铁矿粉流化床直接还原防止粘结的试验研究

研究了流化床铁矿粉直接还原过程中掺入惰性物质对防止粘结的效果以及粘结失流与铁矿的组成、粒度、还原温度、还原气氛、金属化率、掺入惰性物质种类、数量等多种因素的关系,探讨了粘结失流机理。结果表明:MgO是最有效的防止粘接添加剂,使用量小于5%;CaO次之,使用量约为5%～10%。少量焦粉、白云石、碳酸钙等对抑制粘结失流无明显的作用。铁矿的熔点越低、粒度越小、金属化率越高、温度越高就越容易失流。     

还原流化床内铁的析出形态与铁矿粉的粘结行为

用电子扫描电镜分析和探讨了铁矿粉在还原流化床中的粘结行为与金属铁析出形态的关系，结果表明，在不同的还原条件下，金属铁将以不同的形态析出，而铁矿粉在还原流化床中的粘结行为又受金属析出形态的影响，在一定温度下，粘结现象主要由铁晶须引起的。最后，为熔融还原流化床提出了一种新的，有效的预防粘结措施。     

铁矿粉流态化附碳与还原过程的研究

在内径φ27mm的石英流化床中对铁矿粉进行低温附碳和高温还原的实验，通过对附碳矿粉及其还原样品的物检分析，不仅对矿粉还原过程中的形貌和成分的变化有了深刻的认识，进一步了解了还原反应进行的形式及内部结构的变化，以及所得附碳矿粉还原防粘的机理，为以后的扩大实验提供了依据。     

烟煤包覆磁铁矿粉的还原行为分析

为了抑制铁矿粉在流化态还原过程中发生粘结失流,采用了烟煤包覆磁铁矿粉的方法。针对还原过程中矿粉形貌研究了烟煤包覆磁铁矿粉的还原行为,对不同温度下烟煤包覆磁铁矿粉的还原试样进行了SEM、EDS、XRD表征,并进行了对比分析。结论证实了升温可以有效提高固体碳与铁矿粉的反应进程,以及烟煤碳包覆磁铁矿粉可以有效地抑制铁晶须的生成。     

流态化技术在熔融还原工艺中的应用

介绍了FINEX、FINMET、Circored和HIsmelt等几种典型熔融还原工艺采用流化床处理粉铁矿的技术及特点。总结了熔融还原中采用流化床处理粉铁矿应遵循的原则。参考国内外有关流化床处理粉铁矿的实践经验,提出了一种采用流化床处理粉铁矿的熔融还原炼铁新工艺流程,按照冶金功能分为4个系统:使用约800℃的还原煤气生产还原度约80%的DRI的流态化预热预还原系统;直接使用粉煤、高温高预还原度炉料、纯氧冶炼,二次燃烧率控制在20%左右的铁浴终还原系统;具有调节和变换终还原高温煤气和循环使用炉顶煤气功能的煤气改质系统;解决输出煤气利用的综合利用系统。     

铁矿粉还原用流化床类型及其应用

介绍了铁矿粉还原用流化床的种类,以及各种铁矿粉还原用流化床在FINEX、Circored、DIOS、HIsmelt、FINMET和Circofer工艺中的应用及其特点,并对FINEX、Circored、DIOS、HIsmelt、FINMET、Circofer工艺中所用的流化床进行了对比.     

流化床中CO还原1～3mm铁矿粉研究

在自制的公斤级高温流化床中研究了CO还原1～3 mm矿粉的还原行为。随着时间的增加,样品的还原率增加,气体利用率却在下降,说明还原前期反应速度快,后期反应慢;温度越高,样品的还原率越大,气体的利用率越高,但随着还原时间的增加,差距在逐步缩小。当还原温度为850℃时,前20 min的还原率为80%,气体利用率为8%左右,这说明高温下,CO还原1～3 mm铁矿粉的反应速度是很快的。温度越高,表观反应速率常数越大,而且增加的幅度也越来越大;随着气速的增加,铁矿粉的还原率增加,并且几乎成线性关系,表明高温下,使用CO气体作为还原剂时,可以允许更高的气速,从而可以提高设备的生产效率。随着料层高度的增加,金属化率与还原率不断下降,然而气体利用率却在不断升高。试验中CO还原1～3 mm铁矿粉时的表观活化能为59.11 kJ/mol。     

