炭化工艺参数对铁焦冶金性能的影响
发布时间：2021-12-02 11:06
复合铁焦被认为是实现低碳高炉炼铁的革新技术之一。为了获得高质量的铁焦,需要采用适宜的炭化工艺条件。研究了炭化工艺参数对铁焦机械强度、反应性和反应后强度等冶金性能的影响,并对炭化后铁焦的金属化率、微观结构和碳微晶结构进行了解析。结果表明,炭化温度的升高可以提高铁焦的抗压强度和反应性。当温度为900～1 000℃时,铁焦的抗压强度和反应性较优。炭化时间的延长可以使铁焦的抗压强度提高,反应性降低。当炭化时间为3～4 h时,铁焦抗压强度和反应性较优。升温速度越快,铁焦的机械强度越低。适宜的升温速度为:Ⅰ段（室温至550℃）小于7℃/min,Ⅱ段（550℃至1 000℃）小于5℃/min。为防止铁焦冶金性能因碳气化溶损反应而劣化,在CO和CO2混合炭化气氛中,CO2与CO体积比（V（CO2）/V（CO））应控制在0.11以下。在优化的炭化工艺条件下,制备的铁焦抗压强度大于3 500 N,反应性大于60%,反应后强度在16%左右。
【文章来源】：钢铁研究学报. 2020,32(07)北大核心CSCD
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
不同升温速度制备的铁焦SEM分析
铁焦样品的制备过程如图1所示,主要包括铁矿粉和煤粉的干燥、混合、压块和炭化处理。首先,将煤粉和铁矿粉在105 ℃下干燥5 h,干燥后的铁矿粉和煤粉与粘结剂按一定的比例充分混合并加热至60 ℃。根据前期的研究结果,原料混合物由30%铁矿、70%配合煤(45%煤A、10%煤B、10%煤C和5%煤D)和5%沥青(质量分数)粘结剂组成。然后,将加热后的原料混合物立即装入对辊压块机进行压制成型,得到的矿煤压块装入石墨坩埚,并利用电加热炉对其进行炭化处理,采用程序升温。最后,在氮气气氛下进行冷却得到铁焦产品,并进行各项冶金性能的检测和分析。本实验采用对辊压块机由预压机(混捏作用)和主机(带动辊皮进行压制)构成,预压机的最大转速50 r/min, 主机最大转速25 r/min,设计最大线压力8 t/cm。本实验采用的预压机转速为50 r/min,主机转速为7.5 r/min,压块线压力为6 t/cm,所压制的产品为卵形,外观尺寸为31.8 mm×26.6 mm×17.3 mm。本实验采用的电加热炉为马弗炉,加热元件为硅钼棒,最高温度为1 300 ℃。1.2 实验方案
不同炭化温度和炭化时间下,铁焦的拉曼光谱如图2(a)和图3(a)所示,可以看到,2个主峰之间存在交集区域,说明还存在其他特征峰。相关研究表明,4种洛伦兹峰(G、D1、D2、D4)和一种高斯峰(D3)最适合焦炭样品的拉曼光谱[26-28]。因此,采用分峰拟合方法对800～2 000 cm-1范围内的铁焦拉曼光谱曲线进行拟合,分峰拟合结果如图2(a)和图3(a)所示。其中,D1峰(～1 350 cm-1)被认为是无序石墨晶格结构(石墨层边缘、A1g对称模式)的典型代表[29-31];D2峰(～1 620 cm-1)为无序的石墨晶格结构(表面石墨层,E2g对称模式)的典型代表[29-31];D3峰(～1 500 cm-1)是2个主峰之间的信号强度,是非晶物质[29-31];D4峰(～1 200 cm-1)和无序石墨晶格结构(A1g对称模式)、多烯类物质和离子杂质有关[29-31];G峰(～1 580 cm-1)为理想的石墨晶格结构(E2g对称拉伸模式)的代表[29-31]。通过拟合结果可以计算碳微晶结构的相关参数,例如:ID1/IG表示样品的石墨化程度,IG/Iall表示样品中理想石墨结构(有序碳微晶结构)的含量,La表示碳微晶结构尺寸[31]。ID1/IG比值越低,IG/Iall比值越高,La值越大,表明样品的碳微晶结构发育越完整、排列越规则,石墨化程度越高,碳质材料的气化反应活性越低。此外,碳微晶结构尺寸La可由式(5)和式(6)计算[31]:图3 不同炭化时间制备的铁焦拉曼光谱及碳微晶结构参数
【参考文献】：
期刊论文
[1]碳铁复合低碳炼铁炉料制备与应用研究[J]. 王宏涛,储满生,鲍继伟,韩冬,曹来更,赵伟. 钢铁研究学报. 2019(02)
[2]煤系针状焦微晶结构的XRD与Raman分峰拟合定量研究[J]. 朱亚明,赵雪飞,高丽娟,程俊霞,吕君,赖仕全. 光谱学与光谱分析. 2017(06)
[3]配加铁矿粉对铁焦微观结构及性能的影响[J]. 张建良,郭建,王广伟,张路明,徐涛,郑常乐. 钢铁. 2016(09)
[4]工艺参数对热压铁焦抗压强度的影响[J]. 王宏涛,储满生,赵伟,柳政根. 东北大学学报(自然科学版). 2016(06)
[5]炼焦煤性质对铁焦性能影响的试验研究[J]. 史世庄,林志龙,毕学工,李鹏,罗永辉,汪恭二. 太原理工大学学报. 2015(03)
[6]炼焦工艺条件对铁焦性能影响的试验[J]. 史世庄,董晴雯,毕学工,李鹏,罗永辉,汪恭二. 钢铁. 2015(04)
[7]高炉使用含碳复合炉料的原理[J]. 储满生,赵伟,柳政根,王宏涛,唐珏. 钢铁. 2015(03)
