颗粒粒径对流态化还原铁矿粉黏结失流的影响

采用热态可视化流化床装置,在一定表观气速条件下,研究1073 K温度时不同粒级铁矿粉的黏结失流.根据对黏结失流影响程度的不同,可将矿粉颗粒分为三个粒径区间:中性气氛升温过程中失流的小粒径颗粒;还原至较低金属化率发生失流的中间粒径颗粒;还原至高金属化率也不发生失流的大粒径颗粒.分别对他们不同的影响机理进行了分析.研究还发现在正常流化条件下,随着矿粉颗粒粒径的增大,还原失流后床层的膨胀幅度会减小.      

铁矿粉气基直接还原过程中铁晶须生长观察

采用五段式卧式加热炉装置, 对5种粒度范围的巴西CVRD矿粉进行了不同温度、不同气氛条件下的气基直接还原实验, 还原后得到各个条件下具有不同表面颗粒形貌的矿粉样.对还原后的矿粉样进行金属化率检测和扫描电镜下微观形貌观察, 发现不同的还原条件对铁矿粉还原过程中矿粉颗粒形貌及颗粒表面铁晶须的生长状况具有重要影响, 研究发现可以从还原条件来控制矿粉颗粒的还原状况及颗粒表面形貌, 从而改善气基直接还原中的颗粒粘结状况.      

烟煤包覆磁铁矿粉的还原行为分析

为了抑制铁矿粉在流化态还原过程中发生粘结失流,采用了烟煤包覆磁铁矿粉的方法。针对还原过程中矿粉形貌研究了烟煤包覆磁铁矿粉的还原行为,对不同温度下烟煤包覆磁铁矿粉的还原试样进行了SEM、EDS、XRD表征,并进行了对比分析。结论证实了升温可以有效提高固体碳与铁矿粉的反应进程,以及烟煤碳包覆磁铁矿粉可以有效地抑制铁晶须的生成。     

反应气氛和温度对热压含碳球团还原反应进程的影响

热压含碳球团是利用煤的热塑性而将铁矿粉和煤粉热压成型的一种新型优质炼铁原料.还原性是炉料主要冶金性能之一,而反应气氛和温度对热压含碳球团还原反应进程有重要的影响.通过还原失重试验,重点研究了反应气氛和温度对热压含碳球团还原反应进程的影响.研究表明,热压含碳球团整个还原反应进程可分为两个阶段:第一阶段还原速率明显大于第二...     

还原流化床内铁的析出形态与铁矿粉的粘结行为

用电子扫描电镜分析和探讨了铁矿粉在还原流化床中的粘结行为与金属铁析出形态的关系，结果表明，在不同的还原条件下，金属铁将以不同的形态析出，而铁矿粉在还原流化床中的粘结行为又受金属析出形态的影响，在一定温度下，粘结现象主要由铁晶须引起的。最后，为熔融还原流化床提出了一种新的，有效的预防粘结措施。     

巴西铁矿粉流态化还原条件优化研究

采用加压可视流化床装置,对巴西铁矿粉流态化还原行为进行研究,发现适当地增加压力可以提高金属化率,添加碳粉可以改善流化状态。为进一步优化还原时间、还原压力、还原气体线速度、还原温度、碳粉含量和碳粉粒径等因素对巴西铁矿粉还原的影响,采用六因素三水平正交试验方法,对还原后巴西铁矿粉样品进行金属化率和粘结比检测,发现不同还原条件对巴西铁矿粉的影响规律。研究发现纯氢气流态化还原巴西铁矿粉的最佳条件为:还原温度为923～1 023 K,还原气体线速度0.6 m/s,还原时间30～50 min,还原压力0.25 MPa,碳粉质量分数2%～6%(占矿粉质量),碳粉粒径4～7μm。     

铁矿粉流化床直接还原防止粘结的试验研究

研究了流化床铁矿粉直接还原过程中掺入惰性物质对防止粘结的效果以及粘结失流与铁矿的组成、粒度、还原温度、还原气氛、金属化率、掺入惰性物质种类、数量等多种因素的关系,探讨了粘结失流机理。结果表明:MgO是最有效的防止粘接添加剂,使用量小于5%;CaO次之,使用量约为5%～10%。少量焦粉、白云石、碳酸钙等对抑制粘结失流无明显的作用。铁矿的熔点越低、粒度越小、金属化率越高、温度越高就越容易失流。     

折流式移动流化床COREX煤气预还原粉铁矿的数值模拟

建立了折流式移动流化床内粉铁矿预还原的二维气固反应流CFD模型.模型的数值求解采用PHOENICS和FLUENT的联合求解.与之前的实验结果相比,在冷态条件下单床层平均压降和气固相流动行为的数值模拟结果与其基本一致,得出所提出的数学模型是可靠的.在此模型基础上,对采用COREX输出煤气对铁矿粉预还原的工艺过程进行热态模拟.在模拟的工况条件下,还原气温度的整体降幅700 K,气相CO和H_2还原势的利用率分别达到38%和26%,矿粉的还原分数达到75%,即反应器内有良好的气固换热而且对COREX煤气还原势的利用率较高,实现了对还原气热能和还原势的梯度利用.      

