含碳球团熔融渗碳机理

使用CaO-SiO_2-Al_2O_3合成渣与磁铁矿、石墨粉制备含碳球团,考察了球团中渣相成分、渣量以及碳含量对铁水渗碳量的影响,并探讨了含碳球团内铁的熔融渗碳行为和机理。结果表明,熔融渗碳分为熔融还原渗碳以及铁熔体聚合过程渗碳2个阶段,前一阶段熔渣中Fe2+含量与铁的渗碳量处于动态平衡过程,主要受熔渣化学成分的影响;后一阶段的渗碳过程决定铁的物理渗碳极限,主要与铁、碳颗粒的接触条件有关,且熔渣中Fe2+的还原极限与渣相碱度和SiO_2绝对含量有关,铁的熔融渗碳量(质量分数)可以达到4%左右,满足铁锍分离要求。     

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.      

碱金属盐对赤铁矿球团渗碳效率的影响

赤铁矿是一种制备碳化铁的优质含铁原料，但是目前存在渗碳效率低下的问题。为了提高赤铁矿的渗碳效率，在赤铁矿中加入碱金属盐，并借助X射线衍射(XRD)、高频红外碳硫分析仪和扫描电子显微镜等揭示碱金属盐在赤铁矿球团渗碳过程中的作用机理。结果表明，碱金属盐(Na₂CO₃)能够促使致密的赤铁矿颗粒转变为疏松多孔的铁矿物颗粒，强化铁矿物的晶格畸变，提高CO在金属铁和碳化铁表面的吸附和分解能力，从而改善赤铁矿球团还原和渗碳效率；此外，预热处理是一种十分有效的强化Na₂CO₃添加剂作用的方法，不仅可以强化铁矿物的晶格畸变，还可以增强Na⁺离子的强化作用，显著提高赤铁矿球团的渗碳效率。当赤铁矿球团添加了质量分数为3%的Na₂CO₃并在1 000℃预热15 min后，球团的渗碳指数从13.23升高到28.99。研究结果可为提高赤铁矿的渗碳效率提供参考。     

废塑料-无烟煤混合还原剂球团还原动力学

废塑料污染日益严重,处理困难。为实现热塑性薄膜废塑料的资源化利用,本文将废塑料与无烟煤混合,通过低温热处理粒化制得铁矿含碳球团直接还原用混合还原剂;并进行1 050、1 100、1 150、1 200℃下混合还原剂和无烟煤两种球团的还原试验,对比两种还原剂球团在不同温度下还原行为的差异;进一步利用动力学模型分析两种还原球团的控速环节,并计算出还原反应活化能。结果表明:温度对两种还原剂球团的还原行为影响显著,温度与还原度呈正相关;在同一温度下,混合还原剂球团能提前到达铁矿粉的还原终点;两种还原剂球团的控速环节均为碳的气化反应控速;混合还原剂-铁矿粉球团的活化能为287.91 kJ/mol,小于无烟煤-铁矿粉球团的活化能(308.98 kJ/mol),证明混合还原剂可有效降低含碳球团的还原难度。     

Fe3O4内配石墨球团的还原动力学

开展了Fe3O4内配石墨球团还原试验,以考察球团的中温还原性。设定温度950～1 100℃,时间低于35min。并采用新建立的还原动力学方程(PKV方程)计算球团的动力学参数。结果表明,球团的还原能力随时间、温度的提高而增加,初始时间段及较低温度下增加幅度相对较大;温度对球团的还原影响很大。球团在19min前后的活化能分别为102.046kJ/mol和86.872kJ/mol。控制环节为界面化学反应,前19min为碳的气化反应,后19min为CO还原Fe3O4。     

冶金尘泥含碳球团直接还原机制的试验研究

以气固反应相继发生动力学模型为基础开展冶金尘泥含碳球团直接还原试验,考察还原速率、还原率以及还原气氛等表征还原特性的特征参数在整个还原过程的变化,研究冶金尘泥含碳球团的还原行为及过程的作用机制。结果表明:冶金尘泥含碳球团的还原过程由孕育启动期、快速反应期和反应结束期组成,反应进程快,3～5 min就能达到碳气化和铁氧化物还原剧烈进行的温度。在1 270℃以下,升高温度对含碳球团还原有明显加速作用,但进一步提高温度,球团n(C)/n(O)((C、O摩尔比))及球团中碳的消耗对还原过程的影响更为显著,表现在最大还原速率维持时间延长,还原率大幅提高。碳气化反应是含碳球团还原过程最重要的环节,其反应生成的CO决定了铁氧化物还原反应物的供给速度。反应过程处于明显的还原性气氛中,气氛中CO_2来自于部分CO的进一步氧化,其含量多少取决于气氛中CO的数量和反应的进程。     

