氢气还原铁氧化物膨胀性能研究
发布时间：2021-01-03 21:27
球团矿较高的还原膨胀率一直对其入炉比例造成影响,为探究球团矿还原过程中产生恶性膨胀的问题,本论文利用第一性原理计算软件,对铁氧化物还原过程的产物进行晶胞体积的计算,比较不同还原产物的体积变化;采用还原气H2对纯试剂Fe2O3压条进行还原实验,使用PCY-G膨胀仪进行在线检测,通过对比不同还原温度、还原时间和焙烧温度条件下还原产物的外观形貌与显微结构,解释还原反应产生膨胀差异的原因。研究结果表明:不同铁氧化物的晶胞类型和结构性质差异很大,在0K温度和晶胞紧密堆积的情况下,随着氧含量的降低,从Fe2O3转化到Fe3O4体积减小2.02%,从Fe3O4转化到FeO体积减小19.78%,从FeO转化到Fe体积减小43.77%。随着还原温度的升高,达到最高膨胀量所用时间逐渐缩短,试样的还原膨胀量呈现先增加后减小的趋势,其中800℃温度下样条膨胀值最高为668um,膨胀率为3.06%;900℃膨胀值急剧...
【文章来源】：内蒙古科技大学内蒙古自治区
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
气体压力理论示意图
（2）碳沉积理论：研究发现在还原温度比较低的情况下（即 600℃以下），CO 发生分解并生成碳，碳在球团矿内部发生沉积，导致球团矿体积膨胀甚至粉化。示意图如图1-6 所示。图1-6 碳沉积理论示意图Wiberg[38]在用 CO 进行还原实验时发现，在 1000℃温度下，被还原出金属铁的组成中存在碳含量约 0.8～0.9%的奥氏体。他认为在该温度条件下发生析碳反应，所产生的碳能快速地在奥氏体与浮氏体之间扩散，还原反应会利用碳进行，生成的 CO 和 CO2能够打破外部铁层，这样使得还原膨胀继续发生，而当使用 H2气体进行还原实验时，仍然会发生还原膨胀停滞现象。
（3）铁晶须膨胀理论：研究发现在浮士体还原成金属铁的阶段，反应界面会生成纤维状的铁相，并非致密的铁层使得颗粒产生大量孔隙，这有利于还原反应的迅速进行，导致球团矿体积膨胀。示意图如图1-7 所示。图1-7 铁晶须理论示意图（4）碱金属膨胀理论：研究发现在有碱金属（K、Na 等）存在的条件下金属铁析出增强，这种高速析出易导致球团膨胀加剧。漆光瑯[29]利用包头精矿进行压团并在 900℃温度下做定温还原实验仪探讨 K、Na、F、Ca 对球团膨胀性的影响，他将球团膨胀分为三类：正常膨胀（RSI<20%），异常膨胀（20%<RSI<100%）和恶性膨胀（RSI>100%）。实验发现碱金属对球团膨胀的影响与其所在矿石结构和所成碱度有关，其中以碳酸盐、硅酸盐的形式加入的 K、Na 会通过破坏 Fe2O3晶格致使球团发生恶性膨胀；以霓石的形式加入的 Na 会导致球团在还原过程中产生低熔点化合物，影响球团的强度而产生膨胀；以钾板岩的形式加入的 K 对球团基本没有影响；F 的挥发和 Ca 的添加都会影响球团碱度，造成球团产生恶性膨胀。1.3.2 国内外研究现状铁矿球团还原膨胀的研究除了对以上几种理论进行深化讨论外，应该利用纯铁氧化物还原过程中晶格结构的变化作为理论研究的前提
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于最小Gibbs自由能原理的铁氧化物气固还原热力学研究[J]. 李彬,郭汉杰,郭靖,孙贯永. 工程科学学报. 2017(11)
[2]SiO2对镁质酸性球团性能的影响[J]. 李杰,韩闯闯,杨爱民,刘卫星,张玉柱,刘连继. 钢铁研究学报. 2017(11)
