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。     

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.     

氧气高炉多区域约束性数学模型

将氧气高炉分为高温区、固体炉料区和煤气加热区三个区域,并分析了各区域的物理约束和化学约束条件.在物料平衡和能量平衡的基础上,建立了氧气高炉多区域约束性数学模型.理论分析和计算结果表明:多区域约束性数学模型可以弥补全炉热平衡的不足,反映热量在不同区域的利用价值;固体炉料区受间接还原反应和热平衡的约束,随着金属化率的升高,需要循环煤气量逐渐增大;当金属化率很高时,在高温区和固体炉料区满足热平衡条件下,虽然计算得到的燃料比很低,但煤气加热区煤气量不能实现平衡.     

矿壳内配碳球团试制金属化球团的实验室研究

矿壳球团在带式焙烧机上焙烧还原是一种投资少、成本低的生产高炉金属化球团的直接还原法。本文从理论上分析了矿煤球团用铁精矿（加添加剂）包壳所具有的优点，并介绍在实验室研究矿壳球团的配碳量、用铁精矿包壳时添加剂种类和用量、最高还原焙烧温度和升温速度、还原焙烧气氛等因数对金属化球团强度和金属化率的影响。     

钒钛磁铁精矿直接还原反应行为及其强化还原研究

通过在钒钛磁铁精矿中添加还原煤粉和少量添加剂,研究了还原温度、还原时间和添加剂等因素对钒钛磁铁精矿金属化率的影响,并对添加剂强化还原机理进行了探讨.结果表明:还原温度、还原时间、碳铁摩尔比及添加剂对金属化率的影响较大.在还原温度1200℃、还原时间120 min的条件下,未添加添加剂时金属化率最高可达84.5%;添加质量分数3.0%Na2CO3或CaF2的条件下,钒钛磁铁精矿的金属化率可以分别达到96.5%和93.3%.     

石人沟矿敞焰煤基直接还原的实验研究

以石人沟矿为原料,石油焦为还原剂,根据正交实验原理,在盖碳敞焰加热条件下,进行了直接还原的实验研究.通过研究获得了海绵铁生产工艺的合理操作参数.实验结果同时也表明,利用石人沟矿可以生产出全铁和金属化率均大于90%的海绵铁.     

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%。     

稀酸浸出还原焙烧红土矿时铁还原度对浸出的影响

对含镍的红土矿进行了微波加热还原焙烧-稀硫酸浸出的实验研究,考察了活性炭粉加入量、微波功率和加热时间对铁还原程度的影响,并分析了铁还原度对浸出过程中镍和铁浸出率的影响.结果表明红土矿中铁的还原程度随碳粉加入量、微波功率和加热时间的增加而增大,在800 W的微波功率下加热约12.5 min即可完成还原反应.镍的浸出率与铁的还原度近似呈线性关系,但铁的浸出率在铁还原度超过60%后增长迅速.因此铁还原度控制在60%为宜,相应的镍浸出率约为85%,而铁的浸出率不超过30%.     

煤基直接还原—磁选超微细贫赤铁矿新工艺

针对某种超微细粒贫赤铁矿难选的特点,开发了煤基直接还原一磁选新工艺,制备出高品位铁精矿。采用预热团块煤基直接还原工艺制取高金属化率的直接还原团块,经磨矿一磁选,得到高品位高金属化率的铁精矿,从而为开发利用微细粒嵌布复杂低品位铁矿提供了理论依据。通过对还原温度、还原时间及C与Fe质量比等条件的优化,得到金属化率93．72％的还原矿,经三段磨矿一三段磁选得到Fe似为69．54％,金属化率为98．01％,且有害杂质含量少的铁精矿。该工艺所得的高金属化率的铁精矿可直接作为转炉炼钢的原料。     

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.     

