冶金尘泥含碳球团直接还原机制的试验研究

以气固反应相继发生动力学模型为基础开展冶金尘泥含碳球团直接还原试验,考察还原速率、还原率以及还原气氛等表征还原特性的特征参数在整个还原过程的变化,研究冶金尘泥含碳球团的还原行为及过程的作用机制.结果表明:冶金尘泥含碳球团的还原过程由孕育启动期、快速反应期和反应结束期组成,反应进程快,3～5 min就能达到碳气化和铁氧化...     

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...     

含碳球团直接还原熔分机理

为了探究含碳球团还原熔分机理,将分析纯的Fe₂O₃、氧化物和不同还原剂固结成球并进行等温还原实验,研究了温度、还原时间、配碳量、还原剂种类等条件对球团还原熔分行为的影响.进一步采用X射线衍射、扫描电子显微镜等手段表征了含碳球团在不同还原时间的微观结构及物相变化.实验结果表明:焙烧温度过低或过高含碳球团都不能良好熔分,配碳量增加可以提高球团还原和熔分速率,适宜的温度、碳氧摩尔比、还原剂分别是1400℃、1.2和煤粉.含碳球团还原熔分包括直接还原反应、间接还原反应、碳的气化反应、渗碳反应和铁的熔化反应,最后实现渣铁分离.      

硼铁精矿的碳热还原动力学

为了揭示硼铁精矿的碳热还原机理,以高纯石墨为还原剂,进行硼铁精矿含碳球团等温还原实验,并采用积分法进行动力学分析.还原温度分别设定为1000、1050、1100、1150、1200、1250和1300℃,配碳量即C/O摩尔比=1.0.当还原度为0.1<α<0.8时,温度对活化能和速率控制环节有重要影响:还原温度≤1100℃时,平均活化能为202.6 k J·mol-1,还原反应的速率控制环节为碳的气化反应;还原温度>1100℃时,平均活化能为116.7 k J·mol-1,为碳气化反应和Fe O还原反应共同控制.当还原度α≥0.8时(还原温度>1100℃),可能的速率控制环节为碳原子在金属铁中的扩散.碳气化反应是含碳球团还原过程中主要速率控制环节,原因在于硼铁精矿中硼元素对碳气化反应具有较强烈的化学抑制作用.      

不锈钢尘泥球团煤基直接还原动力学

摘要：研究了不锈钢尘泥球团在温度分别为1100、1150、1200、1250℃时的煤基直接还原反应动力学。采用随机成核和随后生长、化学反应控制、相界面反应和n（n=1、2、3、4）维扩散模型及其相应动力学机制函数对反应过程进行拟合,并结合X-射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、能谱分析（EDS）等手段对不锈钢尘泥球团煤基直接还原过程的物相组成、显微结构及元素分布进行表征和分析。研究结果表明：反应初期铁氧化物还原速率较快,随后逐渐减慢,当反应至40min后,反应趋向于平衡。在1100~1250℃温度范围内反应遵从随机成核和随后生长及A1(α)=-ln(1-α)机制函数,碳的气化反应和界面化学反应是尘泥球团煤基直接还原反应的限制性环节,该反应活化能E为47.423kJ/mol,线性相关系数为0996。     

高炉瓦斯灰制含碳球团直接还原试验研究

通过试验对高炉瓦斯灰和氧化铁皮制得含碳球团的直接还原进行了研究,考察了不同还原气氛、球团中不同C/O、还原时间、还原温度对还原结果的影响。结果表明:高温下含碳球团在空气中直接还原就能获得很高的金属化率。当球团中C/O在1.2以上时,球团的金属化率在还原过程中一直增加,在1 350℃下还原30 min,球团的金属化率达到96.94%。球团金属化率的变化趋势表明球团在反应开始是由化学反应控速环节控制,而后逐渐向扩散控速环节过渡。在1 400℃下空气中还原30 min,球团中还原出的铁与渣完全分离。     

赤泥含碳球团还原动力学

在900~1 200℃范围内,通过还原失重试验研究了赤泥含碳球团的还原特性。结果表明,还原得到的金属化球团中铁元素总含量在60.7%以上,金属化率在83.48%以上。赤泥含碳球团的金属化率和还原速率均随温度的升高而增大,赤泥含碳球团的还原速率由碳的气化反应和界面化学反应混合控制,表观活化能为110.16~111.42kJ/mol。     