低温快速还原炼铁新技术特点及理论研究

对低温快速还原炼铁新技术进行了理论基础研究,不但设计了新工艺流程,而且论述了新流程的特点.低温快速还原炼铁新流程分为气基和煤基两种流程,它们均具有低能耗、高效率和环境友好等特点.微米级铁矿粉具有纳米尺度的晶粒,纳米晶铁矿粉的储能使得反应温度明显低于微米晶粉体的反应温度.反应活化能降低与反应面积增加显著加快反应的进行.纳米晶催化反应进一步降低铁矿的还原温度和加快还原速度,可将气基和煤基的低温快速还原温度降至600℃和700℃以下.碳的气化反应依然是低温下碳还原氧化铁的限制性环节.     

高磷矿氢气还原过程的原位研究

通过原位观察的方法,研究了H₂气氛、不同温度下高磷矿还原过程的矿相结构演变规律和温度对金属铁析出形态的影响.高磷矿的鲕状结构在还原过程中未被破坏掉;随着温度的提高,矿相结构的演变加快,温度较高时Fe发生明显偏聚,金属铁从赤铁矿相中加快析出.还原温度对高磷矿中金属铁的析出形态影响显著:在700℃时金属铁析出在矿石颗粒表面形成致密铁层;800℃时析出的金属铁形貌复杂化,铁层致密度下降,出现孔洞,同时有少量的短小铁晶须;900℃时铁晶须数量明显增多,同时伴随着大量多孔海绵铁的析出.因此,可以通过调节还原温度和时间,使得气基还原过程避免黏结失流,同时高效还原高磷矿.      

氧化铁气基还原过程的气体氧化动力学

 为了研究氧化铁气基还原过程的气体氧化过程,给出了气基还原单个/单层氧化铁颗粒（球团）的气体利用率计算公式,并建立了氧化铁还原及还原气体氧化的耦合动力学模型。结合氢气还原单颗粒氧化铁以及氧化铁固定床、流化床还原试验得出,在还原分数较低时,气体利用率较高,但是随着还原分数的提高,气体利用率不断下降、还原时间明显延长。缩小颗粒粒度、提高反应速率常数（温度、优质还原剂、催化剂等）等措施有利于提高还原分数和气体利用率;单纯提高气体速度（增加气矿比）,有利于提高还原分数,但是使气体利用率降低。     

折流式移动流化床改质焦炉煤气预还原铁矿粉的数值模拟

 建立了折流式移动流化床内利用改质焦炉煤气进行气基粉铁矿预还原的数学模型。模型求解采用FLUENT和PHOENICS的联合求解。冷态工况的数值模拟结果和试验结果进行了比较。通过比较床层平均压降和分析气固相的流动行为,对提出的数学模型的可靠性进行了验证。利用所建立的数学模型对利用该反应器和采用改质COG(焦炉煤气)对铁矿粉预还原的工艺过程进行了热态模拟。在模拟的工况条件下,指出了反应器内分布板布置上的缺陷;反应器必须采用气体分布板振动才可以保持气固正常流动,同时保持较小的流化气速。还原气温度的整体降幅达到770K,气相还原势的利用率达到35%,矿粉的还原分数达到0.7,反映出该反应器内良好的气固换热和对还原势的利用率。该反应器在一个紧凑的结构下实现了对还原气热能和还原势的梯级利用。     

Intensifying Gaseous Reduction of High Phosphorus Iron Ore Fines by Microwave Pretreatment

 Gaseous reduction kinetics of the high phosphorus iron ore fines from Hubei in China and effect of microwave pretreatment on the gaseous reduction behavior were studied. Gaseous reduction kinetics were investigated by TG (Thermogravimetric) methods using LINSEIS STA PT 1600 thermal analysis equipment. Microwave pretreatments to the ore fines with four power levels were performed using a high temperature microwave reactor. Its effect was examined by TG methods and its mechanism was analyzed by SEM (scanning electron microscope) and EDS (energy dispersive spectrometer). Gaseous reduction tests were carried out using a tubular furnace. Results of kinetic study indicate that controlling step of the gaseous reduction of the ore fines is a mixing control of gas internal diffusion and interface chemical reaction when reduction fraction is less than 0. 8 and is solid state diffusion when reduction fraction is more than 0. 8. Microwave pretreatment of the ore fines could change the pore structure of the oolitic unit to generate cracks, fissures and loose zones, which promotes reduction in the early stage and delays the occurrence of sintering. Gaseous reduction tests show in the condition that the ore fines are pretreated with a microwave power of 450 W for 4 min and reduced under temperature of 1273 K, the gaseous reduction of the ore fines could be apparently intensified. Using CO or H2 as a reductant and ore fines being reduced for 1. 5 to 2 h , increase of metallization rate of the ore fines is 10% to 13%.     

