转底炉处理含碳球团还原的基础研究

发布时间：2020-10-25 04:14

　　 转底炉处理含碳球团工艺可用于处理铁矿石(粉),也可用于处理冶金企业的含铁粉尘,特别是处理钢铁企业的含锌含铁粉尘具有明显的优势。转底炉处理含碳球团工艺的关键是固体碳还原铁氧化物,由于处理原料的不同,含铁原料中的铁氧化物的存在方式也不同,还原动力学及其机理也不同,论文针对三种转底炉含碳球团工艺处理的物料(即铁精矿、含锌钢铁粉尘及铜渣)开展理论与实验研究,探讨不同还原物料在转底炉中的还原机制,为转底炉处理不同含铁原料的还原工艺参数的制定提供理论依据。首先针对不同物料的含碳球团还原过程进行了热力学分析,热力学计算表明:Fe2SiO4物相用C直接还原,开始温度为807℃,比FeO的开始温度高100℃左右,用CO还原Fe2SiO4时,气相中CO含量大于86%,才能将Fe2SiO4还原至Fe;含锌粉尘中的ZnO物相的还原,C直接还原时,当温度超过880℃后,碳气化反应的CO浓度就可超过了ZnO还原所需的浓度,此时ZnO的C直接还原转化为借助碳气化反应的间接还原来进行。鉴于铁精矿、含锌钢铁粉尘及铜渣中含铁物相的基本组成为氧化铁、氧化亚铁和铁橄榄石等,本文对化学纯的Fe2O3、FeO、2FeO·SiO2进行了固体碳还原的热重分析实验,探究了这三类纯物质的还原控制机理,为后续铁精矿、含锌钢铁粉尘及铜渣动力学研究提供了依据。根据转底炉工艺的特点,利用实验室高温电炉对转底炉工艺进行了热态模拟实验研究,通过正交实验,研究了不同工艺参数(即:温度、C/O比、还原剂等因素)对含碳球团还原的影响,结果表明:还原剂种类对铜渣含碳球团的还原影响最大,还原温度对铁精矿和含锌钢铁粉尘含碳球团的还原影响最大,在相同条件下,不同物料含碳球团的终止还原度分别是,铁精矿70.1%、含锌钢铁粉尘54.1%、铜渣49.4%,据此可以判定铜渣的还原难度最大,含锌钢铁粉尘次之,铁精矿的还原难度最小。在动力学研究部分,采用相继反应模型,通过高温还原实验,求算出铁精矿和含锌钢铁粉尘含碳球团还原反应的活化能分别是179.8 KJ/mol和261.3KJ/mol,还原反应的控速环节均为碳的气化反应;铜渣含碳球团还原反应的活化能为373.6 KJ/mol,还原反应的控速环节为界面或局部化学反应。本文论述了典型原料的还原过程,涉及铁精矿煤基直接还原、冶金粉尘回收利用和其他冶金原料处理等内容,通过对比分析,可深化转底炉处理含碳球团还原的基础性研究,同时对实践应用具有指导意义。
【学位单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2017
【中图分类】：TF046.6
【文章目录】：
中文摘要
英文摘要
1 绪论
    1.1 转底炉用于铁精矿的煤基还原工艺
        1.1.1 转底炉Fastmet和Fastmelt工艺
        1.1.2 转底炉Inmetco和Redsmelt工艺
        1.1.3 转底炉Comet工艺
        1.1.4 Itmk3和CHARP工艺
        1.1.5 DRyIron工艺
    1.2 转底炉处理钢铁冶金含锌粉尘工艺
        1.2.1 物理法处理工艺
        1.2.2 湿法处理工艺
        1.2.3 火法处理工艺
        1.2.4 转底炉处理工艺特点
    1.3 转底炉工艺处理铜渣的研究
    1.4 含碳球团还原过程中的化学反应
        1.4.1 含碳球团自还原的化学反应
        1.4.2 含碳球团自还原特性
        1.4.3 气氛对含碳球团“自还原”性的影响
    1.5 含碳球团还原铁氧化物的动力学研究
        1.5.1 碳的气化速度控制论
        1.5.2 传热速度控制论
        1.5.3 扩散控制论
        1.5.4 碳的气化速度和CO还原氧化铁反应速度共同控制论
        1.5.5 传热速度和CO还原氧化铁反应速度共同控制论
        1.5.6 扩散和CO还原氧化铁反应速度共同控制论
    1.6 含碳球团还原氧化锌的研究
    1.7 研究目的
    1.8 研究内容
2 热力学分析
    2.1 铁精矿含碳球团还原的热力学分析
        2.1.1 铁精矿的原料特点
        2.1.2 铁氧化物的间接还原热力学
        2.1.3 铁氧化物的直接还原热力学
    2.2 含锌钢铁粉尘还原的热力学分析
        2.2.1 含锌粉尘的原料特点
        2.2.2 锌及其氧化物的物理化学性质
        2.2.3 锌氧化物的间接还原热力学
        2.2.4 锌氧化物的直接还原热力学
    2.3 铜渣处理的热力学分析
        2.3.1 原料特点
2SiO₄还原的间接还原热力学'>        2.3.2 Fe₂SiO₄还原的间接还原热力学
2SiO₄还原的直接还原热力学'>        2.3.3 Fe₂SiO₄还原的直接还原热力学
    2.4 本章小结
3 不同铁氧化物含碳球团的热重实验研究
    3.1 实验仪器及实验方法
        3.1.1 实验原料
        3.1.2 实验装置及方法
        3.1.3 热重实验的相关计算
    3.2 结果与讨论
2O₃含碳球团的还原过程'>        3.2.1 Fe₂O₃含碳球团的还原过程
        3.2.2 FeO含碳球团的还原过程
2SiO₄含碳球团的还原过程'>        3.2.3 Fe₂SiO₄含碳球团的还原过程
        3.2.4 不同铁氧化物还原过程的对比分析
    3.3 本章小节
4 含碳球团还原过程影响因素的实验研究
    4.1 实验原料及实验条件
        4.1.1 实验原料
        4.1.2 实验装置及实验条件
    4.2 铁精矿含碳球团还原过程影响因素的研究
        4.2.1 还原剂种类的影响
        4.2.2 配碳量的影响
        4.2.3 温度的影响
    4.3 含锌钢铁粉尘含碳球团还原过程影响因素的研究
        4.3.1 还原剂种类的影响
        4.3.2 配碳量的影响
        4.3.3 温度的影响
    4.4 铜渣含碳球团还原过程影响因素的研究
        4.4.1 还原剂种类的影响
        4.4.2 配碳量的影响
        4.4.3 温度的影响
    4.5 本章小结
5 不同含碳球团还原的控制机理
    5.1 实验介绍
    5.2 限制环节方程的确定
    5.3 铁精矿含碳球团还原反应限制性环节的分析
    5.4 含锌钢铁粉尘含碳球团还原反应限制性环节的分析
    5.5 铜渣含碳球团还原反应限制性环节的分析
    5.6 本章小结
6 结论
致谢
参考文献

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本文编号：2855447