铁水罐处理尘泥含碳球团技术研究与实践

将钢铁企业的各类尘泥通过合理搭配制成含碳球团,利用铁水罐进行高温铁浴还原加以回收利用。针对处理过程中球团不能充分熔化、渣铁分离困难等问题,在实验室进行了改进性模拟研究,重点分析了配加CaF2、CaO等熔剂对反应后铁中硫含量和铁收得率的影响。在此基础上进行了工业试验,结果表明,改进后的尘泥含碳球团在铁水罐中熔化良好,反应完全,平均铁收得率达到92.5%,实现了尘泥资源的高效回收利用。     

含锌粉尘协同处置含铬尘泥的碳热还原试验

 为实现钢铁行业的绿色循环发展,钢铁厂对含锌粉尘和含铬废水的处置利用均应满足环保和资源高效利用等要求。以某钢铁企业的含锌粉尘和含铬尘泥2种固废为例进行碳热还原协同处置研究,采用FactSage热力学软件平衡计算,分析碳热还原过程中的潜在反应和气-液-固相变化;通过模拟转底炉工艺,在实验室进行碳热还原试验,研究不同原料配比和还原温度对碳热还原效果的影响规律,采用XRD和SEM-EDS对反应后金属化球团的物相组成及形貌进行研究;综合热力学分析与试验研究阐明含锌粉尘协同处置含铬尘泥的碳热还原机理。研究结果表明,铁酸锌和铬铁矿可以有效分解为铁氧化物和铬氧化物,随着温度升高,铁氧化物的还原过程遵循逐级还原规律,最终被还原为金属铁;相较于铁氧化物,铬氧化物在更高温度下还原为金属铬。试验结果与热力学计算趋势一致,控制碳热还原时间为60 min,含铬尘泥和含锌粉尘干基质量比为1∶4,还原温度为1 300 ℃,能够达到较佳的还原效果。采用多种固废协同处置方式,不仅可以解决粉尘大量堆积的问题,而且能够提取含锌粉尘和含铬尘泥中有价金属元素,制备成金属化球团;该方法也可为含铬废水无害化处置提供新途径,实现资源化综合利用,提高企业经济效益。     

含锌含铁尘泥球团自还原试验研究

为了综合利用鞍钢含锌含铁尘泥,又不引起高炉锌富集,探索利用尘泥中的碳作为还原剂自还原尘泥中的铁氧化物及氧化锌、氧化铅的可行性,将几种尘泥配制成具有一定还原剂含量的尘泥混合料,进行了尘泥混合料的造球试验和球团自还原焙烧试验。试验结果表明,采用自还原工艺处理鞍钢高锌尘泥适宜的工艺参数为:铁、锌和铅氧化物所需还原剂量的适宜游离碳过剩系数为1.0～1.2,还原温度为1 050～1 200℃,还原时间为20～35 min。     

含锌尘泥中锌铅及碱金属脱除研究

文章考察了不同碳氧比和温度条件下,直接还原过程中的铁还原率、金属化率、还原脱锌和脱铅率、KCl和Na Cl挥发脱除率。通过实验可知,含锌粉尘制备的含碳球团可以脱除锌、铅、钾和钠,同时有效利用粉尘中的碳资源还原铁氧化物得到金属化球团;在1200～1330℃范围内,温度对铁氧化物还原,锌和铅的还原脱除,KCl和Na Cl的挥发脱除影响明显;当粉尘碳氧比为1. 0,还原温度为1300℃,还原时间大于18min时,反应接近最终平衡点,可获得金属化率大于80%,锌铅几乎完全脱除,钾钠脱除率大于90%的金属化球团。     

鱼雷罐处理含铁尘泥球团的理论分析与实践

通过铁氧化物直接反应方程,进行鱼雷罐处理含铁尘泥球团的热力学分析,考察钢厂折铁后的鱼雷罐是否有足够的热量使尘泥球团发生自还原反应.计算表明,折铁后的鱼雷罐能够预热尘泥球团;加入尘泥球团的鱼雷罐到铁厂出铁时,铁水为尘泥球的自还原反应提供了足够的热力学和动力学条件;工业试验证明鱼雷罐加尘泥球技术是可行的.     

