复合铁酸钙系物相高温还原性质研究

发布时间：2020-10-17 11:31

　　 近年来,铁矿石价格连续上升,高品位矿石日趋枯竭,炼铁厂不可避免地使用越来越高脉石含量的原料,原料的恶化对烧结工艺有了新的挑战。在烧结过程中,复合铁酸钙(SFCA)是高碱度烧结矿中最重要的粘结相,它的数量和结构对烧结矿的强度和还原性起着重要的影响。本研究从二元系铁酸钙到三元系、四元系和五元系铁酸钙物相还原行为进行系统研究主要研究结论包括:Fe_2O_3-CaO系固相反应中,根据Fe_2O_3和CaO摩尔比的不同,分别会生成CaO·2Fe_2O_3(CF_2)、CaO·Fe_2O_3(CF)和2CaO·Fe_2O_3(C_2F)。Fe_2O_3-CaO-Al_2O_3系固相反应中,Al_2O_3含量较低时,主要生成CFA;随着Al_2O_3含量的持续上升,会与CaO结合生成CaO·2Al_2O_3,Fe_2O_3以游离的形式出现。Fe_2O_3-CaO-SiO_2系固相反应时,SiO_2含量较低时,主要生成SFC,随着SiO_2含量的继续提高,会与CaO结合生成2CaO·SiO_2,Fe_2O_3以游离的形式出现。Fe_2O_3-CaO-MgO系固相反应中,MgO与Fe_2O_3形成镁铁尖晶石,其余的CaO和CaO·Fe_2O_3生成2CaO·Fe_2O_3。Fe_2O_3-CaO系物相还原行为研究结果表明:CaO·2Fe_2O_3(CF_2)最先达到还原终点,其次是CaO·Fe_2O_3(CF),2CaO·Fe_2O_3(C_2F)最慢达到还原终点,并且CF_2的还原速度大于CF,C_2F的还原速度最慢。CF、CF_2和C_2F的还原的表观活化能分别为46.89、34.37和51.74 kJ·mol~(-1),三者的反应都受二维未反应核模型(A_2)控制。还原路径方面,CF_2先分解生成氧化铁和CF,CF还原C_2F,C_2F还原成铁;而CF还原CF_2,CF_2还原成铁;而CF_2还原成铁。Fe_2O_3-CaO-Al_2O_3系物相还原方面,Al_2O_3的加入使得铁酸钙的还原度降低,但是Al_2O_3的继续加入对于还原度的影响不大。并且,Al_2O_3的加入使得CF的还原减缓,但随着Al_2O_3的继续加入,H和CFA同时增加,两者作用相互抵消,对于还原速度的影响不大。CF2A、CF4A和CF8A的表观活化能分别为91.05、64.83和59.47 kJ·mol~(-1)。CF2A的还原受到A_2模式控制,CF4A的还原受到A_2和二维界面反应模型(R_2)的共同作用,CF8A在反应的前期主要受到三维未反应核模型(A_3)控制,随着还原的进行,逐步转为A_2模式。Fe_2O_3-CaO-SiO_2系物相还原方面,SiO_2在2%-4%时,对铁酸钙的还原有抑制作用,使得还原度和还原速度,随着SiO_2含量的继续上升,抑制作用逐渐增大;但SiO_2含量达到8%时,由于生成较多的Fe_2O_3,SiO_2的作用由抑制变为促进铁酸钙的还原。CF2S、CF4S和CF8S的表观活化能分别为24.48、44.84和8.71kJ·mol~(-1)。CF2S和CF4S在反应初期的模式函数为A_2,随后被2种模式A_2和R_2所控制;而CF8S在反应前期主要受到A_3模式控制,随后逐渐由A_2模式所控制。Fe_2O_3-CaO-MgO系物相还原方面,MgO的加入对CF的还原有抑制作用,使得CF的还原度降低。并且,随着MgO含量的增加,反应前期的速度增快了,但后期的速度有所下降,整体来说降低了CF的还原速度。CF2M、CF4M和CF8M的表观活化能分别为37.31、29.15和17.27 kJ·mol~(-1)。CF2M和CF4M的还原主要被A_2模式控制,而CF8M被A_2和R_2共同控制。四元铁酸钙体系还原中,反应主要分为2个阶段,即还原度0-0.2和0.2-1。铝硅比为1时,CF的还原度最低。随着铝硅比的增大,第一阶段的反应速度变化不大,但第二阶段的反应速度明显提高。五元铁酸钙体系还原中,反应主要分为2个阶段,即还原度0-0.2和0.2-1。MgO的加入,抑制了CF的还原,使得还原率降低,还原速度也降低。
【学位单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TF046.4
【部分图文】：

温度在 1270oC 下，针状的 SFCA-Ⅰ（P）和柱状的 SFCA（Pr）成分上的ernary plot showing range in composition of prismatic SFCA(Pr) and platy Sn pot grate sinter; approximate compositional break between SFCA and SFCfor 1270oCme 等人[19]在烧结矿中发现的 SFCA-I 相含有 84wt.％的 Fe2O3，t.％的 SiO2和 2wt.％的 Al2O3，并成功地合成了具有 SFCA-I 结wt.％的 Fe2O3，12.6wt.％的 CaO 和 4.2 wt.％的 Al2O3。SFCA-一种组成的晶体确定。McAndrew 和 Clout[20]认为 SFCA-I 特征赋予铁矿烧结矿高强度和还原性，并且含有大量这一相的烧结的。研究[21-25]旨在确定 SFCA 复杂的富钙铁氧体铁矿石烧结粘结相 阶段是工业铁矿石烧结矿的关键组成部分，对其形成机制的更以下方式提高烧结过程的效率：1）能够预测生产的最佳烧结条分压）基于给定的起始铁矿石烧结混合物的化学组成和物理特

图 1.2 Fe2O3-CaO 间反应示意图Fig. 1.2 Schematic diagram of reaction between Fe2O3-CaOCaO 与 Fe2O3反应的动力学因素wijk 和 Koopmans[29]，利用 CaO 粉末和 Fe2O3烧结块组成的扩0-1142oC 温度范围内进行了 CaO 和 Fe2O3间的反应动力学研究的两种铁酸钙中，一层是 C2F，一层是 CF，前者层薄，厚度均化范围大，CF 在 Fe2O3一侧界面呈现出曲面形状。这种曲面形段中形成了不同方向的 CF 晶体，导致了 CaO 扩散的各向异性所反应时间的关系表明，在最初 2h 过程中，线形生长占优势，后生成层以抛物线机理生长（斜率接近 0.5）说明前期是界面反散控制。行博[30]等用致密的赤铁矿切块与 CaO 粉末组成扩散偶，分别在行焙烧，获得了 CF 和 C2F 的生成层，同样得到了 CF 层厚与反直线关系，也说明了固相状态下扩散是 CF 层生成速度的限制

图 1.3 1000oC 时，铁酸钙在 CO/CO2气氛下的还原顺序Fig. 1.3 Reduction reaction scheme for calcium ferrite in CO/CO2gas at 1000oCChufarov[45]和 Brunner[54]所做的还原试验的结果与 Edstrom 的一致。然而，这些研究为了缩短反应时间，是在氢气（Chufarov）和一氧化碳（Brunner）中进行反应的，反应会生产多相重叠层结构，这也导致在相的识别上存在困难。在 20 世纪 50 年代和 60 年代，Fe2O3-CaO 系统被认为是烧结过程中粘结阶段
【参考文献】

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本文编号：2844719