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[硕士论文] 林启立
冶金工程 重庆大学 2017(学位年度)
摘要:转底炉处理含碳球团工艺可用于处理铁矿石(粉),也可用于处理冶金企业的含铁粉尘,特别是处理钢铁企业的含锌含铁粉尘具有明显的优势。转底炉处理含碳球团工艺的关键是固体碳还原铁氧化物,由于处理原料的不同,含铁原料中的铁氧化物的存在方式也不同,还原动力学及其机理也不同,针对三种转底炉含碳球团工艺处理的物料(即铁精矿、含锌钢铁粉尘及铜渣)开展理论与实验研究,探讨不同还原物料在转底炉中的还原机制,为转底炉处理不同含铁原料的还原工艺参数的制定提供理论依据。
  本研究首先针对不同物料的含碳球团还原过程进行了热力学分析,热力学计算表明:Fe2SiO4物相用C直接还原,开始温度为807℃,比FeO的开始温度高100℃左右,用CO还原Fe2SiO4时,气相中CO含量大于86%,才能将Fe2SiO4还原至Fe;含锌粉尘中的ZnO物相的还原,C直接还原时,当温度超过880℃后,碳气化反应的CO浓度就可超过了ZnO还原所需的浓度,此时ZnO的C直接还原转化为借助碳气化反应的间接还原来进行。鉴于铁精矿、含锌钢铁粉尘及铜渣中含铁物相的基本组成为氧化铁、氧化亚铁和铁橄榄石等,本文对化学纯的Fe2O3、FeO、2FeO·SiO2进行了固体碳还原的热重分析实验,探究了这三类纯物质的还原控制机理,为后续铁精矿、含锌钢铁粉尘及铜渣动力学研究提供了依据。根据转底炉工艺的特点,利用实验室高温电炉对转底炉工艺进行了热态模拟实验研究,通过正交实验,研究了不同工艺参数(即:温度、C/O比、还原剂等因素)对含碳球团还原的影响,结果表明:还原剂种类对铜渣含碳球团的还原影响最大,还原温度对铁精矿和含锌钢铁粉尘含碳球团的还原影响最大,在相同条件下,不同物料含碳球团的终止还原度分别是,铁精矿70.1%、含锌钢铁粉尘54.1%、铜渣49.4%,据此可以判定铜渣的还原难度最大,含锌钢铁粉尘次之,铁精矿的还原难度最小。在动力学研究部分,采用相继反应模型,通过高温还原实验,求算出铁精矿和含锌钢铁粉尘含碳球团还原反应的活化能分别是179.8 KJ/mol和261.3 KJ/mol,还原反应的控速环节均为碳的气化反应;铜渣含碳球团还原反应的活化能为373.6 KJ/mol,还原反应的控速环节为界面或局部化学反应。
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