鐵礦粉流態(tài)化還原動力學(xué)的比較實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、高爐煉鐵流程長、投資大、能耗高以及環(huán)境污染嚴(yán)重，并且依賴焦炭。隨著焦煤資源的日漸匱乏，鋼鐵工業(yè)的發(fā)展需求與焦炭供應(yīng)的矛盾日益突出。這也成為人們研究和發(fā)展非高爐煉鐵的根本動力。以流化床為還原設(shè)備的煉鐵工藝，因可直接使用粉礦而備受青睞。為了優(yōu)化流化床中礦粉CO還原的動力學(xué)條件，提高還原速率以及生產(chǎn)效率，本文利用微型流化床動力學(xué)分析儀和熱重分析儀分別研究了巴西礦粉在不同溫度，不同CO體積分?jǐn)?shù)氣氛中的還原行為。然后通過流化床實(shí)現(xiàn)了巴西礦粉的流態(tài)

2、化預(yù)還原和終還原反應(yīng)?？疾炝税臀鞯V粉預(yù)還原階段的溫度和停留時間對終還原過程的影響規(guī)律。并分析了產(chǎn)物結(jié)構(gòu)的變化對整個還原過程中巴西礦粉還原行為的影響。
　　熱重分析儀中，隨著溫度的升高，純Fe2O3試劑完全還原時間顯著降低，還原速率顯著提高。模型函數(shù)配合法與無模型函數(shù)法求解所得的表觀活化能接近。根據(jù)反應(yīng)機(jī)理函數(shù)，確定了還原過程的限制性環(huán)節(jié)為區(qū)域化學(xué)反應(yīng)。700-850℃范圍內(nèi)，熱重中巴西礦粉在CO體積分?jǐn)?shù)為50％和75%的氣氛中還原

3、，受到CO氣體外擴(kuò)散的限制，巴西礦粉無法被完全還原。隨著溫度的升高，礦粉最終的還原度逐漸升高，但反應(yīng)速率沒有明顯的變化。而CO的體積分?jǐn)?shù)對鐵礦粉的還原速率有顯著的影響。
　　微型流化床反應(yīng)分析儀中，礦粉顆粒被完全還原所用的時間隨著反應(yīng)溫度和CO體積分?jǐn)?shù)的升高而逐步縮短。礦粉的還原速率隨著反應(yīng)溫度和CO體積分?jǐn)?shù)的升高而顯著增大。然而當(dāng)體系中CO體積分?jǐn)?shù)較小時，溫度對反應(yīng)速率的影響趨緩。在整個還原過程中，反應(yīng)初期化學(xué)反應(yīng)速率最快，并且

4、在該階段溫度對化學(xué)反應(yīng)速率有非常顯著的影響。到了還原反應(yīng)后期，溫度對化學(xué)反應(yīng)速率影響趨緩。模型函數(shù)配合法與無模型函數(shù)法求解所得的表觀活化能接近。根據(jù)反應(yīng)機(jī)理函數(shù)，結(jié)合還原產(chǎn)物的表面形貌分析，確定了還原過程的限制性環(huán)節(jié)為CO氣體的內(nèi)擴(kuò)散。較熱重而言，巴西礦粉在微型流化床反應(yīng)分析儀中的還原速度非常的快，并有效的抑制了外擴(kuò)散作用，求解的動力學(xué)參數(shù)與本征反應(yīng)相近。同時也表明通過微型流化床反應(yīng)分析儀求解的動力學(xué)參數(shù)更適合指導(dǎo)以流化床為反應(yīng)器的煉鐵

5、工藝。
　　在流化床中，巴西礦粉在預(yù)還原階段，礦粉預(yù)還原度隨著預(yù)還原溫度的升高而增大。當(dāng)預(yù)還原溫度為400℃、500℃、700℃時，巴西礦粉的終還原度隨著預(yù)還原溫度的升高而顯著增大。預(yù)還原溫度為600℃和750℃時，出現(xiàn)了異常狀況，這兩個溫度點(diǎn)的終還原度分別低于500℃和700℃時的值。把600℃預(yù)還原階段的停留時間由10分鐘下調(diào)到8分鐘，發(fā)現(xiàn)礦粉的終還原度有顯著提高。
　　通過對礦粉預(yù)還原和終還原產(chǎn)物SEM分析，發(fā)現(xiàn)在礦粉

6、還原過程中，反應(yīng)速率和停留時間共同決定著礦粉產(chǎn)物層的孔隙率。溫度越高，還原反應(yīng)速率越快，單位時間內(nèi)的失氧量就越多，形成的孔洞和裂紋也就越多，礦粉在還原過程中孔與裂紋的形成與燒結(jié)作用是并存的。隨著反應(yīng)的進(jìn)行，反應(yīng)速率逐漸減小，加之受到還原氣氛或溫度的限制，還原速率就愈發(fā)緩慢，孔和裂紋的數(shù)目也不再增加。此時，如果還原溫度過高，燒結(jié)作用就會凸顯，因而產(chǎn)生了孔與裂紋閉合的現(xiàn)象。燒結(jié)后致密的產(chǎn)物層阻礙了還原氣向反應(yīng)界面的擴(kuò)散，使得礦粉顆粒還原度較