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.     

红土镍矿选择性还原-熔分制备镍铁合金

以硅镁型红土镍矿为原料,采用金属化焙烧-熔分工艺,通过正交试验制备金属化球团,将所得金属化球团在1500℃条件下熔融分离30min提取镍铁合金,考察影响因素对实验结果的影响.结果表明:在选择性还原制备金属化球团过程中,对金属化率的影响程度从大到小的因素依次是C/O摩尔比、焙烧温度、焙烧时间和碱度;实验可获得镍品位19%的镍铁合金;在碱度为0.8~1.2范围内,S和P分配比随着碱度的升高而增大.利用X射线衍射和扫描电镜对金属化球团及熔融分离出的渣进行微观分析,发现加入的石灰石与复杂矿相反应可释放出简单镍氧化物和铁氧化物,促进还原反应的进行,当石灰石不足时,少量铁以Fe3+的形式存在于铁金属化率70%的金属化球团中.     

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.     

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.     

含锌粉尘内配碳球团还原模型

以转底炉处理钢铁厂含锌粉尘为背景,结合转底炉实际生产工艺条件,建立了含锌粉尘内配碳球团直接还原一维非稳态数学模型.模型不仅考虑了铁氧化物的还原反应和碳的气化反应,还加入了氧化锌的还原反应,并通过实验验证了模型的准确性.利用计算结果分析讨论了炉温、球团半径及孔隙率对球团还原的影响.炉温对球团的金属化率和脱锌率均有显著影响,孔隙率和球团半径仅对球团的金属化率影响较小,而对脱锌率基本没有影响.     

含锌粉尘内配碳球团还原模型

以转底炉处理钢铁厂含锌粉尘为背景,结合转底炉实际生产工艺条件,建立了含锌粉尘内配碳球团直接还原一维非稳态数学模型.模型不仅考虑了铁氧化物的还原反应和碳的气化反应,还加入了氧化锌的还原反应,并通过实验验证了模型的准确性.利用计算结果分析讨论了炉温、球团半径及孔隙率对球团还原的影响.炉温对球团的金属化率和脱锌率均有显著影响,孔隙率和球团半径仅对球团的金属化率影响较小,而对脱锌率基本没有影响.     

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。     

白云鄂博矿含碳球团直接还原过程工艺参数优化的数值模拟

利用管式电阻炉研究了炉气温度在900~1 100℃之间球团的还原过程。建立数学模型;考虑传热、传质以及化学反应来模拟白云鄂博矿含碳球团直接还原过程。实验结果表明,随着炉气温度的升高,球团质量减小的越快,还原反应结束的时间缩短。模拟结果与实验结果吻合较好。通过正交试验研究影响白云鄂博矿金属化率主要因素大小排序为:炉气温度时间碳氧比直径。最后研究两种不同工况观察白云鄂博矿含碳球团金属化率的变化规律,结果显示较低的炉气温度对金属化率作用不大;在高温段反应10 min左右就可以达到最大金属化率。粒径为12 mm、碳氧比0.9的含碳球团,在炉气温度为1 100℃时各段反应时间可以控制在10 min左右。     

添加硅铁对钛精矿直接还原-渣铁分离的影响

利用碳热还原方法研究了硅铁添加对钛精矿还原及渣铁分离效果的影响.结界表明:硅铁可提高还原反应速率和铁的金属化率,在1 380℃还原30 min的金属化率达到84.5%.添加硅铁还可明显缩短还原球团冶炼周期,降低渣中金属铁含量,提高渣铁分离效率及钛渣品位(Ti O2的质量分数为84.75%).同时运用Fact Sage软件对钛渣液相线及黏度进行了理论计算,结果表明:添加硅铁对钛渣黏度影响不大,但可增大钛渣的液相区域,从而有利于金属铁的聚集长大及分离.理论计算很好地解释了实验结果.     

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.     

含铌铁精矿含碳球团还原过程中微观结构变化研究

借助SEM、EDS、XRD、化学分析等手段,对不同还原焙烧条件下含铌铁精矿含碳球团的金属化率、形貌、物相组成及元素分布等进行表征,在实验室模拟转底炉条件下研究了直接还原过程中铁矿物和钛、铌矿物的微观结构变化。结果表明,适当地提高还原温度或延长还原时间,有助于提高球团的金属化率,本实验条件下,在还原温度1100℃时保温20min,球团金属化率达到最大,约为86%;此外,随着还原温度的升高或还原时间的延长,金属铁不断聚集、长大,形成较大的金属颗粒,并逐渐连结形成网状结构,渣铁明显分离,含铌、钛矿物也聚集在一起分布在渣相中,为后续铌和钛的富集提供了有利条件。     

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.     