钒钛磁铁矿直接还原试验研究

在热力学分析的基础上研究了实验室条件下钒钛磁铁矿配煤直接还原的特点,考察了还原机理及还原温度、反应时间和配碳量对金属化率的影响.结果表明:采用直接还原可使钒钛磁铁矿中铁的氧化物优先还原为金属铁,钛仍以氧化物的形态存在;随着温度升高,球团金属化率呈上升趋势,且上升趋势随之减缓;在xC/xO=0.9∶1时,延长反应时间金属化率增加,但反应时间过长金属铁会被再氧化,反应时间控制在20 min为宜;在xC/xO=1.1∶1时,40 min内未出现再氧化现象;低配碳(xC/xO=0.8∶1)时,球团的金属化率随还原时间、还原温度的增加而增加,1 300℃下还原10 min后金属化率即达到了90%以上.     

钒钛磁铁矿固态还原的研究

研究了钒钛磁铁矿的固态还原过程及影响因素,讨论了磨矿粒度、还原温度和配碳量对固态还原金属化率及还原后炉料中钛走向的影响.采用煤基直接还原工艺流程,能够将钒钛磁铁矿中铁的氧化物还原为金属铁,然后通过磁选,可实现钛、铁的有效分离.实验结果表明,最佳工艺条件为:还原温度1 100℃,配碳量为1∶1,磨矿粒度控制在75~150μm之间.在此工艺条件下得到铁的金属化率和渣中钛的质量分数分别在80%和36%以上.该工艺为我国大批量钒钛磁铁矿的开发利用提供了新途径.     

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.     

白云鄂博氧化矿石深度还原-磁选试验研究

采用深度还原技术将白云鄂博氧化矿石转化为高金属化率的还原物料,然后再经选矿实现了铁、稀土、铌等元素的有效分离及富集.通过对还原温度、还原时间、配碳比等条件的优化,得到了铁金属化率94.48%的还原矿,经阶段磨矿—粗细分选流程的选别,可获得全铁品位为91.61%,金属化率为93.79%,铁回收率为93.23%的铁粉,该铁粉可作为炼钢的原料;尾矿中稀土品位12.25%,回收率98.73%,可作为分选稀土的原料.     

含碳球团生产海绵铁的研究

研究了含碳球团直接还原的金属化率与还原时间、温度和气氛之间的关系,并得到含碳球团生产海绵铁的工业参数。     

Numerical simulation of the direct reduction of pellets in a rotary hearth furnace for zinc-containing metallurgical dust treatment

A mathematical model was established to describe the direct reduction of pellets in a rotary hearth furnace (RHF). In the model, heat transfer, mass transfer, and gas-solid chemical reactions were taken into account. The behaviors of iron metallization and dezincification were analyzed by the numerical method, which was validated by experimental data of the direct reduction of pellets in a Si-Mo furnace. The simulation results show that if the production targets of iron metallization and dezincification are up to 80% and 90%, respectively, the furnace temperature for high-temperature sections must be set higher than 1300℃. Moreover, an undersupply of secondary air by 20% will lead to a decline in iron metallization rate of discharged pellets by 10% and a decrease in dezincing rate by 13%. In addition, if the residence time of pellets in the furnace is over 20 min, its further extension will hardly lead to an obvious increase in production indexes under the same furnace temperature curve.     

生物质用于转底炉直接还原工艺研究

为了探讨生物质还原剂用于生产金属化铁的可行性,针对转底炉直接还原工艺,从金属化率、抗压强度和体积收缩率三方面入手,分析了竹炭、木炭、秸秆纤维等3种生物质还原剂以及传统还原剂煤粉对含碳球团还原效果的影响。试验结果表明,生物质能够替代传统还原剂用于转底炉直接还原工艺。与传统还原剂相比,生物质还原剂在含碳球团金属化率方面的影响较小,但不同生物质对含碳球团强度和体积收缩率等方面的影响较大。秸秆纤维含碳球团的强度相对较高,但竹炭和木炭含碳球团的强度较低,需在较高温度下(1 300℃)焙烧才能达到后续生产要求;使用竹炭作还原剂的球团前期膨胀较其他还原剂更为严重,直接导致其高温区体积收缩率较小,从而影响含碳球团的强度和热量传递,需与其他还原剂搭配使用。