co氣氛下mgo對(duì)fe2o3還原時(shí)金屬鐵析出微觀行為的影響

1、CO氣氛下氣氛下MgO對(duì)Fe2O3還原時(shí)金屬鐵析出微觀行為的影響還原時(shí)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(xué)鋼鐵冶金新技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100083）摘要摘要：利用高溫光學(xué)體視顯微鏡和高溫?zé)崤_(tái)研究MgO對(duì)CO還原Fe2O3中鐵晶須成核、生長(zhǎng)的影響，并結(jié)合SEM、EDS、TG、紅外光譜等，從微觀角度揭示MgO對(duì)還原過程氣固界面上金屬鐵的析出形態(tài)的影響機(jī)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(zhǎng)；當(dāng)摻入質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過2%時(shí)，還原后金屬鐵全部以層狀晶析出，無(wú)鐵晶須形成。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：高溫光學(xué)體視顯微鏡；高溫?zé)崤_(tái)；原位觀察；CO還原；鐵晶須；MgO中圖分類號(hào)：中圖分類號(hào)：TF556文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：文章編號(hào)：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(shí)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(shí)顆粒間鐵晶須的物理接觸和化學(xué)作用是主要原

7、因[28]。鐵晶須的生長(zhǎng)是由于氣體擴(kuò)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(xué)成分，尤其是一些金屬礦質(zhì)元素（如Mg、Ca等）對(duì)鐵的析出形態(tài)有很大影響。因此，掌握這些元素對(duì)金屬鐵析出形態(tài)作用行為，對(duì)研究黏結(jié)機(jī)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(duì)氧化鐵氣體還原時(shí)金屬鐵析出微觀行為的影響。從原位觀察和反應(yīng)動(dòng)力學(xué)等方面對(duì)摻入MgO前后還原時(shí)的氣固顆粒界面反應(yīng)機(jī)

8、理進(jìn)行研究。1試驗(yàn)材料及方法試驗(yàn)材料及方法1.1試驗(yàn)儀器及裝置試驗(yàn)儀器及裝置使用LINKAMTS1500高溫?zé)崤_(tái)和ZEISSSteREODiscovery.V20高溫體視顯微鏡進(jìn)行原位觀測(cè)（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(yàn)裝置示意圖高溫還原原位觀察試驗(yàn)裝置示意圖Fig.1Sketchmapoftestingapparatusfinsituob

9、servation基金項(xiàng)目基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金委與上海寶鋼集團(tuán)公司聯(lián)合基金重點(diǎn)項(xiàng)目（50834007）doi：10.3969j.issn.10077545.2012.05.014入MgO后鐵晶須變短，長(zhǎng)短在6μm以下；摻入量在2%以上時(shí)，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(zhǎng)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(zhǎng)的后鐵晶須生長(zhǎng)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(duì)Fe2O3還原動(dòng)力學(xué)的影響還原動(dòng)力學(xué)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(duì)顆粒氣固兩相還原動(dòng)力學(xué)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(jì)時(shí)，1min開始失重，表示Fe2O3開始還原。摻入MgO的樣品開始失重時(shí)刻相對(duì)延后，這和原位觀察結(jié)果一致，但延后時(shí)間長(zhǎng)短有較大差異，這和反應(yīng)器結(jié)構(gòu)有關(guān)。圖3MgO對(duì)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(xué)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(duì)應(yīng)：Fe2O3→Fe3O4完全轉(zhuǎn)變時(shí)失重3.3%；Fe3O4→FeO完全轉(zhuǎn)變時(shí)總失重10%；FeO→Fe完全轉(zhuǎn)變時(shí)，失重達(dá)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(shí)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(duì)還原沒有影響，在Fe3O4→FeO后期開始對(duì)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(shì)。還原5min時(shí)，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(shí)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(duì)應(yīng)原位觀察結(jié)果，正是鐵晶須成核和生長(zhǎng)時(shí)期。另外，摻入MgO后，還原失重速率明顯減小?？梢姡瑩饺隡gO

14、對(duì)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(duì)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(jìn)行30min時(shí)，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(yàn)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(jì)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