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.     

海砂矿深度还原-磁选分离实验研究

应用化学分析、扫描电镜观察和X射线衍射分析方法研究海砂矿的基础物性. 采用煤基深度还原-磁选工艺,系统考察矿粉中Fe和Ti的还原分离行为,并明确还原温度、还原时间、碳氧比、磁感应强度和磨矿粒度对还原磁选效果的影响规律. 结果表明:海砂矿主要由钛磁铁矿和钛赤铁矿组成;较优的还原分离工艺参数为还原温度1300℃、还原时间30 min、碳氧摩尔比1. 1、磁感应强度50 mT和磨矿细度-0. 074 mm质量分数86. 34%. 在此工艺条件下,可以获得金属化率94. 23%的还原产物,磁选指标分别达到精矿铁品位97. 19%和尾矿钛品位57. 94%,对应的铁、钛回收率为90. 28%和87. 22%,有效地实现海砂矿中铁钛元素的分离富集.     

钒钛磁铁精矿冷固球团催化还原机理

对添加剂催化钒钛磁铁精矿冷固球团直接还原行为进行了详细的研究 ,包括添加剂种类和用量及催化剂催化还原机理 .研究结果表明 :在 1 0 50～ 1 1 0 0℃ ,m(C)∶m(Fe)为 0 .5～ 0 .6 ,还原时间 3h的条件下 ,添加DA 2催化剂与常规的Na2 SO4或Na2 CO3相比 ,钒钛磁铁精矿冷固球团煤基直接还原所得产品的金属化率提高 3 .1 %～ 4 .6 % ;该金属化球团经磨矿磁选进行铁和钒钛分离时 ,所得磁性产品 (直接还原铁粉 )中铁的品位提高 5 .30 %～ 5 .43 % ,非磁性物中TiO2 ,V2 O5 的品位分别提高 2 .76 %～ 3 .87%和 0 .2 7%～ 0 .45 % ,TiO2 ,V2 O5 的回收率分别提高 1 4 .68%～1 3 .0 8%和 4.1 3 %～ 6 .97% .SEM及XPS等微观测试结果表明 :添加剂DA 2的作用机理为加速铁氧化物还原 ,促进铁晶粒的长大 ,降低还原球团中MFe与TiO2 晶粒嵌布的紧密程度 ,从而强化了铁与钒钛的磁选分离     

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.     

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。     

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。     

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.     

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．     

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.     

Gas-solid reduction kinetic model of MgO-fluxed pellets

The reduction process of MgO-fluxed pellets was investigated and compared with traditional acidic pellets in this paper. Based on the piston flow concept and experimental data, a kinetic model fitting for the gas-solid phase reduction of pellets in tubular reactors (blast furnace, BF) was built up, and the equations of reduction reaction rate were given for pellets. A series of reduction experiments of pellets were carried out to verify the model. As a result, the experimental data and calculated result were fitted well. Therefore, this model can well describe the gas-solid phase reduction process and calculate the reduction reaction rate of pellets. Besides, it can give a better explanation that the reduction reaction rate (reducibility) of MgO-fluxed pellets is better than that of traditional acidic pellets in BF.     

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.     

Effect of magnesia on the compressive strength of pellets

The compressive strength of MgO-fluxed pellets was investigated before and after they were reduced. The porosity and pore size of green pellets, product pellets, and reduced pellets were analyzed to clarify how MgO affects the strength of the pellets. Experimental results show that when the MgO-bearing flux content in the pellets increases from 0.0wt% to 2.0wt%, the compressive strength of the pellets at ambient temperature decreases, but the compressive strength of the pellets after reduction increases. Therefore, the compressive strength of the pellets after reduction exhibits no certain positive correlation with that before reduction. The porosity and pore size of all the pellets (with different MgO contents) increase when the pellets are reduced. However, the increase in porosity of the MgO-fluxed pellets is relatively smaller than that of the traditional non-MgO-fluxed pellets, and the pore size range of the MgO-fluxed pellets is relatively narrower. The reduction swelling index (RSI) is a key factor for governing the compressive strength of the reduced pellets. An approximately reversed linear relation can be concluded that the lower the RSI, the greater the compressive strength of the reduced pellets is.     

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。     

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。     

Diffusion behavior and distribution regulation of MgO in MgO-bearing pellets

In this paper, the diffusion behavior between MgO and Fe₂O₃ (the main iron oxide in pellets) is investigated using a diffusion couple method. In addition, the distribution regulation of MgO in MgO-bearing pellets is analyzed via pelletizing experiments. The results illustrate that MgO is prone to diffuse into Fe₂O₃ in the form of solid solution; the diffusion rate considered here is 13.64 μm·min-1. Most MgO content distributes in the iron phase instead of the slag phase. The MF phase {(Mg_1-x Fe_x)O·Fe₂O₃, x ≤ 1} is generated in the MgO-bearing pellets. However, the distribution of MgO in the radial direction of the pellets is inconsistent. The solid solution portion of MgO in the MF phase is larger in the outer layer of the pellets than in the inner layer. In this work, the approximate chemical composition of the MF phase in the outer layer of the pellets is {(Mg_0.35-0.77·Fe_0.65-0.23) O·Fe₂O₃} and in the inner layer is {(Mg_0.13-0.45·Fe_0.87-0.55) O·Fe₂O₃}.     

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.