[8]炼焦配煤中添加铁矿石对焦炭性能的影响[J]. 张慧轩,毕学工,史世庄,吴琼,孙超祺,马毅瑞,程向明,李鹏. 武汉科技大学学报. 2014(02)
[9]钢铁企业炼铁系统碳素流分析及CO2减排措施[J]. 张琦,贾国玉,蔡九菊,沈峰满. 东北大学学报(自然科学版). 2013(03)
[10]低碳炼铁和低碳经济[J]. 刘文权. 炼铁. 2010(05)
本文编号：3528307
【文章来源】：钢铁研究学报. 2020,32(07)北大核心CSCD
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
不同升温速度制备的铁焦SEM分析
铁焦样品的制备过程如图1所示,主要包括铁矿粉和煤粉的干燥、混合、压块和炭化处理。首先,将煤粉和铁矿粉在105 ℃下干燥5 h,干燥后的铁矿粉和煤粉与粘结剂按一定的比例充分混合并加热至60 ℃。根据前期的研究结果,原料混合物由30%铁矿、70%配合煤(45%煤A、10%煤B、10%煤C和5%煤D)和5%沥青(质量分数)粘结剂组成。然后,将加热后的原料混合物立即装入对辊压块机进行压制成型,得到的矿煤压块装入石墨坩埚,并利用电加热炉对其进行炭化处理,采用程序升温。最后,在氮气气氛下进行冷却得到铁焦产品,并进行各项冶金性能的检测和分析。本实验采用对辊压块机由预压机(混捏作用)和主机(带动辊皮进行压制)构成,预压机的最大转速50 r/min, 主机最大转速25 r/min,设计最大线压力8 t/cm。本实验采用的预压机转速为50 r/min,主机转速为7.5 r/min,压块线压力为6 t/cm,所压制的产品为卵形,外观尺寸为31.8 mm×26.6 mm×17.3 mm。本实验采用的电加热炉为马弗炉,加热元件为硅钼棒,最高温度为1 300 ℃。1.2 实验方案
不同炭化温度和炭化时间下,铁焦的拉曼光谱如图2(a)和图3(a)所示,可以看到,2个主峰之间存在交集区域,说明还存在其他特征峰。相关研究表明,4种洛伦兹峰(G、D1、D2、D4)和一种高斯峰(D3)最适合焦炭样品的拉曼光谱[26-28]。因此,采用分峰拟合方法对800～2 000 cm-1范围内的铁焦拉曼光谱曲线进行拟合,分峰拟合结果如图2(a)和图3(a)所示。其中,D1峰(～1 350 cm-1)被认为是无序石墨晶格结构(石墨层边缘、A1g对称模式)的典型代表[29-31];D2峰(～1 620 cm-1)为无序的石墨晶格结构(表面石墨层,E2g对称模式)的典型代表[29-31];D3峰(～1 500 cm-1)是2个主峰之间的信号强度,是非晶物质[29-31];D4峰(～1 200 cm-1)和无序石墨晶格结构(A1g对称模式)、多烯类物质和离子杂质有关[29-31];G峰(～1 580 cm-1)为理想的石墨晶格结构(E2g对称拉伸模式)的代表[29-31]。通过拟合结果可以计算碳微晶结构的相关参数,例如:ID1/IG表示样品的石墨化程度,IG/Iall表示样品中理想石墨结构(有序碳微晶结构)的含量,La表示碳微晶结构尺寸[31]。ID1/IG比值越低,IG/Iall比值越高,La值越大,表明样品的碳微晶结构发育越完整、排列越规则,石墨化程度越高,碳质材料的气化反应活性越低。此外,碳微晶结构尺寸La可由式(5)和式(6)计算[31]:图3 不同炭化时间制备的铁焦拉曼光谱及碳微晶结构参数
【参考文献】：
期刊论文
[1]碳铁复合低碳炼铁炉料制备与应用研究[J]. 王宏涛,储满生,鲍继伟,韩冬,曹来更,赵伟. 钢铁研究学报. 2019(02)
[2]煤系针状焦微晶结构的XRD与Raman分峰拟合定量研究[J]. 朱亚明,赵雪飞,高丽娟,程俊霞,吕君,赖仕全. 光谱学与光谱分析. 2017(06)
[3]配加铁矿粉对铁焦微观结构及性能的影响[J]. 张建良,郭建,王广伟,张路明,徐涛,郑常乐. 钢铁. 2016(09)
[4]工艺参数对热压铁焦抗压强度的影响[J]. 王宏涛,储满生,赵伟,柳政根. 东北大学学报(自然科学版). 2016(06)
[5]炼焦煤性质对铁焦性能影响的试验研究[J]. 史世庄,林志龙,毕学工,李鹏,罗永辉,汪恭二. 太原理工大学学报. 2015(03)
[6]炼焦工艺条件对铁焦性能影响的试验[J]. 史世庄,董晴雯,毕学工,李鹏,罗永辉,汪恭二. 钢铁. 2015(04)
[7]高炉使用含碳复合炉料的原理[J]. 储满生,赵伟,柳政根,王宏涛,唐珏. 钢铁. 2015(03)
[8]炼焦配煤中添加铁矿石对焦炭性能的影响[J]. 张慧轩,毕学工,史世庄,吴琼,孙超祺,马毅瑞,程向明,李鹏. 武汉科技大学学报. 2014(02)
[9]钢铁企业炼铁系统碳素流分析及CO2减排措施[J]. 张琦,贾国玉,蔡九菊,沈峰满. 东北大学学报(自然科学版). 2013(03)
[10]低碳炼铁和低碳经济[J]. 刘文权. 炼铁. 2010(05)
本文编号：3528307
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