冶金尘泥含碳球团直接还原机制的试验研究

摘要：以气固反应相继发生动力学模型为基础开展冶金尘泥含碳球团直接还原试验,考察还原速率、还原率以及还原气氛等表征还原特性的特征参数在整个还原过程的变化,研究冶金尘泥含碳球团的还原行为及过程的作用机制。结果表明：冶金尘泥含碳球团的还原过程由孕育启动期、快速反应期和反应结束期组成,反应进程快,3~5min就能达到碳气化和铁氧化物还原剧烈进行的温度。在1270℃以下,升高温度对含碳球团还原有明显加速作用,但进一步提高温度,球团n(C)/n(O)( (C、O摩尔比))及球团中碳的消耗对还原过程的影响更为显著,表现在最大还原速率维持时间延长,还原率大幅提高。碳气化反应是含碳球团还原过程最重要的环节,其反应生成的CO决定了铁氧化物还原反应物的供给速度。反应过程处于明显的还原性气氛中,气氛中CO2来自于部分CO的进一步氧化,其含量多少取决于气氛中CO的数量和反应的进程。     

预还原球团在铁碳熔体中熔融还原传质规律的研究

本文对不同预还原度的铁矿球团在铁碳溶体中溶融还原的规律进行了实验和理论研究，针对熔还原反应特点，提出了表观FeO浓度概念，根据传质理论和球团矿熔融还原的特性，建立了支映球团矿在铁碳熔体中熔融还原反应规律的双相传质模型，实验和理论计算结果表明，球团预还原度和熔化速度等因素对熔融速率影响较大。     

炼铁过程熔融渗碳行为研究

传统高炉冶炼过程中铁水最终含碳量是饱和的,而闪速炉中反应是在物料漂浮阶段发生,没有固态料柱的压迫作用,无法发生高炉炉缸内固体炉料与铁水的渗碳作用,最终铁水含碳量未知。为此对闪速炼铁炉中熔池底部渗碳反应进行了研究。首先,对铁碳相图进行了理论研究,基于此理论分析探讨了反应时间、焦炭粒径、焦炭床层高度及原料失重率等因素对铁水最终含碳量的影响。得出了最佳工艺条件为反应时间240 min、焦炭粒径5～8 mm、焦炭加入量70 g、原料失重率26%,在此最佳工艺条件下含碳量最大为4.73%。为了进一步探究渗碳过程中铁碳合金中元素的分布规律,对含碳量为4.73%的铁碳合金进行了SEM-EDS表征,结果显示条棒状石墨碳呈凝聚态不规则嵌布在铁碳合金中,在石墨碳边缘呈现两种不同衬度,分别为FeC相和Fe_3C相。     

赤泥含碳球团还原动力学

在900~1 200℃范围内,通过还原失重试验研究了赤泥含碳球团的还原特性。结果表明,还原得到的金属化球团中铁元素总含量在60.7%以上,金属化率在83.48%以上。赤泥含碳球团的金属化率和还原速率均随温度的升高而增大,赤泥含碳球团的还原速率由碳的气化反应和界面化学反应混合控制,表观活化能为110.16~111.42kJ/mol。     

