内配废塑料含碳球团直接还原的实验研究

摘要

节能减排是钢铁行业目前面临的重要挑战，而废塑料作为一种可再生清洁能源和还原剂替代焦粉、无烟煤等化石燃料在炼铁工业中已经获得大量关注。与此同时，煤基直接还原技术生产直接还原铁(缩写 DIR)因其工艺流程短、环境污染小、耗能低的特点目前已经在全球得到广泛利用。内蒙古包头地区铁矿资源比较丰富，其中最为普遍的是全铁量在30％~40%之间的褐铁矿，目前主要是对其选矿或烧结来加以利用，但利用率低、耗能高以及环境污染严重。鉴于以上状况，本课题对褐铁矿进行直接还原，并以此来制备珠铁。
　　本文以包头市白云鄂博矿区褐铁矿粉为炼铁原料，以固阳煤矿无烟煤粉为主要还原剂，加入一定比例不同种类的废塑料颗粒作为辅助还原剂及催化剂制成含碳铁矿球团（以下简称含碳球团），利用管式加热炉进行直接还原实验制备珠铁。本文首先采用单因素实验分析 C/O摩尔比、还原温度、还原时间、内配废塑料种类及其质量百分数等因素对含碳球团直接还原还原率的影响；然后采用正交实验考虑以上各因素对含碳球团还原率影响的主次顺序，最后得到最佳工艺参数。单因素实验结果表明：内配废塑料的含碳球团在还原过程中，废塑料在高温下裂解释放热量，为球团的预热和直接还原提供外加热源，且含碳球团活化能降低，孔隙率增大，这样不仅有利于反应体系中还原气体的传质，而且可以缩短还原时间，降低还原温度，从而导致含碳球团的还原效率随之提高。这为工业中转底炉直接还原工艺奠定理论基础。正交实验结果表明：影响含碳铁矿球团还原率的主次因素分别为还原温度、还原时间、内配废塑料种类、内配废塑料质量百分数；最后得出实验的最佳还原条件为含碳球团C/O摩尔比为1.2，还原温度1350℃，内配4%的聚乙烯（PE)在还原时间5 min时，含碳球团还原率最高，达98.89%。另外,在造球过程中添加2%CaF2不仅会使还原产物渣和珠铁显著地分隔开来，且分出的渣可实现自然粉化，这样有利于筛分得到高品质珠铁。

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引言

1文献综述

1.1废旧塑料的利用及研究现状

1.2直接还原法概括

1.3本课题研究的内容及意义

2含碳球团直接还原的基本理论

2.1含碳球团化学反应过程

2.2含碳球团直接还原的热力学概况

2.3含碳球团直接还原的动力学概况

3 原料分析

3.1分析仪器

3.2褐铁矿分析

3.3无烟煤分析

3.4典型废塑料分析

3.6本章小结

4 管式加热炉的直接还原实验研究

4.1实验设备

4.2实验方法

4.3实验指标

4.4实验前期工作

4.5单因素实验

4.6正交试验

4.7本章小结

5 热分析-质谱联合分析仪的动力学实验研究

5.1实验设备

5.2实验内容

5.3实验结果

5.4实验结果分析

5.5本章小结

6 实验产物的检测分析

6.1产物珠铁的分析检测

6.2产物渣的分析检测

结论

参考文献

在学研究成果

致谢