富氢条件下含铁炉料冶金性能及微观结构演变规律
为了减少钢铁行业CO2排放,国内外冶金工作者们提出了富氢冶炼的思路如日本向高炉喷吹天然气和废塑料的新工艺、国内全氧鼓风喷吹煤粉和天然气工艺、瑞典的ULCORED新型还原工艺等。尽管高炉富氢条件下的研究已有许多,但富氢条件下含铁炉料中高温下产物的演变规律和还原机理相关研究较少。基于此,本文系统的研究了富氢条件下含铁炉料的冶金性能及微观结构,分析了其反应机理以及微观演变规律,得到如下结论:热力学和动力学理论分析发现,T<1100 K时还原反应主要以CO为主,掺杂H2还原和析碳反应,T>1100 K时还原反应主要以H2主导,同时夹杂水煤气反应;并且经过模型拟合和对比,发现富氢反应过程遵循随机孔模型,并出现了类CO还原、类H2还原和H2还原三种不同的还原方式。通过含铁炉料的粉化实验发现,H2+CO2+N2条件下块矿O、球团矿P和烧结矿S的粉化效果改善明显;H2+CO2+N2+CO条件下,还原块矿O、球团矿P以及烧结矿S的最优H2添加量为10%、20%、20%,其RDI+3.15分别增加了11.08%、6.13%、30.23%。可以看出,富氢还原能够有效提高炉料的粉化性能。通过含铁炉料的还原实验发现,保持还原气相中CO含量不变,改变H2含量条件下,球团矿P和烧结矿S的最优还原富氢量为25%,块矿O的最优还原富氢量为10%,其还原度分别提高了10.16%、6.65%及6.00%。球团矿P中赤铁矿大量转变为磁铁矿及铁相,枝晶间互联状况良好;烧结矿S还原后呈现包括磁铁矿相在内的多种含铁矿相;块矿还原后内部金属铁相生成量增加。还原气相组成为（CO+H2）:N2=30%:70%时,球团矿P在含氢10%时还原度提高,内部出现“赤铁矿-磁铁矿-铁相”相互嵌套的情况;块矿O与烧结矿S在含氢20%时还原度优良,块矿O出现了良好的渣相和铁相,烧结矿S内部出现了良好的“针状铁酸钙相-磁铁矿相-铁相”分层现象。通过含铁炉料的高温软熔滴落实验发现,CO+H2+N2=30%+30%+70%条件下炉料的软化和熔融性能得到有效的改善。且渣中MgO含量较低,但Al2O3含量较高,形成了大量的低熔点化合物,渣的熔化温度降低。结合不同还原条件下烧结矿的矿相结构,发现富氢条件下大量六方晶体赤铁矿氧化物被快速还原为等轴晶系的磁铁矿,其中夹杂浮士体以及铁相;磁铁矿与熔剂反应生成SFCA相,并且随着氢气量的增加SFCA相向SFCA-Ⅰ相发生转变。
- 作者：
- 王煜
- 学位授予单位：
- 辽宁科技大学
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2020年
- 导师姓名：
- 湛文龙；何志军
- 中图分类号：
- TF702
- 关键词：
- 氢气；还原粉化；软熔滴落；热力学；动力学；微观结构
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