氧化球团矿在微波场中的还原行为研究

摘要

传统加热下,氧化球团的煤基直接还原反应时间较长、热效率较低,与传统加热不同,微波加热可以使物料较快升温,明显提高反应速度,缩短反应时间。微波加热过程中会对反应物料产生“非热效应”,从动力学以及微观上对氧化球团在微波场中煤基还原的表观活化能及还原行为进行研究,对微波加热铁矿氧化球团煤基直接还原技术的发展具有重要的指导意义。
　　 本文对氧化球团以及氧化球团和无烟煤的混合料在微波场中的升温性能进行了研究,对氧化球团在微波场中的煤基还原工艺进行了研究,结果表明:微波功率为1300w时,当氧化球团的粒度为12mm～16mm、质量为120g时,氧化球团的升温速度最快。还原混合料的升温性能与单一的氧化球团类似。微波功率越大,升温终点温度越高,氧化球团的还原效果越好;无烟煤的碳铁比增加对还原的影响并不明显。在微波功率为1300w,氧化球团质量为120g,碳铁比为0.375时,升温至1050℃,氧化球团还原反应分数最大,为73.92％。
　　 对氧化球团在微波场中的煤基还原动力学进行了研究。结果表明:在微波功率为1300w、温度为550℃～800℃时,反应过程为扩散控制,表观活化能为75.31kJ/mol;在温度为850℃～1050℃时,反应过程为扩散控制,表观活化能为53.17kJ/mol。在常规加热下,温度为850℃～1050℃时,反应过程为扩散控制,表观活化能为205.1 kJ/mol,远远大于微波加热下还原反应的表观活化能。这表明,微波加热对还原反应具有“非热效应”,可以大大降低反应的活化能,促进还原反应的进行。
　　 对氧化球团在微波场中的还原行为及微观结构演变进行了研究。结果表明:无烟煤在终点温度为650℃左右开始发生气化反应,重量急剧减小,而在终点温度为650℃时还原球团的抗压强度达到最低值,之后抗压强度快速增加;还原反应由高价铁氧化物逐次向低价铁氧化物转变,反应遵循未反应核模型;整个还原反应受微波加热模型和气-固反应模型双重控制,微波加热模型能为还原反应创造较好的动力学条件。

目录

文摘

英文文摘

第一章 文献综述

1.1 微波加热技术简介

1.1.1 微波基本概念

1.1.2 微波加热简介

1.2 微波加热原理及特点

1.2.1 微波与物质的相互作用

1.2.2 微波热效应原理

1.2.3 物质的电磁性能

1.2.4 微波加热的特点

1.2.5 微波加热能量传递方程

1.2.6 微波的“非热效应说”

1.3 微波加热在冶金中的应用

1.3.1 微波干燥及辅助磨矿

1.3.2 微波加热矿物还原

1.4 非等温动力学的研究与应用

1.5 研究目的和研究思路

1.5.1 研究目的

1.5.2 研究思路

第二章 原料性能及研究方法

2.1 试验原料

2.1.1 氧化球团

2.1.2 还原剂

2.2 研究方法

2.2.1 还原工艺研究方法

2.2.2 还原动力学研究方法

第三章 氧化球团在微波场中煤基直接还原研究

3.1 微波加热下原料升温性能研究

3.1.1 氧化球团粒度对其升温性能的影响

3.1.2 微波功率对氧化球团升温性能的影响

3.1.3 氧化球团质量对其升温性能的影响

3.2 还原工艺研究

3.2.1 碳铁比的影响

3.2.2 微波功率的影响

3.2.3 终点温度的影响

3.2.4 氧化球团质量的影响

3.3 本章小结

第四章 微波场中氧化球团煤基还原动力学研究

4.1 微波加热作用下理论基础

4.1.1 内在电磁效应

4.1.2 等离子体化

4.2 常规加热下煤基还原动力学

4.3 微波加热下煤基还原动力学研究

4.3.1 第一阶段

4.3.2 第二阶段

4.4 还原过程球团微观结构演变机制研究

4.4.1 升温还原过程无烟煤的变化

4.4.2 还原过程球团抗压强度变化

4.4.3 升温还原过程球团微观结构演变

4.4.3 还原球团扫描电镜能谱分析

4.5 强化还原试验

4.6 本章小结

第五章 结论

参考文献

致谢

攻读学位期间主要成绩