富氧率对钒钛磁铁矿球团还原行为的影响

模拟研究了不同富氧率条件下钛磁铁矿氧化球团的还原过程.通过扫描电镜观察钒钛磁铁矿球团还原过程中的微观结构变化,结合能谱仪研究分析了还原过程中产物的分布变化.结果表明,富氧率的提高对还原度和还原速率提高有明显促进作用.还原过程中钛铁分离伴随着Al元素向高钛矿中迁移富集,最终Al与Ti原子数比为1∶3,Al很可能与钛铁氧化物固溶,形成某种复合化合物并导致球团矿还原难度增加.运用三种不同模型对球团矿还原过程对比分析,发现混合模型可以很好地表征球团矿不同阶段的还原过程.利用混合模型计算得出球团矿还原过程的动力学参数.结果表明,随着富氧率的升高,球团矿还原活化能逐渐降低,从不富氧到富氧79%条件下,活化能由26.5 k J/mol降低到19.68 k J/mol,活化能的降低增加了相同条件下活化分子的数量,提高了反应速率,有利于球团矿在较低还原温度条件下快速反应.     

还原时间对高料层碳热还原金属化率的影响

为了探讨PSH(paired straight hearth,对行直底炉)直接还原工艺的操作参数,进行了还原时间对高料层碳热还原金属化率影响的研究.试验结果表明:还原时间为50和60 min时,球团的金属化率较高,整个料层总的金属化率分别为57.31%和80.23%.但炉内还原60 min时,存在上层球团再氧化、热效率低、生产效率低等问题.采用热坩埚装料可以明显提高球团金属化率,尤其是底层球团.炉内还原50 min,采用热坩埚装料时,整个料层总金属化率可由冷坩埚装料的57.31%提高至85.24%.因此,以提高碳热还原金属化率为目的,建议采用热坩埚装料,炉内还原50 min.本试验的研究结果可为PSH工艺的开发提供理论依据.     

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.     

钢铁厂含铁尘泥球团自还原实验研究

以高炉工序的重力除尘灰和转炉工序的转炉污泥作为主要原料,配加一定量的还原剂、黏结剂和水制成冷固结球团,在高温下进行含铁尘泥球团自还原实验.结果表明,将重力除尘灰和转炉污泥混合制成自还原冷固结球团,不仅可弥补单种物料成球性能的不足,还可实现含铁尘泥球团的自还原,充分利用尘泥中的Fe,C和Ca O等资源;含铁尘泥球团的金属化率和脱锌率都随反应温度的升高而逐渐增大,1 300℃时,球团金属化率和脱锌率可分别达到91.35%和99.25%;随着反应时间的延长,球团的金属化率和脱锌率也逐渐增大,且在反应开始5 min内即可分别达到50.68%和75.82%;含铁尘泥球团的金属化率和脱锌率随着配碳量的增加而呈现先增大后减小的趋势,变化幅度较小.     

磁铁矿球团煤基直接还原工艺中润磨的强化

以铁品位为69.21%(质量分数)的磁铁精矿为原料,采用预热球团"一步法"煤基直接还原工艺制取直接还原铁。为了降低该精矿成球时产生过多粉末,采用润磨工艺来预处理混合料,并在最优条件下进行了扩大型全流程试验。研究结果表明:在磁铁精矿配加1.0%复合粘结剂及润磨4 min的条件下,生球落下强度由未润磨时的3.8次/(0.5 m)提高到13.7次/(0.5 m);润磨后干球(<1 mm=粉末率由未润磨时的10.98%降低到2.98%;在预热温度为800℃和预热时间为10 min时,预热球团抗压强度由未润磨时的466 N/个提高到581 N/个。预热球团直接还原时,采用润磨预处理方案球团的金属化率与无润磨工艺球团的金属化率相差不大,但金属化球团抗压强度远远大于未润磨时的金属化球团抗压强度,且几乎不产生磁性粉末。通过链箅机-回转窑直接还原扩大试验,所得直接还原球团铁品位达93.43%,金属化率达95.88%,含硫量低于0.01%,磁性粉率为0.75%~0.96%,每吨直接还原铁所耗还原煤为808.5~859.3 kg。     

一步法直接还原新疆磁铁精矿

以新疆磁铁精矿为原料,采用“一步法”直接还原,研究粘结剂种类和润磨方式对生球质量的影响,高强度、高还原性预热球团的制备及煤基直接还原的工艺。研究结果表明,对于铁品位为69.21%的新疆磁铁精矿,采用润磨工艺,并添加粘结剂XB能明显改善生球质量;干燥后的生球在800℃预热10 min后,球团抗压强度达到581 N/个,将预热球团在1 050℃还原80 min,得到直接还原铁(DRI)的质量指标为:总Fe含量为90.33%,金属铁含量为85.05%,金属化率达到94.15%。与传统的预热-高温氧化-高温还原煤基回转窑直接还原工艺相比,“一步法”省去了高温氧化这一高能耗(1 150～1 300℃)工序,且还原所得产品结构完整,外表光滑,无裂纹。     

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.