[3]铁矿球团技术进展[J]. 朱德庆,黄伟群,杨聪聪,虎训,潘建. 烧结球团. 2017(03)
[4]新世纪我国球团矿生产技术现状及发展趋势[J]. 许满兴,张玉兰. 烧结球团. 2017(02)
[5]MgO对Fe2O3压团还原过程铁氧化物晶格结构的影响[J]. 皮晓东,孙权,罗果萍,贾晓斌. 烧结球团. 2016(06)
[6]“2016年全国炼铁生产技术会暨炼铁学术年会”会议纪要[J]. 赵志龙. 中国冶金. 2016(07)
[7]白云鄂博巴润矿配碳还原动力学研究[J]. 师旭超,赵增武,金永丽. 钢铁钒钛. 2015(06)
[8]焙烧温度对低硅含镁球团矿还原膨胀率的影响及机理[J]. 青格勒,吴铿,刘洪松,员晓,田筠清. 中国有色金属学报. 2015(10)
[9]球团矿恒温和升温直接还原膨胀行为试验[J]. 白明华,符远翔. 钢铁. 2015(06)
[10]酸性球团还原过程中微观结构变化研究[J]. 杨广庆,国宏伟,王春苗,刘卫星. 烧结球团. 2015(02)
博士论文
[1]低硅含镁含钛球团矿的成矿基础研究[D]. 青格勒吉日格乐.北京科技大学 2017
[2]离子掺杂与表面结构对氧化铁（α-Fe2O3）光催化活性影响的第一性原理研究[D]. 潘海军.东北大学 2016
[3]基于第一性原理的镍基合金晶界脆化机理的理论研究[D]. 刘文冠.中国科学院研究生院（上海应用物理研究所） 2014
[4]复合粘结剂铁矿球团氧化焙烧与还原行为研究[D]. 黄艳芳.中南大学 2012
[5]过渡金属改性铈基材料电子结构及储放氧机理研究[D]. 王欣全.天津大学 2009
[6]NiO及相关体系的奇异物性[D]. 张卫兵.湘潭大学 2009
硕士论文
[1]3d过渡金属氧化物电子结构的第一性原理计算[D]. 杨华.天津大学 2013
[2]金属Cu和Fe晶格结构与热力学性质的第一性原理计算[D]. 陈春彩.西南交通大学 2012
[3]气基直接还原竖炉用氧化球团的制备及其冶金特性研究[D]. 吴开基.东北大学 2011
[4]基于Fe3O4半金属性质的第一性原理研究[D]. 孟静.燕山大学 2011
本文编号：2955517
【文章来源】：内蒙古科技大学内蒙古自治区
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
气体压力理论示意图
（2）碳沉积理论：研究发现在还原温度比较低的情况下（即 600℃以下），CO 发生分解并生成碳，碳在球团矿内部发生沉积，导致球团矿体积膨胀甚至粉化。示意图如图1-6 所示。图1-6 碳沉积理论示意图Wiberg[38]在用 CO 进行还原实验时发现，在 1000℃温度下，被还原出金属铁的组成中存在碳含量约 0.8～0.9%的奥氏体。他认为在该温度条件下发生析碳反应，所产生的碳能快速地在奥氏体与浮氏体之间扩散，还原反应会利用碳进行，生成的 CO 和 CO2能够打破外部铁层，这样使得还原膨胀继续发生，而当使用 H2气体进行还原实验时，仍然会发生还原膨胀停滞现象。
