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.     

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.     

铁及其氧化物在微波场中的升温特性

微波加热具有快速性、整体性、即时性和选择性等优点,且设备紧凑,易于控制,对环境无污染。然而微波加热技术工业化应用发展较缓慢,尤其在高温领域,尚无成熟的工业化生产案例。其中一重要原因是微波与(颗粒)物质相互作用机理的研究滞后。所以对铁及其氧化物在微波场中的升温特性进行研究,不仅可以了解它们与微波的耦合作用能力,便于合理的施加微波能于不同的铁物相,而且通过对几种主要影响因素的探讨,加深了对铁及其氧化物在微波场中升温机理的认识。室温下电磁性能由大到小顺序为:Fe,Fe3O4,FeO,Fe2O3,微波场中升温到1 050℃的过程中,随着性状的改变,升温速度快慢顺序依次为:Fe3O4,FeO,Fe2O3,Fe。成型方式的改变对物料在微波场中的升温速度有很大影响,但其不会改变热失控现象的发生。扫描电镜研究结果表明:结构疏松、孔洞发达、处于无序状态的颗粒物料有利于微波的穿透以及吸收。     

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.     

钒钛铁精矿内配碳球团高温快速直接还原历程

采用高温实验炉,在1 350℃,氮气保护气氛条件下对钒钛磁铁精矿内配碳球团进行了阶段还原试验,通过TG-DSC、XRD、SEM等检测方法对不同时间内配碳球团还原的组织成分、显微结构等进行研究。结果表明,钒钛铁精矿的还原历程依次为Fe2TiO4和Fe3O4、3(Fe3O4).Fe2TiO4、Fe3O4.Fe2TiO4、Fe2TiO4和FeO、Fe和FeTi2O5;在磁铁矿大量还原生成浮士体的阶段,钛铁矿与新生成的浮士体发生钛铁晶石化,最终还原转变为单质铁和含铁黑钛石。     

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.     

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。     

磁铁精矿冷固球团弱还原气氛下的低温还原

在慢速升温和快速升温下，采用热重法及间隙法取样检测研究了磁铁精矿冷固球团在还原前期升温过程中的还原，对弱还原气氛下球团内部结构变化规律进行了探索性研究．结果表明：在升温过程中，当温度小于９００℃时，煤与球团的还原只在球团外层进行，而采用快速升温可以缩短跨越ＦｅＯ阶段的时间且能使铁尽快产生，有利于球团形成较大的强度．这说明了快速升温以及还原应尽量在较高温度下开始进行的必要性．     

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.     

含锌尘泥球团直接还原过程中渣相行为与固结强度关系研究

通过表征不同直接还原温度下碱性含锌尘泥球团外观形貌、物相组成、微观结构及抗压强度变化,并结合FactSage热力学计算,分析了碱性尘泥球团直接还原过程中渣相行为及其对球团固结强度的影响。结果表明,随着还原温度升高,碱性尘泥球团体积先膨胀后收缩,对应抗压强度也先减小后增加,碱性氧化物一直参与球团渣相的形成过程并最终形成复杂的含钙化合物渣相。固相反应是渣相形成的基础,其中间产物Ca₂SiO₄良好的固溶性促进了钙铁和钙镁低熔点物相的固相生成,铁氧化物的初步还原产物FeO有利于液相生成,促进球团中物相的迁移和重新排列,球团体积收缩,强度明显提高。     

铬铁矿球团焙烧固结特性

本文系统研究铬铁矿球团的焙烧固结特性.结果表明：预热时间对于预热球强度影响不大,在预热时间为10 min时,随着预热温度的提高,预热球强度和氧化率呈直线型增加,适宜温度为1050益,此时预热球强度可达每个400 N以上;与传统铁矿球团相比,铬铁矿球团焙烧所需的温度高,焙烧时间为10 min时,焙烧温度从1250益提高到1350益,球团强度从每个1078 N提高到1973 N.在铬铁矿球团预热和焙烧过程中,铬尖晶石( Fe,Mg)( Cr,Fe,Al)2 O4氧化生成富镁的( Fe,Mg)( Cr, Fe,Al)2O4和铬铁铝复合氧化物(Cr,Fe,Al)2O3,当温度高于1000益时,(Cr,Fe,Al)2O3新相生成,其主要以环状分布在颗粒外层,颗粒内部为针状与(Fe,Mg)(Cr,Fe,Al)2O4形成交织结构,降低Cr/Fe比或升高焙烧温度均有助于(Cr,Fe,Al)2O3向颗粒外层富集和再结晶长大,有利于球团的固结,提高球团强度.     

