铁矿-生物质复合球团还原行为及还原动力学

通过分析生物质合成气气氛下,不同组分复合球团（添加和未添加生物质）的还原速率、还原度、表面微观结构和失重变化规律．对球团中添加生物质的作用机理以及含生物质球团还原过程的限制性环节展开研究．添加生物质的复合球团表面结构比无生物质球团疏松,孔隙率高,有利于后续还原的热质传递,增加产物还原度,降低反应活化能;复合球团的还原以收缩核方式进行,在1123~1323K温度范围内,界面化学反应是两种球团还原反应的主要控速环节;添加生物质后,有利于界面化学反应的进行．使得球团的还原表观活化能由95．448kJ·mol^-1降低到68．131kJ·mol^-1．     

生物质合成气直接还原铁矿-生物质复合球团炼铁

为了使炼铁工业摆脱对化石能源的依赖及满足越来越严格的环境要求,将生物质能的开发利用与直接还原技术进行集成提出一种新型的绿色炼铁方法.把生物质、铁矿石粉与添加剂混合制取生球团,利用生物质催化气化制备的富氢合成气作为还原剂,生物质的高温燃烧为生球团的预热和预热球团的直接还原提供外加热源.对影响生物质直接还原炼铁的因素,如预热、还原温度及球团粒径进行了研究,发现减小球团粒径、增加预热和还原温度能够提高直接还原铁产品的全铁质量分数及金属化率.当采用品位65.21%的铁精矿为原料,在最优操作条件下(生球团粒径介于8~10 mm之间,900℃预热30 min,1000℃下还原60 min)可制得全铁TFe质量分数为86.1%,金属化率为94.9%的高质量直接还原铁产品.     

含碳球团还原技术研究现状

分析了含碳球团还原的特点,对含碳球团各种还原工艺进行了比较,提出了含碳球团还原技术的发展方向。     

生物质焦油还原多孔铁矿粉试验研究

针对生物质碳基还原动力学条件差、还原效率低的问题,将生物质裂解产物焦油作为还原剂,与铁矿粉混合还原炼铁。通过还原试验,对铁矿粉预热温度、还原温度、焦油与铁矿粉当量比等影响因素进行探讨。结果表明:铁产品质量随预热温度升高先上升后下降,在预热温度为450℃时达到最高;增加反应温度和铁矿粉与焦油当量比,能提高铁产品的还原度。当采用最佳工况(450℃预热30min,焦油与铁矿粉质量比1.2∶1,1 000℃下还原45min),可得到还原度为72.6%的还原铁产品。     

自熔性烧结含碳球团研究

高炉预还原炉料可以降低焦化，近年来，提出了复合预还原球团矿的生产工艺。根据研究和实践，提出自熔性烧结含碳球团的生产工艺。试验表明，自熔性烧结含碳球团作为高炉预还原炉料，冶金性能良好，能够满足高炉对预还原炉料的要求。     

煤粉含碳球团炼铁半工业试验

作者提出一种以非焦煤和含煤球团为原料,用煤粉化铁炉连续生产铁水的方法。该工艺由煤粉,空气在前炉中旋转燃烧供热,燃烧产生的高温煤气经过火道进入竖炉,逆流预热预还原冷固结含煤球团,预还原后的球团在竖炉下部和火道中熔化,过热并进行终还原,最后流入前炉完成渣—铁分离。在已完成的半工业试验中,冶炼耗煤量为916 kg/t铁水,耗电量为80 kwh/t铁水,生产率为6 t铁水/(m~3·d)。本工艺可发展成一种只用非焦煤和铁精矿粉生产铁水的生产工艺。     

生物质用于直接还原工艺研究

选取木炭和无烟煤作为还原剂,分别研究了还原温度、C/O、还原时间对球团金属化率的影响。此外,还采用XRD物相检测分析、对比无烟煤和木炭对球团的还原效果。研究结果表明:以生物质木炭作为还原剂具有与无烟煤相当的还原效果,当C/O相同时,配加生物质木炭的球团与配加无烟煤含碳球团相比获得球团金属化率差距并不明显,以木炭为还原剂实现含碳球团的直接还原是可行的;以木炭为还原剂时,1 200℃下,C/O=0.7,还原时间20 min时,球团金属化率可达80%以上。     

