铁氧化物微波场中升温行为及其煤基直接还原研究

摘要

随着世界钢铁工业的快速发展,以高炉为主导的炼铁流程已经发展到鼎盛时期,具有技术成熟、生产能力大、效率高等优点,但是由于其流程长、投资大、能耗高、污染重等缺点,在焦煤短缺、价格昂贵的当今世界,开发清洁、高效的非高炉炼铁工艺已成为当务之急。本论文进行了铁氧化物微波场中升温行为及其煤基直接还原基础研究,为开发微波加热氧化球团煤基直接还原新工艺提供理论指导。
　　 与传统加热方式不同,微波加热是利用电磁场中冶金物料的介电损耗和磁损耗使物料整体加热。升温试验结果表明:铁及其氧化物粉末和团块都是良好的微波吸收体,并且团块在微波场中的升温快于粉末的升温,它们在微波场中的升温可分为前后两个阶段——快速升温阶段和缓慢升温阶段,前段升温速率顺序为:Fe3O4＞FeO＞Fe＞Fe2O3。其中Fe2O3粉末和团块前段升温缓慢,后段升温速度加快;而Fe3O4、FeO、Fe粉末及其团块前段升温较快,后段升温较慢。氧化球团和无烟煤也是良好的微波吸收体,并且无烟煤的升温快于氧化球团的升温。在不同微波功率、质量和粒级条件下对氧化球团和无烟煤进行升温性能研究,结果表明:当功率为1.3KW、球团质量为160g、粒级为12～16mm时升温速率最快,温度升至1050℃的时间为42min;当功率为1.3KW、无烟煤质量为80g、混合粒级时升温速率最快,温度升至1080℃的时间为43min。
　　 研究了脉石成分在微波场中对Fe2O3团块或氧化球团的升温特性和还原过程的影响,结果表明:SiO2、Fe2O3在团块中吸收微波出现“叠加效应”,使升温速率变快;氧化球团中的脉石成分会引起局部的“热应力”,导致球团内部产生裂纹,有利于还原气体的扩散。
　　 采用扫描电镜分析了在微波作用下铁及其氧化物的结构性能变化,揭示了颗粒之间存在相互迁移、长大的规律。在微波输入功率为1.3KW条件下,Fe2O3团块温度升高到1050℃时,Fe2O3颗粒直径从0.25μm长大至1.2gμm;Fe3O4团块温度升高到650℃时,颗粒直径从1μm长大至7μm。微波作用后铁及其氧化物团块的强度顺序为:Fe＞Fe3O4＞FeO＞Fe2O3。
　　 对Fe2O3团块和氧化球团微波加热煤基还原试验进行了研究,结果表明:随着还原终点温度和C/Fe的增加,还原团块与还原球团的金属化率、金属铁含量以及全铁含量也随之增加。

目录

文摘

英文文摘

第一章 文献综述

1.1 直接还原技术概况

1.1.1 世界直接还原的发展与现状

1.1.2 直接还原今后发展方向

1.2 微波加热技术概况

1.2.1 微波加热的作用机理

1.2.2 微波加热技术的特点

1.2.3 微波加热的应用

1.3 微波加热技术与直接还原技术的结合

1.3.1 还原物料与微波的相互作用

1.3.2 还原物料吸收微波的形式与条件

1.3.3 微波加热技术在直接还原中的应用

1.4 本文的研究目的与研究内容

1.4.1 研究目的

1.4.2 研究内容

第二章 原料性能与研究方法

2.1 原料性能

2.1.1 铁及其氧化物物化性能

2.1.2 氧化球团的物化性能

2.1.3 还原剂的物化性能

2.2 研究方法

2.2.1 试验流程

2.2.2 试验步骤与方法

2.2.4 试验设备

第三章 铁及其氧化物和还原剂在微波场中的升温行为研究

3.1 微波加热原理

3.2 铁及其氧化物在微波场中升温特性研究

3.2.1 粉末的升温特性

3.2.2 团块的升温特性

3.2.3 铁氧化物微波加热过程中电磁性能变化

3.2.4 SiO2对Fe2O3团块在微波场中升温的影响

3.3 微波加热过程中铁及其氧化物团块结构性能研究

3.3.1 微波加热温度对铁及其氧化物团块抗压强度的影响

3.3.2 微波加热对Fe2O3团块微观结构的影响

3.3.3 Fe3O4升温过程中微观结构的变化规律

3.3.4 FeO升温过程中微观结构的变化规律

3.3.5 Fe升温过程中微观结构的变化规律

3.4 氧化球团在微波场中升温特性研究

3.4.1 微波输入功率对氧化球团升温的影响

3.4.2 氧化球团质量对其在微波场中升温的影响

3.4.3 氧化球团粒级对其在微波场中升温的影响

3.5 微波加热过程中氧化球团结构性能研究

3.5.1 微波加热温度对氧化球团抗压强度的影响

3.5.2 微波加热对氧化球团微观结构的影响

3.5.3 球团中脉石矿物对微波加热的影响

3.6 无烟煤的升温特性研究

3.6.1 微波输入功率对无烟煤升温的影响

3.6.2 无烟煤重量对其在微波场中升温的影响

3.6.3 无烟煤粒级对其在微波场中升温的影响

3.7 Fe2O3团块、氧化球团配加还原剂时的升温特性

3.8 本章小结

第四章 微波加热Fe2O3团块与氧化球团煤基还原研究

4.1 Fe2O3团块和氧化球团煤基直接还原热力学基础

4.2 还原终点温度对微波加热还原的影响

4.2.1 还原终点温度对Fe2O3团块和氧化球团失重率的影响

4.2.2 还原终点温度对Fe2O3团块和氧化球团直接还原的影响

4.3 C/Fe对微波加热还原的影响

4.3.1 C/Fe对Fe2O3团块和氧化球团失重率的影响

4.3.2 C/Fe对Fe2O3团块和氧化球团直接还原的影响

4.4 Fe2O3团块和氧化球团还原过程中显微结构分析

4.5 本章小结

第五章 结论

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间主要成绩