Mathematical simulation of direct reduction process in zinc-bearing pellets

A one-dimensional unsteady mathematical model was established to describe direct reduction in a composite pellet made of metallurgical dust. The model considered heat transfer, mass transfer, and chemical reactions including iron oxide reductions, zinc oxide reduction and carbon gasification, and it was numerically solved by the tridiagonal matrix algorithm (TDMA). In order to verify the model, an experiment was performed, in which the profiles of temperature and zinc removal rate were measured during the reduction process. Results calculated by the mathematical model were in fairly good agreement with experimental data. Finally, the effects of furnace temperature, pellet size, and carbon content were investigated by model calculations. It is found that the pellet temperature curve can be divided into four parts according to heating rate. Also, the zinc removal rate increases with the increase of furnace temperature and the decrease of pellet size, and carbon content in the pellet has little influence on the zinc removal rate.     

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.     

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.     

硅热法炼镁预制球团成球过程的研究

为改变硅热法炼镁工艺存在资源利用率低、能耗高等缺陷,提出了造球→煅烧→还原硅热法炼镁新工艺.为了控制炼镁预制球团生球的成长,主要研究了白云石球团生球的成长特性,考察了影响球团成形的影响因素.结果表明:间断造球过程中,生球的长大主要以聚结机理进行,连续造球过程中,生球的长大主要以成层机理进行;白云石预制球团生球的成长率随原料含水量的增加而增加;随着高岭土用量的增加,生球成长率上升;原料进行湿混或干混,对生球的成长行为产生不同影响,随着水分含量的增加,其生球成长速度也相应增加.     

Carbothermic reduction characteristics of ludwigite and boron-iron magnetic separation

Ludwigite is a kind of complex iron ore containing boron, iron, and magnesium, and it is the most promising boron resource in China. Selective reduction of iron oxide is the key step for the comprehensive utilization of ludwigite. In the present work, the reduction mechanism of ludwigite was investigated. The thermogravimetry and differential scanning calorimetry analysis and isothermal reduction of ludwigite/coal composite pellet were performed. Ludwigite yielded a lower reduction starting temperature and a higher final reduction degree compared with the traditional iron concentrates. Higher specific surface area and more fine cracks might be the main reasons for the better reducibility of ludwigite. Reducing temperature highly affected the reaction fraction and microstructure of the reduced pellets, which are closely related to the separation degree of boron and iron. Increasing reducing temperature benefited the boron and iron magnetic separation. Optimum magnetic separation results could be obtained when the pellet was reduced at 1300℃. The separated boron-rich non-magnetic concentrate presented poor crystalline structure, and its extraction efficiency for boron reached 64.3%. The obtained experimental results can provide reference for the determination of the comprehensive utilization flow sheet of ludwigite.     

真空碳热还原过程中二氧化硅的挥发行为

为了解在真空碳热还原过程中SiO2的还原特性以及还原过程中的主要影响因素,对二氧化硅的还原过程进行热力学分析,得出化学反应自由能和临界温度。在系统压力为2~200 Pa条件下,以分析纯SiO2和Fe2O3为原料,采用XRD,SEM,EDS和化学成分分析等手段,研究Fe/Si摩尔比、配碳量、反应时间、还原剂粒度和升温速率对硅的挥发率和还原反应速率的影响。实验结果表明:在100 Pa条件下,SiO2的临界反应温度为1 330~1 427 K。SiO2发生气化反应生成的SiO气体挥发至石墨冷凝系统歧化生成Si和SiO2,造成硅的损失,且有部分SiO气体和石墨反应生成SiC;增大Fe/Si摩尔比和配碳量以及减小还原剂粒度均降低了硅的挥发率,提高了SiO2还原反应速率;延长反应时间和提高升温速率增加了硅的挥发率。