硅热法炼镁预制球团的实验研究

在硅热法炼镁物料预处理过程中,白云石煅烧时经常会损失大约5%的细粉料.为了解决这一问题,提出了将白云石先造球再进行煅烧处理的新工艺.主要研究了白云石球团进行分步煅烧后,球团内白云石的烧损率、煅白的灼减量及水化活度.结果表明:白云石制团后经过分步煅烧,球团内煅白的质量完全达到硅热法炼镁的要求,并有效地缩短了白云石煅烧时间.当煅烧1h时,球团内白云石的烧损率为45%,煅白的灼减量为189%左右,水化活度为35%,球团的吸湿远远小于白云石常规烧结.     

球团预制-硅热还原炼镁的球团传热性研究

针对皮江法炼镁存在的问题,提出将白云石粉、硅铁、萤石及黏结剂混合造球,然后煅烧,煅烧后的热球团直接用于还原的炼镁新技术.采用稳态平板法测定了预制球团的导热系数,并通过数值方法研究预制球团的传热规律.结果表明:导热系数随着平均温度提高而增加,随着球团密度和硅铁添加量的增加而降低.当密度为1.1 g/cm~3、硅铁为理论添加量时,预制球团的导热系数与温度的关系:λ=1.04×10~(-4)T+0.11;球形球团的传热情况优于圆柱形球团,球团具有较小的密度和热容以及较大的导热系数有助于热量由表面向中心传递.预制球团与皮江法球团的传热情况基本相同.     

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.     

氧化球团矿中Fe2O3的结晶规律

以磁铁矿精矿(Fe3O4)为原料,添加粘结剂后进行混合、造球,将生球干燥预热后,在1150～1280℃氧化焙烧6～15 min。将所得氧化球团取样制片,采用显微镜和扫描电镜(SEM)对Fe2O3再结晶晶形进行研究。研究结果表明:Fe2O3再结晶主要形成3种晶形,即初晶、发育晶和互连晶;球团矿质量与Fe2O3的晶形有密切关系,3种不同晶形的球团抗压强度有明显差异;随着焙烧温度的升高,初晶→发育晶→互连晶形依次形成,球团抗压强度逐渐提高,当氧化球团矿内部Fe2O3大量形成互连晶时,氧化球团矿抗压强度最高,质量最好。解释了球团抗压强度随温度升高而升高的微观机理;同时验证了氧化球团矿主要靠Fe2O3再结晶的固相固结机理。     

钙和镁添加剂在氧化球团中的应用

对石灰石、菱镁石和白云石3种钙、镁添加剂对球团性能、TFe品位以及生产工艺的影响进行研究。研究结果表明:添加剂降低了生球落下强度和预热球抗压强度,但提高了生球爆裂温度;添加剂中的CaO使焙烧球抗压强度先升高后降低,MgO使得焙烧球抗压强度降低;加入钙、镁添加剂会降低球团矿TFe品位,通过添加生石灰或有机黏结剂取代膨润土,可以提高球团的TFe品位;钙、镁添加剂在干燥预热段分解吸热会影响链篦机的热平衡,通过在球团中内配无烟煤,由无烟煤燃烧放热来提供钙、镁添加剂热分解所需的热量,可以维持链篦机的热平衡制度;通过添加生石灰或有机黏结剂和内配适量的无烟煤,可解决钙、镁添加剂在氧化球团中应用的难题。     

影响石煤球团造球工艺因素分析

根据在实验室造球过程中的实际情况,分析了影响造球的钒矿粉的天然性质,添加剂粒度、添加剂湿度,原料湿度、粒度,造球过程的加水、加料方法,造球机的转速和倾角,造球时间等影响因素;找到了钒矿粉最佳粒度,最佳水分值;发现了造球机的工作效率正比于造球机的转速和倾角的规律,为下一个工艺流程暨球团焙烧提供合格的生球.     

含铁粉尘碳酸化球团孔的结构特性

通过压汞法测量研究了不同CaO含量、不同造球时间的生球以及不同反应温度、不同CO2分压条件下固结生成的碳酸化球团的孔隙结构特征.结果表明:随着CaO含量增加和造球时间延长,生球的平均孔径、显孔隙度、临界孔径和最可几孔径都相应有所降低,生球凝胶孔含量随CaO含量增加而升高,孔隙比表面积增大,利于反应进行的10~300nm孔隙数量增多.优化反应温度、提高CO2分压,有利于促进球团CaCO3微晶大量生成,细化孔径,形成连接桥,冷固结强度显著提高.     

