co氣氛下mgo對fe2o3還原時金屬鐵析出微觀行為的影響

1、CO氣氛下氣氛下MgO對Fe2O3還原時金屬鐵析出微觀行為的影響還原時金屬鐵析出微觀行為的影響趙志龍，唐惠慶，郭占成（北京科技大學鋼鐵冶金新技術(shù)國家重點實驗室，北京100083）摘要摘要：利用高溫光學體視顯微鏡和高溫熱臺研究MgO對CO還原Fe2O3中鐵晶須成核、生長的影響，并結(jié)合SEM、EDS、TG、紅外光譜等，從微觀角度揭示MgO對還原過程氣固界面上金屬鐵的析出形態(tài)的影響機理。結(jié)果表明，摻入MgO能有效改變氧化鐵還原后析出鐵的形態(tài)，

2、抑制了鐵晶須成核和生長；當摻入質(zhì)量分數(shù)超過2%時，還原后金屬鐵全部以層狀晶析出，無鐵晶須形成。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：高溫光學體視顯微鏡；高溫熱臺；原位觀察；CO還原；鐵晶須；MgO中圖分類號：中圖分類號：TF556文獻標識碼：文獻標識碼：A文章編號：文章編號：10077545（2012）05000000EffectofMgOonMicrobehavifPrecipitationofMetallicIroninFe2O3Reductionunde

3、rCOAtmosphereZHAOZhilongTANGHuiqingGUOZhancheng(StateKeyLabatyofAdvancedMetallurgyUniversityofScienceTechnologyofBeijingBeijing100083China)Abstract：TheeffectsofMgOonthenucleationgrowthofironwhiskerstheirmechanisminFe2O3r

4、eductionwithCOwerestudywithstereoopticalmicroscopehotstage.TheeffectingmechanismofMgOontheprecipitationmphologyofmetallicironatthegassolidinterfacesduringreductionwasrevealedfrommicroaspectwithSEMEDSTGFTIR.Theresultsindi

5、catethatdopedMgOcaneffectivelychangetheprecipitationmphologyofmetallicironafterthereductionofFe2O3inhibitthenucleationgrowthofironwhiskers.WhentheamountofMgOadditionismethan2%(mass)allmetallicironfmsaslaminatecrystaliron

6、whiskerscouldnotbeobserved.Keywds：stereoopticalmicroscopehotstageinsituobservationCOreductionironwhiskerMgO流化床作為煉鐵還原反應(yīng)器很早就被試圖用于直接還原煉鐵和熔融還原煉鐵[1]。但鐵礦石還原時的黏結(jié)失流現(xiàn)象一直阻礙著其應(yīng)用和推廣。黏結(jié)的產(chǎn)生和還原過程中金屬鐵的析出形態(tài)有密切聯(lián)系，其中還原時顆粒間鐵晶須的物理接觸和化學作用是主要原

7、因[28]。鐵晶須的生長是由于氣體擴散條件、還原過程中金屬鐵不均勻形核造成的，另外礦石顆粒的化學成分，尤其是一些金屬礦質(zhì)元素（如Mg、Ca等）對鐵的析出形態(tài)有很大影響。因此，掌握這些元素對金屬鐵析出形態(tài)作用行為，對研究黏結(jié)機理和抑制黏結(jié)措施有非常重要的意義。在掌握氣體還原過程中金屬鐵析出形態(tài)的演變規(guī)律后[9]，本文研究MgO對氧化鐵氣體還原時金屬鐵析出微觀行為的影響。從原位觀察和反應(yīng)動力學等方面對摻入MgO前后還原時的氣固顆粒界面反應(yīng)機

8、理進行研究。1試驗材料及方法試驗材料及方法1.1試驗儀器及裝置試驗儀器及裝置使用LINKAMTS1500高溫熱臺和ZEISSSteREODiscovery.V20高溫體視顯微鏡進行原位觀測（如圖1），NEXUS470紅外光譜儀，STAPT1600HIGHPRESSURE5高溫高壓同步熱分析儀。圖1高溫還原原位觀察試驗裝置示意圖高溫還原原位觀察試驗裝置示意圖Fig.1Sketchmapoftestingapparatusfinsituob