Effect of Coating MgO on Sticking Behavior during Reduction of Iron Ore Concentrate Fines in Fluidized Bed

The effect of coating MgO with different methods on sticking behavior during the reduction of iron ore fines was investigated, at 1073 K with 70%CO–30%H₂ gas mixture in a visualization fluidized bed. It was found that coating MgO on particle surface could extend fluidization time from 12 min to more than 80 min, and improve the degree of metallization from 22% to more than 80%. The expansion level of bed after defluidization could also be obviously decreased. To achieve a similar effect, the initial coating content with solution method was less than that with powder method. The reason was that coating MgO could effectively insulate the contact of metallic iron on particle, which provided the reaction time for carbon deposition and the production of Fe₃C with low stickiness. Therefore, the decrease of metallic iron on particle surface led to the decrease of particle stickiness at high temperature.     

Kinetics of Reduction Reaction in Micro-Fluidized Bed

 Micro-fluidized bed reactor is a new research method for the reduction of iron ore fines. The reactor is operated as a differential reactor to ensure a constant gas concentration and temperature within the reactor volume. In order to understand the dynamic process of the reduction reaction in micro-fluidized bed, a series of kinetic experiments were designed. In the micro-fluidized bed, the use of shrinking core model describes the dynamic behavior of reduction of iron ore. And the apparent activation energy is calculated in the range of 700-850 ℃ while the initial atmosphere is 100% content of CO.     

工艺参数对连续流化床内铁矿粉还原效果的影响

为了研究工艺参数对连续流化床内铁矿粉还原效果的影响规律,建立了两级连续流化床内氧化铁还原及煤气氧化耦合动力学模型.R1级流化床主要为FeO的还原,采用优质煤气作为还原剂,FeO来自R2级反应器;R2级流化床主要将Fe₂O₃还原到FeO,Fe₂O₃来自预热的R3流化床反应器,还原气来自R1还原尾气.模型主要计算结果与文献吻合.并以此为模型研究了矿粉粒度、流化床内压力等参数对流化床还原效果的影响.为了取得矿粉平均金属化率不小于85%、煤气利用率不低于38%和气矿比950~1050 m3·t-1的还原效果,流化床应满足如下工艺条件:矿粉平均粒度1.5 mm以下,流化床温度780~800℃,煤气还原势不低于93%,惰性气体体积分数小于5%,R1流化床内煤气平均压力3.5×105~4.0×105 Pa,停留时间的倒数u_g/H=1.0~1.1 s-1,R1流化床矿粉平均停留时间30 min,R2流化床矿粉平均停留时间20 min.      

氢气还原1～3mm铁矿粉的动力学研究

在自制的kg级高温流化床中研究了氢气还原1～3 mm矿粉的动力学试验。随着时间的增加,气体利用率下降,表明还原前期反应速度快,后期反应慢;温度越高,气体利用率越高,但随着还原时间的增加,差距在逐步缩小;对于750℃,前20 min的气体利用率为9%,金属化率达到84%,说明氢气还原矿粉反应是非常迅速的。随着气速的增加,金属化率在增加,并且几乎成线性关系,因此使用氢气作为还原剂,可以允许更高的气速,从而提高设备的生产效率。随着料高的增加,金属化率不断下降,然而气体利用率却在不断升高。使用氢气作为还原剂,可以将还原温度降低到700～750℃,避免流化床过程中的粘结难题;试验中氢气还原1～3 mm铁矿粉时的表观活化能为58.4kJ/mol。     

贵州鲕状赤铁矿的氢气还原行为

在800～1100℃范围内、H2体积分数为99.99％的气氛条件下,采用气基直接还原工艺对贵州鲕状赤铁矿进行了恒温还原研究,使用X射线衍射仪和光学显微镜对还原产物进行了表征,通过阿伦尼乌斯公式计算了还原反应的表观活化能,并采用未反应核模型判断了还原反应的限制性环节.结果表明:当还原温度为1100℃,还原时间为150 min,二元碱度为1.0时,可以获得金属化率为91.15％的直接还原产物,原矿中加入CaO促进了FeAl2O4和Fe2SiO4的还原,是还原产物金属化率提高的主要原因.动力学结果表明:原矿在900～1 100℃的还原过程中受气体内扩散控制,其表观活化能为18.95 kJ/mol,并且在典型气体内扩散范围内.