以高铬型钒钛磁铁矿制备氧化球团

研究了高铬型钒钛磁铁矿的基础特性,在此基础上考察了该矿对氧化球团制备工艺和冶金性能的影响规律,探索了获得优质氧化球团的高铬型钒钛磁铁矿的最大质量分数.结果表明:高铬型钒钛磁铁矿主要由磁铁矿、镁铁矿、铬铁矿、镁钛矿、钒磁铁矿、钛磁铁矿等组成,其粒度粗,连晶强度较差;随球团原料中高铬型钒钛磁铁矿质量分数的增加,生球性能无显著变化,成品球团抗压强度降低,当其质量分数高于20%时,不能满足高炉生产要求.增大高铬型钒钛磁铁矿的质量分数有助于降低球团矿的还原膨胀率,当其质量分数由0增加到20%时,球团的还原膨胀率由321%降低到211%.     

对皮江法炼镁升温过程的数值模拟

采用函数解析法和数值法对皮江法炼镁还原阶段球团的升温过程进行数值模拟,通过对模拟结果比较分析,总结出数值法较适合对皮江法炼镁瞬态热分析的模拟,从模拟结果中进一步总结归纳皮江法炼镁存在的缺陷,为今后的镁产业研究指明方向。     

镁还原罐内强化换热研究

通过分析传统球团料在还原罐内的温度分布,提出了以改进布料方式缩短硅热法炼镁还原周期的必要性.研发了一种新型炼镁料块,运用FLUENT软件对料块的传热过程进行数值模拟,分别研究了料块的高度、外缘高度、内孔直径、上下面直径、凹槽直径和凹槽个数对料块传热过程和镁产量的影响.发现当料块的高度为100 mm、外缘高度为50 mm、内径为100 mm、上下面直径为200 mm、凹槽直径为50 mm和凹槽个数为8个时,单炉镁产量最高为318 kg.h-1,较传统球团料提高43.9%,吨镁煤气消耗量降低了30.5%.通过实验得出料块内部的温度分布与数值模拟的结果一致,说明数值模拟的模型是可靠的.     

Effects of SiO2 on the preparation and metallurgical properties of acid oxidized pellets

The effects of SiO₂ content on the preparation process and metallurgical properties of acid oxidized pellets, including compressive strength, reduction, and softening–melting behaviors, were systematically investigated.Mineralogical structures, elemental distribution, and pore size distribution were varied to analyze the mechanism of the effects.The results show that with an increase in SiO₂ content from 3.51 wt%to 7.18 wt%, compressive strength decreases from 3150 N/pellet to 2100 N/pellet and reducibility decreases from 76.5% to 71.4%.The microstructure showed that pellets with high SiO₂ content contained more magnetite in the mineralogical structures.Additionally, some liquid phases appeared, which hindered the continuous crystallization of hematite.Also, the softening–melting properties of the pellets clearly deteriorated as the SiO₂ content increased.With increasing SiO₂ content, the temperature range of the softening–melting zone decreased, and the maximum differential pressure and the comprehensive permeability index increased significantly.When acid oxidized pellets are used as the raw materials for blast furnace smelting, it should be combined with high basicity sinters to improve the softening–melting behaviors of the comprehensive charge.     

锰球制备条件对氮化反应的影响

利用自制的密闭氮化系统研究不同制备条件的锰球的氮化反应.考察锰粉粒度、成球压力和黏结剂添加量对氮化反应的影响,并测量锰球氮化过程中实时增重和温度曲线.实验结果表明:锰粉粒度由16 ～40目变成60 ～ 80目时,球心温度到达峰值的时间由164 s缩短为101s,球心最大温升由147℃增至233℃,氮化1h的转化率由90.81％增至93.64％;成球压力由266 MPa增至443 MPa,球心峰值温度将提前89 s到达,球心最大温升将提高22℃,氮化1h的转化率由91.59％增至94.92％;黏结剂添加量由1 g增至3 g,氮化1h的转化率由92.90％降至89.80％;正态对数分布的概率密度函数可用来近似拟合转化速率与时间的关系.     

含硼铁精矿用于巴润精矿氧化球团生产的实验研究

在实验室条件下,研究了含硼铁精矿对巴润精矿氧化球团制备工艺及冶金性能的影响.研究表明:球团原料中外配5.0%的含硼铁精矿,可将混合料中的巴润精矿配比(质量分数)提高到40%,制备的氧化球团满足高炉冶炼要求;含硼铁精矿可增加巴润精矿氧化球团的抗压强度和降低还原膨胀率,并可降低球团的焙烧温度;当含硼铁精矿配加量(质量分数)从0增加到7.5%时,球团抗压强度从2 630 N·个-1上升到3 709 N·个-1,还原膨胀率从25.69%降低到15.53%;外配质量分数为7.5%的含硼铁精矿时,球团的焙烧温度可从1 200℃降低至1 150℃,巴润精矿氧化球团满足高炉生产要求.     

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.     

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。