铁矿粉的还原行为和在预还原流化床中的循环特性

在日本钢管公司福山钢铁厂施行了预还原流化床－铁浴熔融还原炉的操作。和为烧结料的铁矿粉直接送入流化床，流化术设计成一个致密床并装备了循环装置。在这个完整试验工厂通过操作，弄清了铁矿粉的还原特性，根据大型结果和基于模拟模型的淘析行为。在８００℃床内温度下的３０－６０ｍｉｎ的适当还原时间，铁矿粉的还原度达到２０－２５％。在本试验中，在有关粉矿的矿循环的影响没有定量地弄清，但利用数学模型对赞成的循环比率进     

铁矿粉在流化床中的流化和粉化特性

在日本钢管公司福山厂建了一包括一个具有高位燃烧的铁浴熔融还原炉和一个预还原经床的完整试验工厂，并于１９８８年开始生产。通过此完整试验工厂的操作，澄清了保持稳定流态化的压力波动特性的流态化的条件，用测量的淘析速率常数分析了粉矿的分级行为。并且，在流化床的铁矿粉预还原和预热期间观察到铁矿粉的粉化现象，可以通过应用Ｒｉｔｔｉｎｇｅｒ定律定量分析矿粉粒度的变化，建立了一个包括分级和粉化告诉 模型作为估算操     

Effect of Coating MgO on Sticking Behavior during Reduction of Iron Ore Concentrate Fines in Fluidized Bed

The effect of coating MgO with different methods on sticking behavior during the reduction of iron ore fines was investigated, at 1073 K with 70%CO–30%H₂ gas mixture in a visualization fluidized bed. It was found that coating MgO on particle surface could extend fluidization time from 12 min to more than 80 min, and improve the degree of metallization from 22% to more than 80%. The expansion level of bed after defluidization could also be obviously decreased. To achieve a similar effect, the initial coating content with solution method was less than that with powder method. The reason was that coating MgO could effectively insulate the contact of metallic iron on particle, which provided the reaction time for carbon deposition and the production of Fe₃C with low stickiness. Therefore, the decrease of metallic iron on particle surface led to the decrease of particle stickiness at high temperature.     

Reduction of 1-3 mm Iron Ore by CO on Fluidized Bed

 The reduction-degree of the sample increases and the utilization ratio of gas decreases when the reaction lasts longer time, which indicates that the reaction is faster at the beginning of reduction, while it becomes slower in subsequent process. The higher the reaction temperature, the higher the utilization ratio of gas and the reduction-degree are, but the difference of utilization ratio among the different temperatures becomes smaller with time. The utilization ratio of gas can reach about 8% and the reduction-degree is 80% for 20 min reduction at 850 ℃, indicating that the reduction reaction by CO is very fast at high temperature. The higher the reaction temperature, the higher the apparent reaction rate constant is, but the difference of apparent reaction rate constant among the different temperatures becomes bigger. The apparent activation energy is about 5911 kJ/mol in the fluidized bed experiment. The increase of reduction-degree with gas velocity shows quite good linearity, indicating that at high temperature even higher velocity of reducing gas can be used to improve the productivity of reactor when CO is used as reducing gas. With the increase of charge height, the metallization ratio and the reduction-degree decrease, but the utilization ratio of gas increases.     

流化床处理粉铁矿工艺研究

评述了流化床处理粉铁矿的工艺,根据流化床反应器在工业中的应用实际,分别评述了流化床磁化焙烧生产铁精矿,流化床预热粉铁矿并低预还原度还原后添加到铁浴熔池,流化床生产直接还原铁(DRI)和碳化铁(Fe3C)作电炉炼钢原料,多级流化床生产较高预还原度DRI供熔融气化炉终还原冶炼铁水等工艺中流化床反应器的应用.     