含煤球团的冶金特性

采用热天平装置及单个球团加热的方法,测定了含碳球团的还原速度。研究了加热温度、球团配碳量、炉气组成、添加剂、原料种类等对含碳球团的还原速度和金属化率的影响及球团的冶金特性。实验结果表明:含碳球团的软化和熔化温度较高,含碳15%以上的球团在1000～1350℃加热时,在含CO₂较高的高温炉气中也能够实现快速自还原,达到较高的金属化率。该球团的金属化率随加热温度提高而增加。研制出一种含煤25%的冷固结铁矿球团,其单个干球抗压强度已达1000N以上,有良好的冶金性能,可用于竖炉型炼铁设备作冶炼铁水的原料,还原剂焦碳也可用非焦煤代替。     

气基竖炉直接还原技术的发展现状与展望

 阐述了气基竖炉直接还原工艺的技术特点和发展现状,分析了在中国资源和能源条件下气基竖炉直接还原技术发展所面临的主要问题。基于气基竖炉直接还原工艺的特点,对该工艺的原料、还原气等进行了分析研究。指出非常规天然气资源的有效开采和加压煤制气工艺投资、运行成本的显著降低,将是未来气基竖炉直接还原技术发展的主要推动力,同时利用钢铁企业过剩的煤气资源和中国局部地区相对丰富的天然气资源生产直接还原铁,是今后中国气基竖炉直接还原技术发展的重要方向。参照唐山地区的原料和能源价格,对年产量为80万t/a的直接还原铁装置的生产成本和技术经济可行性进行了分析,分析结果表明：原燃料价格波动对DRI成本影响显著,其中还原气成本约占DRI生产成本的10%~25%;若按DRI替代转炉废钢计算效益,要求天然气价格低于1.8元/m3。     

铜渣-生物质复合球团微波还原回收铁试验研究

铜渣中铁含量在30%~45%,高于工业可采铁矿石品位,但铜渣中的铁主要以橄榄石形式赋存,提取回收难度大。以铜渣为原料,生物质碳为还原剂,采用微波还原—磁选工艺回收铜渣中铁资源。研究表明：铜渣生物质复合球团的最佳还原工艺为：还原温度1 473 K、还原时间90 min、CaO添加量为铜渣质量的15%,磁选后铁精矿中铁的品位可达85.9%,铁回收率为89.1%。     

沙钢球团与炉料结构

沙钢是奔向钢铁强国的生力军：沙钢集团有限公司(以下简称沙钢)位于江苏省张家港市锦丰镇。沙钢创建于1975年，经过20多年的发展建设，目前已成为国内最大的电炉钢和优质硬线生产基地，2002年产钢材479万t。     

不同生物质还原氧化铁的特性

以木屑、玉米秸秆、咖啡废渣和水解木质素4种生物质为还原剂,采用TG-FTIR联用、XRD、SEM等方法分析了各物质的化学成分及官能团构成,研究了不同生物质中碳和氢对氧化铁的还原反应特性。研究表明,生物质还原氧化铁的作用由气体和固定碳决定,其中气基还原的特征温度为806~822 K,碳还原的特征温度为1 116~1 132 K。4种生物质中,碳还原氧化铁的能力由强到弱依次是木屑>水解木质素>咖啡废渣>玉米秸秆,氢还原能力大小则为玉米秸秆>咖啡废渣>木屑>水解木质素。     

高铝铁矿焙烧球团非等温还原研究

采用CO、H_2对高铝铁矿焙烧球团在高温同步热分析仪(NETZSCH STA 409C/CD)中进行非等温还原.结果表明:焙烧球团经CO还原后,随着设定温度由1 273 K升高到1 473 K,最终还原度由32.21%仅增加到46.78%;而经H_2还原后,随着设定温度由1 273 K升高到1 573 K,最终还原度由81.93%增加到100%.在纯氢气还原条件下,高铝铁矿焙烧球团中的铁氧化物是可以被彻底还原的.     