9、servation基金項目基金項目：國家自然科學基金委與上海寶鋼集團公司聯(lián)合基金重點項目（50834007）doi：10.3969j.issn.10077545.2012.05.014入MgO后鐵晶須變短，長短在6μm以下；摻入量在2%以上時，還原過程中沒有鐵晶須生成。此外，研究發(fā)現(xiàn)摻入MgO后鐵晶須的直徑變化不明顯，只有長短發(fā)生變化。圖2不同不同MgO配比下還原配比下還原30min后鐵晶須生長的后鐵晶須生長的SEM形貌形貌Fig.2S

10、EMpatternofironwhiskersunderdifferentMgOdosageafter30minofreduction(a)0%MgO；(b)0.5%MgO；(c)1.5%MgO；(d)2%MgO2.2MgO對Fe2O3還原動力學的影響還原動力學的影響由上述原位觀察可以看出，MgO的摻入有效改變了還原過程中鐵的析出形態(tài)，抑制鐵晶須的生成。下面在同樣條件下，研究MgO對顆粒氣固兩相還原動力學的影響。圖3為不同配比MgO樣品

11、的還原熱重曲線。從圖3可看出，從通入還原性氣體開始計時，1min開始失重，表示Fe2O3開始還原。摻入MgO的樣品開始失重時刻相對延后，這和原位觀察結(jié)果一致，但延后時間長短有較大差異，這和反應(yīng)器結(jié)構(gòu)有關(guān)。圖3MgO對Fe2O3還原影響的熱重曲線還原影響的熱重曲線Fig.3TGcurvesofeffectofMgOonthereductionofFe2O3從熱力學角度看，F(xiàn)e2O3還原失重的過程就是失氧的過程，將失重曲線與還原過程中Fe2

12、O3→Fe3O4→FeO→Fe的結(jié)構(gòu)變化對應(yīng)：Fe2O3→Fe3O4完全轉(zhuǎn)變時失重3.3%；Fe3O4→FeO完全轉(zhuǎn)變時總失重10%；FeO→Fe完全轉(zhuǎn)變時，失重達30%。由此可見，F(xiàn)e2O3→Fe3O4轉(zhuǎn)變非?？?，F(xiàn)e3O4→FeO次之，F(xiàn)eO→Fe最慢，這和原位觀察結(jié)果是一致的。在2min時各還原曲線逐漸開始相互分離，曲線斜率稍有減小，還原速率變慢，這是發(fā)生Fe3O4→FeO轉(zhuǎn)變?？梢娫贔e2O3→Fe3O4和Fe3O4→FeO轉(zhuǎn)變

13、前期，摻入的MgO對還原沒有影響，在Fe3O4→FeO后期開始對還原體現(xiàn)出抑制作用，并且隨著添加量的增加還原速率呈現(xiàn)遞減趨勢。還原5min時，還原曲線開始平緩，而添加1%MgO在7min才出現(xiàn)平緩，摻入2%以上MgO，則在約9min之后出現(xiàn)平緩。這時大部分氧化鐵被還原為金屬鐵，殘余FeO繼續(xù)發(fā)生FeO→Fe轉(zhuǎn)變，還原速率變慢。在該階段，對應(yīng)原位觀察結(jié)果，正是鐵晶須成核和生長時期。另外，摻入MgO后，還原失重速率明顯減小。可見，摻入MgO

14、對還原起到抑制作用，降低了還原速率。ElGeassy[10]在混合MgO壓塊后，考察MgO對鐵氧化物還原性能影響中也發(fā)現(xiàn)同樣現(xiàn)象。反應(yīng)進行30min時，還原反應(yīng)速率變得非常緩慢，這與FeO的活化能比較高有關(guān)，另外FeO→Fe轉(zhuǎn)變中可能形成新的結(jié)構(gòu)也是影響還原速率的因素。由試驗結(jié)果看，摻入MgO后還原曲線總失重量減小，表明氧化鐵的還原度有所降低。根據(jù)失重量計算，摻入MgO后的還原度在65%~77%，略低于同條件下不摻入MgO的還原度（82