冶金尘泥含碳球团还原动力学研究

发布时间：2020-10-10 02:32

　　钢铁生产过程中产生大量冶金尘泥，含有Fe、C等有用成分。据生产对原料具体要求将尘泥进行混合配料成型制成含碳球团，能充分利用有用成分，达到高效节能环保的要求。本文在含碳球团还原动力学研究基础上，以高炉瓦斯灰和转炉污泥两种典型冶金尘泥为原料，对制备的冶金尘泥含碳球团进行还原试验研究。针对含碳球团还原反应在球团内部各处同时进行的特点，采用相继发生动力学模型用于含碳球团还原动力学研究。假设反应过程建立准稳态方程、球团内部温度均匀、为一级不可逆反应、球团中同种微粒半径相同、扩散不是反应限制环节，进行适用于含碳球团还原的相继模型动力学推导并得出不同限制性环节的速率方程表达式。碳气化为限制环节时，速率方程为v S kC (AF eO)(AF eOr FeO)FFeO1FeO1CO FeO1AF VCOC kC FeO FeO界面化学反应为限制性环节时，速率方程为v S。从还原k C A ACO2FeO (C V)(C rCF V)FC1C2k2CCC C C开始到反应结束限制环节依次为碳气化控制、混合控制和界面化学控制。在确定原料物理化学性质基础上，将尘泥压制成C/O=0.9和C/O=1.1两种球团并分别在1240℃、1270℃和1300℃下进行还原，对试验结果进行分析，确定出还原反应限制环节临界值P的影响因素以及关联量即反应度R，并通过局部拟合求出活化能，以活化能和P值进行限制性环节分析，得出不同限制性环节P的临界值及对应速率表达式：当P≤0.35时还原过程由碳气化控制，此时反应度R=1-e-(11.79-21630/T)t；当0.35P≤1.02时，还原过程受碳气化和界面化学反应混合控制，反应过程复杂；当P1.02时，还原过程由界面化学反应控制，反应度R=1-(1-e-31433/T+17.03t)3。 C/O与温度变化对还原效果的影响及反应速率的变化规律为：在试验设定的两个C/O条件下还原效果相当；温度越高还原效果越好，1240℃时，还原率和金属化率分别为68.6%和70.8%，1300℃时还原率与金属化率可达90%以上。还原反应速率分析结果表明，反应限制环节转化时间对应的反应速率变化最大。
【学位单位】：武汉科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2015
【中图分类】：TF046.6;TF01
【部分图文】：

模型图,模型,含碳球团,烟气分析仪

图 1.3 还原的相继模型通过烟气分析仪测定在反应过程中的气体成分发现含碳球团的还原反应中产的气体既有 CO 也有 CO2的产生，在含碳球团的还原过程中涉及到多个反应参，主要有铁氧化物的还原与碳的气化反应，且反应不分先后，同时发生交错进

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转炉污泥的物理化学组成、形貌、尺寸及分布的检测和分析。在分析前需按照SEM/EDS 的分析要求对试样进行制样。高炉瓦斯灰、转炉污泥的 SEM/EDS 照片及对应各物相名称如图3.2所示。Fe2O3Al2O3、MgOCaO、SiO2Al2O3、SiO2C（a）高炉瓦斯灰FeCaOFeOFe2O3SiO2、MgO、CaOFeO（b）转炉污泥图3.2 冶金尘泥 SEM/EDS 照片

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球团压制成型是指将原料置于成型模具中并通过压力试验机添加单一的轴向压力进行压制，从而使物料成为一定形状压坯的过程。压球所用的试验设备为YES-2000型数字显示压力试验机，如图3.3(a)所示。压样所使用的模具如图3.3(b)所示，压制成型后的球团尺寸为 30×20mm 扁圆球，成型所用压力为 75KN。压制成型后的球团如图 3.3(c)所示。(a)压力试验机 (b)球团压样模具 (c)成型的球团图 3.3 试验设备及成品3.3.2 还原试验

【参考文献】