高铝高硫低品位铁矿粉还原熔分制备珠铁

 基于转底炉珠铁工艺,以一种高铝高硫低品位铁矿粉和无烟煤为原料,在实验室条件下进行了还原熔分试验研究,考察了温度、配碳量、碱度和添加剂对高铝铁矿含碳球团还原熔分行为的影响,并分析了碱度和添加剂对珠铁中硫质量分数的影响。试验结果表明,温度为1 350～1 450 ℃时,空白球团熔分效果较差,金属铁渗碳量较低;提高配碳量,金属铁渗碳量略有增加,但熔分效果仍较差;碱度增加会促进球团还原,1 450 ℃时,碱度为0.6、0.8、1.0、1.2的球团可以实现渣铁良好分离,珠铁中硫质量分数逐渐降低,碱度为1.2时降低较明显;Na2CO3配比增加,球团熔分也会逐渐变差,1 450 ℃时球团基本均可以熔分,珠铁中的硫质量分数逐渐降低,但脱硫效果不明显;当碱度为1.2、Na2CO3配加为8%、CaF2配加为4%时,球团可以在1 450 ℃下良好熔分,脱硫效果显著,珠铁中硫质量分数为0.085%,脱硫率达到96.5%,所得珠铁基本满足炼钢要求。     

不同增碳剂对含钒铁水增碳的理论分析和试验

 用热力学方法计算并分析了铁水增碳过程中碳溶解反应自由能变化以及碳氧化反应自由能变化的关系,认为碳的氧化是阻碍铁液增碳的不利因素,增碳反应必须在氧气较少的气氛中进行。在此基础之上,进行增碳试验。首先利用过量石墨增碳,分别得到含钒铁水在1 450、1 500、1 550 ℃时的碳饱和溶解度,并拟合得到碳溶解度与温度的关系式,即[w(Cs)＝2.7×10－3T＋0.38。]然后将不同的增碳剂加入到由铁屑熔化而得到的含钒铁液中,并保温一定时间进行增碳试验。由试验结果可知,5种增碳剂的增碳效果优先顺序为：低氮增碳剂、石墨、无烟煤、碳粒、焦炭。由动力学计算可知,在本次试验条件下增碳反应速率常数的数量级为10－4 s－1。通过分析认为,提高温度可以促进增碳反应的进行,而增碳剂中的硫和灰分抑制增碳反应的进行。     

硼铁精矿的碳热还原动力学

为了揭示硼铁精矿的碳热还原机理,以高纯石墨为还原剂,进行硼铁精矿含碳球团等温还原实验,并采用积分法进行动力学分析.还原温度分别设定为1000、1050、1100、1150、1200、1250和1300℃,配碳量即C/O摩尔比=1.0.当还原度为0.1<α<0.8时,温度对活化能和速率控制环节有重要影响:还原温度≤1100℃时,平均活化能为202.6 k J·mol-1,还原反应的速率控制环节为碳的气化反应;还原温度>1100℃时,平均活化能为116.7 k J·mol-1,为碳气化反应和Fe O还原反应共同控制.当还原度α≥0.8时(还原温度>1100℃),可能的速率控制环节为碳原子在金属铁中的扩散.碳气化反应是含碳球团还原过程中主要速率控制环节,原因在于硼铁精矿中硼元素对碳气化反应具有较强烈的化学抑制作用.      

不同反应性炭的气化差异及对铁矿还原的影响

纯氧高炉和煤气化耦合联产是降低炼铁和煤气化工艺能耗和碳排放的重要手段,而研究不同反应性炭的气化差异及其对铁矿石还原影响是实现煤气调质与降低焦比的关键.在模拟纯氧高炉与煤气化耦合联产工艺条件下进行了木炭、兰炭、焦炭的气化和烧结矿、球团矿的还原试验研究.研究结果表明,3种炭与CO2和水蒸气的反应性由强到弱的顺序为木炭＞兰炭...     

铁焦制备与高炉应用的研究进展

 钢铁工业长期面临着资源短缺和环境污染的的发展现状,实现节能减排和绿色冶金是钢铁工业实现可持续发展的重点。而高炉炼铁是钢铁工业节能减排的关键,急需研发低碳高炉炼铁新技术。复合铁焦是实现低碳高炉炼铁的一种新型碳铁复合炉料。高炉使用铁焦后可降低热储备区温度,提高冶炼效率,降低焦比,从而实现CO₂减排。综述了国内外铁焦制备与应用的研究进展,主要包括铁焦的制备工艺和高炉应用。归纳了各种铁焦制备工艺的特点。同时提出并研究了矿煤压块-竖炉炭化-高炉应用的冷压型铁焦制备与应用新技术。重点进行了冷压型铁焦的制备及冶金性能优化、高炉应用冷压型铁焦等试验研究。冷压型铁焦制备适宜的工艺条件为,质量分数为30%铁矿粉、45%烟煤1、10%烟煤2、10%烟煤3、5%无烟煤、5%沥青类黏结剂B混合加热至60 ℃,并进行冷压成型;成型压块再经竖炉1 000 ℃炭化4 h;获得抗压强度3 977 N、I型转鼓强度77.7%、反应性69.7%、反应后强(固定气化溶损量20%)42%的优质铁焦。高炉综合炉料中添加质量分数20%~30%冷压型铁焦,综合炉料熔滴性能明显改善。以上研究为铁焦实现工业化生产与低碳高炉炼铁应用提供了参考。     