Reduction Kinetics of Fine Iron Ore Powder in Mixtures of H2-N2 and H2-H2O-N2 of Fluidized Bed

Reduction kinetics of fine iron ore powder in different gas mixtures were investigated in high-temperature fluidized bed at a scale of kilograms.Influence of processing parameters,such as particle size,gas flow velocity,height of charge,temperature,compositions of gas mixture,and percentage of inert components,on reduction kinetics was experimentally determined under the condition of fluidization.The equations for calculating instantaneous and average oxidation rates were deduced.It was found that an increasing H2 O percentage in the gas mixture could obviously decrease the reduction rate because the equilibrium partial pressure of H2 decreased with increasing content of H2 O in the gas mixture and then the driving force of reduction reaction was reduced.When the H2 content was high,the apparent reaction rate was so rapid when the average size of iron ore fines was less than 1mm that the reaction temperature can be as low as 750 ℃;when the average size of iron ore fines was more than 1mm,a high reaction temperature of 800 ℃ was required.In addition,it was also found that the content of H2 O should be less than 10%for efficient reduction.     

折流式移动流化床改质焦炉煤气预还原铁矿粉的数值模拟

 建立了折流式移动流化床内利用改质焦炉煤气进行气基粉铁矿预还原的数学模型。模型求解采用FLUENT和PHOENICS的联合求解。冷态工况的数值模拟结果和试验结果进行了比较。通过比较床层平均压降和分析气固相的流动行为,对提出的数学模型的可靠性进行了验证。利用所建立的数学模型对利用该反应器和采用改质COG(焦炉煤气)对铁矿粉预还原的工艺过程进行了热态模拟。在模拟的工况条件下,指出了反应器内分布板布置上的缺陷;反应器必须采用气体分布板振动才可以保持气固正常流动,同时保持较小的流化气速。还原气温度的整体降幅达到770K,气相还原势的利用率达到35%,矿粉的还原分数达到0.7,反映出该反应器内良好的气固换热和对还原势的利用率。该反应器在一个紧凑的结构下实现了对还原气热能和还原势的梯级利用。     

微型流化床内CO还原铁矿粉动力学试验

 采用微型流化床-过程质谱反应分析仪进行了铁矿粉的CO还原动力学研究。结果表明：微型流化床可抑制外扩散作用,利用等温方法算出的铁矿粉还原反应的活化能为2628kJ/mol,指前因子003946s-1,证明该铁矿粉还原符合气体内扩散控制机制模型,并且采用等温动力学方法可实现反应速率常数与模型函数的分离,极大地简化了计算过程,增加了动力学参数的准确性,为铁矿粉还原动力学的研究提供了一种简单可靠的测试方法。     

折流式移动床反应器内粉铁矿煤气还原模拟算法的研究

以质量守恒定律，动量守恒定律和能量守恒定律为基础，通过分析折流式移动床反应器中煤气预报还原粉铁矿的传热和传质过程，并结合粉铁矿煤气还原的动力学数据，全面考虑了煤气和粉铁矿的热力学性能数据，建立了粉铁矿在折流式移动床中的还原数学模型，为优化折流式移动床干燥器的设计和粉铁矿还原的实验研究提供了可靠的理论依据。     

氢气还原1～3mm铁矿粉的动力学研究

在自制的kg级高温流化床中研究了氢气还原1～3 mm矿粉的动力学试验。随着时间的增加,气体利用率下降,表明还原前期反应速度快,后期反应慢;温度越高,气体利用率越高,但随着还原时间的增加,差距在逐步缩小;对于750℃,前20 min的气体利用率为9%,金属化率达到84%,说明氢气还原矿粉反应是非常迅速的。随着气速的增加,金属化率在增加,并且几乎成线性关系,因此使用氢气作为还原剂,可以允许更高的气速,从而提高设备的生产效率。随着料高的增加,金属化率不断下降,然而气体利用率却在不断升高。使用氢气作为还原剂,可以将还原温度降低到700～750℃,避免流化床过程中的粘结难题;试验中氢气还原1～3 mm铁矿粉时的表观活化能为58.4kJ/mol。