升高,氧化球团抗压强度增大,晶粒间互联及渣相增多,球团内Fe3O4含量及孔隙率则明显降低;在1 200℃焙烧时球团还原最快,其次为1 150℃和1 250℃,最慢的是于1 100℃焙烧球团;在1 100,1 150和1 200℃焙烧球团还原过程受界面化学反应控制,而1 250℃焙烧球团在还原过程前期受界面化学反应控制,后期受内扩散控制。     

预还原球团吸波性能及其微波加热煤基直接还原

研究预还原球团在微波场中的升温特性,考察预还原球团微波加热中对直接还原的影响,分析铁氧化物煤基微波加热的还原行为.研究结果表明:预还原程度越高,球团中的Fe3O4含量逐渐减少,浮氏体和金属铁含量逐渐增多,对微波的吸收性能逐渐减弱,但是仍然具有较好的吸波能力.预还原球团金属化率越高,得到的海绵铁金属化率越高,在预还原球团金属化率为42.85％(质量分数),温度为1 000℃,还原时间为48 min,碳氧质量比为1.75:1时,海绵铁金属化率达到97.29％.随着还原反应的进行,铁氧化物的成分不断改变,金属铁颗粒呈星点状分布于浮氏体之间,但并不会形成致密金属壳,为还原反应中的气体交换创造良好的动力学条件.     

铁矿-煤球团自热还原时的燃烧过程研究

通过测量铁矿一煤球团在空气中还原时料层温度上升规律和气体成分变化情况,得出了球团被加热到挥发分开始激烈析出温度时．挥发分开始燃烧,放出的热是将球团加热到碳的直接还原开始激烈进行温度时,碳的还原产生的CO气体开始燃烧,提供球团还原耗热．     

富铁镍渣煤基氢冶金等温还原动力学研究

采用煤基氢冶金工艺对富铁镍渣中的铁组元进行高效还原,研究了不同温度下镍渣球团等温还原过程金属化率变化规律,利用粒子模型和未反应核模型对镍渣球团的煤基氢还原动力学过程进行分析讨论,明确了各反应阶段的控制环节并建立了相应动力学方程.研究表明：以高挥发分煤为还原介质,掺煤镍渣球团在1 300℃还原焙烧20 min的金属化率可达90.2%;球团还原过程可分为反应初期、中期和后期3个阶段,其反应动力学分别受界面化学反应控制、反应-扩散混合控制和内扩散控制,反应表观活化能(E_a)分别为1 74.01、124.15、83.14 kJ/mol.     

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.     

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.     

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.     

球团预制-硅热还原炼镁还原罐内传热

为了解决皮江法还原罐内传热慢的问题，提出将白云石粉、硅铁、萤石混合，加入黏结剂先造球再煅烧，煅烧后的热球团直接用于还原的炼镁新技术.采用数值方法研究预制球团在还原罐内的传热规律.结果表明:提高硅铁添加量、增加球团直径、减小床层密度均有利于热量向还原罐内部传递;将边界温度由1473K提高至1498K，还原罐中心区域达到1473K的时间由300min缩短至178min;当还原罐直径为300mm时，对于直径为25mm的预制球团，还原罐中心点加热至1473K的时间为90min，而对于皮江法球团则需要288min.     

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.     

钢铁厂含锌铅粉尘配碳球团的直接还原工艺

对钢铁厂含锌铅粉尘配碳球团直接还原工艺进行了研究.结果表明：生球碱度及还原时间对球团中铅挥发率和铁的金属化率有显著影响，而还原温度则对球团中锌、铅挥发率和铁的金属化率均有显著影响.在此基础上确定的最佳工艺参数为：生球碱度～0.9，还原温度和还原时间分别为1250℃和25min.     

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.     

生物质合成气直接还原铁矿--生物质复合球团炼铁

为了使炼铁工业摆脱对化石能源的依赖及满足越来越严格的环境要求,将生物质能的开发利用与直接还原技术进行集成提出一种新型的绿色炼铁方法.把生物质、铁矿石粉与添加剂混合制取生球团,利用生物质催化气化制备的富氢合成气作为还原剂,生物质的高温燃烧为生球团的预热和预热球团的直接还原提供外加热源.对影响生物质直接还原炼铁的因素,如预热、还原温度及球团粒径进行了研究,发现减小球团粒径、增加预热和还原温度能够提高直接还原铁产品的全铁质量分数及金属化率.当采用品位65.21%的铁精矿为原料,在最优操作条件下(生球团粒径介于8～10 mm之间,900℃预热30 min,1000℃下还原60 min)可制得全铁TFe质量分数为86.1%,金属化率为94.9%的高质量直接还原铁产品.