金属化球团防止再氧化研究

研究了转炉尘泥和精矿含碳球团在氧化性气氛下还原，冷却和贮存过程中的再氧化问题，提出了有效防止氧化的措施，高温（大于１２００℃）、快速（１０－２０ｍｉｎ）还原得到的金属化率大于９０％扔金属化球团，采用炉内冷却、埋煤粉中、放密封罐内、炉内冷却至９００－１０００℃后出炉冷却四种都是有效的，干燥清洁的室内存是简单有效贮存海绵铁的方法。     

铁矿含碳球团高温抗压强度研究及机理分析

 为了探究含碳球团高温强度的变化情况,采用全自动球团高温强度在线测试装置,测试了含碳球团高温抗压强度,利用正交试验考察了还原温度、[n(C)/n(O)]（摩尔比）、还原时间3个因素对含碳球团高温抗压强度的影响,并对结果进行了计算分析。根据单因素控制变量进行了含碳球团高温抗压强度与还原冷却后抗压强度的对比试验,结合热力学原理和XRD检测结果分析了含碳球团高温强度的机理。研究结果表明,在950～1 250 ℃条件下,含碳球团高温抗压强度的变化趋势是一个先降低后升高的过程,在1 050 ℃左右时,含碳球团高温抗压强度达到最低值,而后球团强度随金属铁质量分数的增加开始回升。通过因素极差计算得到极差计算结果[RT＝67.33、][Rn(C)/n(O)＝33.80、][Rt＝9.09;]在[n(C)/n(O)]与还原时间相同的条件下,球团还原冷却后抗压强度与高温在线抗压强度随温度变化的差别较大;在还原温度与还原时间相同的条件下,两者抗压强度变化趋势基本一致。     

对采用有机粘结剂球团生产DRI产品的评价

以氧化铁皮为原料,采用有机粘结剂\     

脉石成分对铁矿球团还原膨胀性能的影响

研究了脉石成分对铁矿球团还原膨胀性能的影响.以纯铁矿物为原料采用压块-焙烧-还原方法进行的研究表明:纯赤铁矿团块的还原膨胀率明显大于纯磁铁矿团块;CaO、SiO2、MgO、Al2O3可显著降低赤铁矿团块的还原膨胀率;SiO2、MgO可在一定程度上降低磁铁矿团块还原膨胀率,CaO、Al2O3则使磁铁矿团块的还原膨胀率增大.在此基础上研究了赤铁精矿为主配加磁铁精矿制备的氧化球团矿的还原膨胀性能,确定了抑制球团矿还原膨胀的适宜添加物及其用量.对CaO导致球团异常膨胀的机理进行了探讨:在浮氏体还原成金属铁的过程中,固溶于铁氧化物晶格中的Ca2 会促进"铁晶须"的生成与发展,导致球团产生异常膨胀.     

高强度生物质含碳球团制备及性能优化

炼铁原料劣化趋势难以改变,含碳球团为低碳冶炼提供了可能。将生物质作为清洁可再生零碳排放碳源、用于制备含碳球团还原剂成为钢铁企业节能降碳生产的发展趋势之一。目前限制含碳球团应用的关键因素是其高温强度较差,研究如何提高含碳球团高温强度具有重要意义。为此,采用大石河粉为含铁原料、生物质热解炭为还原剂,探究成型压力、水分添加量、焙烧制度及黏结剂种类对含碳球团的影响。结果表明,含碳球团强度随着成型压力和水分添加量增加均先升高后降低,以16 MPa成型压力和8%水分添加量为宜。随着还原温度升高,生物质含碳球团强度先降低后升高,由于在900～1 000℃温度区间发生晶格畸变,导致体积膨胀,强度最差;后期随着温度升高,金属铁逐渐汇聚成片,强度和金属化率均逐渐升高,1 200℃下金属化率可达84.84%。使用膨润土、水玻璃作为黏结剂时,常温强度较差,通过提高两者添加量可在一定程度上提升高温强度,但水玻璃含碱金属钠,不利于高炉顺行;使用标准水泥作为黏结剂时,常温和高温强度均较差,且生产效率较低;使用有机黏结剂CMC常温强度较高,但其在高温下易分解,球团高温强度较差;使用复合黏结剂可以同时获得常温和高温强度...     

含碳球团还原机理研究

在１２２３－１４７３Ｋ的Ｎ２气氛下研究了石墨粉粒度、铁精矿粉粒度、温度、碳含量地含碳球团的速度的影响，结果表明，石墨粉和铁精矿粉粒度越小，还原温度和碳含量越高，含碳才还原速度越大，基于碳气化反应、气相扩散和界面反应和含碳球团的速度方程均能较好地处理本研究的数据，根据Ａｒｒｈｅｎｉｕｓ方程计算出的碳敢化反应和界面反应活化能分别为２２７．７和２９４．１４ｋＪ／ｍｏｌ；计算出的气相扩散为限制环节的含碳球