煤中氢对含碳球团还原的影响

针对含碳球团还原过程中的煤种选择问题,研究了烟煤和无烟煤挥发分中氢对含碳球团还原的作用以及温度、加热速度对氢还原过程的影响。结果表明,含碳球团中煤热解产生的氢对铁氧化物有还原作用。由于煤中挥发分的热解析出温度与氢还原铁氧化物的还原温度不一致,氢在还原初期迅速放出,导致氢的还原作用率低;提高温度和加热速度可提高煤中氢的还原作用率和挥发分的利用率。综合考虑,含碳球团实际生产选择煤种时,应选择反应性好的无烟煤。     

烧结烟气脱硫石膏含碳球团还原脱硫实验研究

基于含碳球团减重还原实验,研究了还原剂摩尔比、反应温度、气氛、添加剂对脱硫石膏还原脱硫的影响。还原实验结果表明,脱硫石膏含碳球团还原脱硫最适宜的工艺参数是n(C)/n(CaSO₄)为0.5～0.6,反应温度1 150℃,H₂气氛,添加剂的作用不明显。综合实验结果表明,扩大实验量级不会降低含碳球团脱硫石膏的脱硫效果,由此可指导扩大试验。     

生物污泥还原钢铁厂含锌粉尘规律

钢铁尘泥是钢铁冶炼过程中产生的主要固体废弃物之一,如果直接堆放或排放,必然会造成环境污染,且尘泥中的有价元素也没有得到有效利用,因此对其进行资源化利用已成为钢铁厂面临的严重问题。火法工艺在钢铁尘泥的处理工艺中应用最广泛,在火法处理工艺的基础上,提出利用生物污泥中的碳代替煤粉/焦粉作为还原剂对钢铁含锌粉尘进行还原处理的新思路。在模拟转底炉的条件下进行了高温还原试验,选取质量比、反应温度和反应时间3个因素为主要影响因素,研究了尘泥含碳团块中铁氧化物和锌氧化物的高温自还原规律。采用XRD、SEM、GC/MS和XRF等手段对反应前后团块矿物组成、微观形貌、元素分布和化学成分等方面进行深入分析。研究结果表明,尘泥含碳团块的金属化率和锌脱除率随着生物污泥所占质量比的增大和反应温度的升高而增大。随着反应时间的延长,尘泥含碳团块的金属化率和锌脱除率先增加,20 min后趋于稳定。当电炉灰和生物污泥的质量比为1∶0.69、反应温度为1 300℃、反应时间为20 min时,尘泥含碳团块的金属化率可达98.48%,锌脱除率可达98.95%。这说明利用生物污泥还原钢铁含锌粉尘,可以实现有价元素锌的回收,还原后...     

内配碳团块CO-CO2气氛下反应行为的研究

为了建立了内配碳团块CO CO2气氛下反应的数学模型并验证模型的正确性,根据还原动力学原理模拟计算内配碳团块在CO CO2气氛下的还原过程,对不同温度下的团块还原度、团块碳转化率的模拟值和实验值之间的比较证明了模型的可靠性。经过研究发现模型的反应包括了铁氧化物的逐级还原、碳的boudouard反应和金属铁的再氧化。在1473K和CO CO2气氛下对内配碳团块的反应进程的模拟分析表明,在早期阶段内配碳团块显示出自还原的特征;在团块达到其最大还原度时,团块内氧化铁还原和金属铁再氧化同时存在;在后期阶段,团块内主要是金属铁的再氧化反应。在1473K和CO CO2气氛下对影响内配碳团块反应行为的相关因素的模拟结果表明,改变铁矿粉反应性或还原剂气化性不能有效提高内配碳团块的最终还原度,但是减小孔隙率可以提高团块的最终还原度。     

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     

中国转底炉处理含锌尘泥生产中含碳球团粉化原因解析

转底炉(RHF)工艺是中国处置钢铁行业含锌粉尘的有效方式之一。目前,转底炉处理含锌尘泥生产中存在含碳球团粉化严重的问题,会对生产顺行与产品质量造成不利影响。因此,对原料预处理系统、压球成型系统、干燥系统、转底炉直接还原系统、金属化球团冷却系统等各个工序中含碳球团的粉化现象进行全面考察与解析。解析发现含碳球团粉化包括自然粉化与还原粉化,自然粉化的主要原因是炼钢尘泥中活性氧化钙(f-CaO)的消解不完全与含碳球团在干燥过程中水分表面气化和内部扩散速度的差异;还原粉化的主要原因在于低温(400～600℃)还原过程中含铁物相晶型转变与晶体体积变化。     

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。     

冶金尘泥复合球团自还原脱锌研究与实践

 冶金固废资源化利用是21世纪钢铁行业面临的重大课题,脱除冶金固废中有害元素并回收有益元素成为了其中的关键技术。提出了一种全新的冶金固废提铁脱锌技术,将冶金尘泥制成双层结构的复合球团,并进行了复合球团自还原微爆裂试验研究和工业应用试验。结果表明,将复合球团加入到铁水罐中,取得了良好的还原效果,利用铁水罐余热和铁水的热能预热复合球,致使复合球团产生自还原并发生微爆裂反应,从而为还原反应提供更多的反应界面、更佳的动力学和热力学条件,实现了含铁、锌尘泥的高效综合利用。