高炉焦炭在铁水中溶解行为研究现状及展望

 在当前及未来大型高炉高冶炼强度的条件下,加快焦炭在铁水中的溶解速率、提高高炉炉缸铁水的碳饱和度是削弱碳不饱和铁水对炉缸炉衬侵蚀、保证炉缸正常工作及延长高炉寿命的重要措施,同时可以为下游的炼钢工序提供部分热量来源。首先对国内外焦炭在铁水中溶解的试验和模拟研究方法进行了概括,然后对焦炭自身结构性能、焦炭中矿物质、铁水的物理性质等影响焦炭溶解速率的因素进行了详细分析。结果表明,碳结构的有序度和铁水温度的升高有利于焦炭的溶解,而焦炭中矿物质及铁水中硫、磷等元素的存在会抑制铁水的进一步渗碳。研究结果为高炉操作者理解焦炭在铁水中的溶解行为提供借鉴,指导钢铁工业的节能减排。     

炭化工艺参数对铁焦冶金性能的影响

摘要：复合铁焦被认为是实现低碳高炉炼铁的革新技术之一。为了获得高质量的铁焦,需要采用适宜的炭化工艺条件。研究了炭化工艺参数对铁焦机械强度、反应性和反应后强度等冶金性能的影响,并对炭化后铁焦的金属化率、微观结构和碳微晶结构进行了解析。结果表明,炭化温度的升高可以提高铁焦的抗压强度和反应性。当温度为900～1000℃时,铁焦的抗压强度和反应性较优。炭化时间的延长可以使铁焦的抗压强度提高,反应性降低。当炭化时间为3～4h时,铁焦抗压强度和反应性较优。升温速度越快,铁焦的机械强度越低。适宜的升温速度为:Ⅰ段（室温至550℃）小于7℃/ min,Ⅱ段（550℃至1000℃）小于5℃/min。为防止铁焦冶金性能因碳气化溶损反应而劣化,在CO和CO2混合炭化气氛中,CO2与CO体积比(V(CO2)/V(CO))应控制在0.11以下。在优化的炭化工艺条件下,制备的铁焦抗压强度大于3500N,反应性大于60%,反应后强度在16%左右。     

Kinetics of Reduction of Iron Oxide in Mixtures of Oxide and Carbon: A Critical Appraisal

In the area of alternative ironmaking, processes using mixtures of fines of iron ore with fines of carbonaceous material (coal/char/coke) have become popular and are growing. For about three decades the present author and his co-workers carried out several investigations on kinetics of various aspects of reduction of iron oxide and gasification of carbon, including reduction in mixtures and in composite pellets of fines of iron oxide/ore and graphite/char/coal. The present paper is a brief and critical review, primarily on the basis of the above studies. It is contended that the issues focused here are relevant even now.     

含钒铁水增碳与增碳剂的选择

通过分析含钒铁水增碳的热力学,证明了含钒铁水增碳的可行性。然后在1 500℃的增碳温度下,将5种增碳剂加入到含钒铁液,进行增碳试验。由试验结果可知,5种增碳剂的增碳效果优先顺序为:低氮增碳剂、石墨、无烟煤、碳粒、焦炭,增碳反应的平衡常数K的数量级为10~(-4)s~(-1)。分析认为,增碳效果的不同主要与增碳剂中硫含量和灰分含量的差别有关。综合分析表明无烟煤是含钒铁水增碳的最佳增碳剂,在实际生产中,吨铁加入13.2 kg无烟煤时,增碳量为0.5%。