（3）铁晶须膨胀理论：研究发现在浮士体还原成金属铁的阶段，反应界面会生成纤维状的铁相，并非致密的铁层使得颗粒产生大量孔隙，这有利于还原反应的迅速进行，导致球团矿体积膨胀。示意图如图1-7 所示。图1-7 铁晶须理论示意图（4）碱金属膨胀理论：研究发现在有碱金属（K、Na 等）存在的条件下金属铁析出增强，这种高速析出易导致球团膨胀加剧。漆光瑯[29]利用包头精矿进行压团并在 900℃温度下做定温还原实验仪探讨 K、Na、F、Ca 对球团膨胀性的影响，他将球团膨胀分为三类：正常膨胀（RSI<20%），异常膨胀（20%<RSI<100%）和恶性膨胀（RSI>100%）。实验发现碱金属对球团膨胀的影响与其所在矿石结构和所成碱度有关，其中以碳酸盐、硅酸盐的形式加入的 K、Na 会通过破坏 Fe2O3晶格致使球团发生恶性膨胀；以霓石的形式加入的 Na 会导致球团在还原过程中产生低熔点化合物，影响球团的强度而产生膨胀；以钾板岩的形式加入的 K 对球团基本没有影响；F 的挥发和 Ca 的添加都会影响球团碱度，造成球团产生恶性膨胀。1.3.2 国内外研究现状铁矿球团还原膨胀的研究除了对以上几种理论进行深化讨论外，应该利用纯铁氧化物还原过程中晶格结构的变化作为理论研究的前提
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于最小Gibbs自由能原理的铁氧化物气固还原热力学研究[J]. 李彬,郭汉杰,郭靖,孙贯永. 工程科学学报. 2017(11)
[2]SiO2对镁质酸性球团性能的影响[J]. 李杰,韩闯闯,杨爱民,刘卫星,张玉柱,刘连继. 钢铁研究学报. 2017(11)
[3]铁矿球团技术进展[J]. 朱德庆,黄伟群,杨聪聪,虎训,潘建. 烧结球团. 2017(03)
[4]新世纪我国球团矿生产技术现状及发展趋势[J]. 许满兴,张玉兰. 烧结球团. 2017(02)
[5]MgO对Fe2O3压团还原过程铁氧化物晶格结构的影响[J]. 皮晓东,孙权,罗果萍,贾晓斌. 烧结球团. 2016(06)
[6]“2016年全国炼铁生产技术会暨炼铁学术年会”会议纪要[J]. 赵志龙. 中国冶金. 2016(07)
[7]白云鄂博巴润矿配碳还原动力学研究[J]. 师旭超,赵增武,金永丽. 钢铁钒钛. 2015(06)
[8]焙烧温度对低硅含镁球团矿还原膨胀率的影响及机理[J]. 青格勒,吴铿,刘洪松,员晓,田筠清. 中国有色金属学报. 2015(10)
[9]球团矿恒温和升温直接还原膨胀行为试验[J]. 白明华,符远翔. 钢铁. 2015(06)
[10]酸性球团还原过程中微观结构变化研究[J]. 杨广庆,国宏伟,王春苗,刘卫星. 烧结球团. 2015(02)
博士论文
[1]低硅含镁含钛球团矿的成矿基础研究[D]. 青格勒吉日格乐.北京科技大学 2017
[2]离子掺杂与表面结构对氧化铁（α-Fe2O3）光催化活性影响的第一性原理研究[D]. 潘海军.东北大学 2016
[3]基于第一性原理的镍基合金晶界脆化机理的理论研究[D]. 刘文冠.中国科学院研究生院（上海应用物理研究所） 2014
[4]复合粘结剂铁矿球团氧化焙烧与还原行为研究[D]. 黄艳芳.中南大学 2012
[5]过渡金属改性铈基材料电子结构及储放氧机理研究[D]. 王欣全.天津大学 2009
[6]NiO及相关体系的奇异物性[D]. 张卫兵.湘潭大学 2009
硕士论文
[1]3d过渡金属氧化物电子结构的第一性原理计算[D]. 杨华.天津大学 2013
[2]金属Cu和Fe晶格结构与热力学性质的第一性原理计算[D]. 陈春彩.西南交通大学 2012
[3]气基直接还原竖炉用氧化球团的制备及其冶金特性研究[D]. 吴开基.东北大学 2011
[4]基于Fe3O4半金属性质的第一性原理研究[D]. 孟静.燕山大学 2011
本文编号：2955517
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