煤基直接还原海绵铁的反应机理研究

摘要

“十二五”是我国从钢铁大国向钢铁强国转变的关键时期,需要我们发展新的节能环保的钢铁新工艺。直接还原法是利用非焦炭资源(无烟煤,CO,氢气等)作为还原剂和铁矿石进行还原,还原产物为海绵铁。按照还原剂类型可以将直接还原分为煤基和气基,两种工艺比较气基在生产中占的比重大,但是我国煤炭储量巨大,有发展煤基直接还原的资源优势。因此,对于用铁精矿粉取代烧结矿,用非焦煤取代焦煤的直接还原工艺的研究正越来越蓬勃兴旺。
　　本文主要通过热重分析和马弗炉实验对铁矿-煤粉混合样品进行加热还原实验。通过NETZSCHSTA449F3热分析仪对不同C/O摩尔比的铁矿-煤粉混合物进行恒速升温下的TG-DSC研究,在此基础上,设计了马弗炉煤基铁矿粉直接还原的工艺方案,并利用马弗炉进行了煤基铁矿石直接还原工艺的研究。
　　热重分析考察了不同C/O摩尔比以及不同还原气氛对还原反应的影响。在各组实验对比中,可以看出,在氮气气氛下铁矿-煤粉混合物还原过程分为三个阶段分别为低温阶段(800-1000℃),中温阶段(1000-1150℃)和高温阶段(1150-1200℃)。氮气气氛下C/O摩尔比为1.2,1.5,1.8的下的还原率分别为97.2％,80.3%,82.3%。在通入CO2+N2为(20+20)ml/min气氛时,只出现一次失重峰,还原反应主要在900-1150℃,且配碳量高的混合物还原效果好。混合气氛中含有氧气时,不利于还原反应。三种配碳量铁矿-煤粉混合物还原比较,氮气气氛中含碳量过高,不利于还原;氧化性气氛中,含碳量越高,还原越好。
　　马弗炉实验中,针对保温时间,保温温度和球团直径三个因素分组实验,通过比较得出最佳工艺参数:保温时间60min,保温温度900℃,球团直径12mm。通过XRD检测900℃下不同保温时间的球团,发现保温时间60min的球团中有铁单质,而在保温80min的球团中发现铁单质,说明保温时间过长不利于还原。

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引言

1工程背景及研究意义

1.1 钢铁工业发展现状

1.2煤基直接还原的特点

1.3研究的目的和意义

2 煤基直接还原的研究及其发展现状

2.1煤基直接还原的机理的复杂性

2.2 含碳球团研究过程

2.3固体碳还原铁氧化物的热力学

2.4 固体碳还原铁氧化物的动力学

2.5不同的因素对直接还原的影响

3 实验材料和方法

3.1实验原材料及设备

3.2 实验方法

4 热分析TG-DSC

4.1铁精粉和无烟煤的TG-DSC分析

4.2同配碳量铁矿-煤粉混合物不同气氛对还原反应的影响

4.3 同一气氛下不同配碳量对还原的影响及动力学分析

4.4 本章小结

5 马弗炉实验

5.1 保温时间的影响

5.2 保温温度的影响

5.3球团直径的影响

5.4 本章小结

结论

参考文献

致谢