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铁矿粉流态化还原过程中的粘结失流研究

作　者: 邹胜伟
导　师: 郑忠
学　校: 重庆大学
专　业: 冶金工程
关键词: 非高炉炼铁流化床粘结失流铁晶须
分类号: TF552
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

在众多非高炉炼铁工艺中，由于流态化技术可以直接使用粉矿，是未来直接还原炼铁技术的重要发展方向，目前极具代表性的工艺为FINEX。但是流态化还原技术也存在自身的缺陷，特别是流化床中出现的粘结失流问题导致正常运行的流化床受到破环，流化效率降低，甚至形成固定床。FINEX工艺为避免粘结，常采用低温、高气速等操作手段。但导致生产效率不高、气体利用率低，最终致使全流程煤耗升高，流化床还原技术优势大大降低。因此，粘结失流问题成为阻止流化床还原铁矿粉工业应用的瓶颈。本文叙述了关于粘结失流的实验，并进行了理论分析和讨论，研究其影响因素的作用规律以及其发生的机理。本课题的研究分为两步。第一步是影响粘结失流因素的研究，通过比较不同操作条件下的粘结失流临界时间，分析温度、还原气浓度和种类以及矿粉粒度对粘结失流的影响和作用规律；第二步是粘结失流机理的讨论，将失流后的样品进行扫描电镜检测，比较失流前后样品表面形貌的变化，从而推断粘结失流的发生机理。通过影响粘结失流因素的研究发现：铁矿粉流态化还原过程中，存在一个特定的温度即开始粘结失流温度，在此温度以下不发生粘结失流。并且温度越高，越容易发生粘结失流。还原气浓度越高，发生粘结失流的趋势越大。且还原气种类对粘结失流的影响较大，H₂还原巴西矿粉时只有在1123K的高温才发生粘结失流，而CO还原在923K时就能发生粘结失流。用CO还原时，在一定粒径范围内，矿粉粒径越大越容易发生粘结失流；而用H₂还原时，矿粉粒径越小越容易发生粘结失流。通过对比各操作条件下发生粘结失流前后样品表面形貌的差异，发现两种不同类型的粘结失流现象：一种是由于CO还原时铁晶须的相互连接引起的；另一种是由于H₂还原时生成的铁在高温下发生软化甚至融化而引起的。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
1 绪论  8-20
  1.1 引言  8
  1.2 流态化技术在炼铁方面的应用  8-13
    1.2.1 H-IRON  9
    1.2.2 NU-IRON 和 HIB  9-10
    1.2.3 FIOR  10-11
    1.2.4 NOVALFER  11-12
    1.2.5 FINMET  12
    1.2.6 FINEX  12-13
  1.3 流态化还原技术的应用前景分析  13-15
  1.4 铁矿粉流态化还原过程中的粘结失流研究现状  15-19
    1.4.1 粘结失流的发生机理  15-16
    1.4.2 影响粘结失流的因素  16-18
    1.4.3 抑制粘结失流的措施  18-19
  1.5 研究背景和内容  19-20
    1.5.1 研究背景  19
    1.5.2 研究内容  19-20
2 铁矿石还原的热力学与动力学  20-26
  2.1 铁矿石还原热力学  20-23
    2.1.1 CO 还原铁矿石热力学分析  20-21
    2.1.2 H_2还原铁矿石热力学分析  21-22
    2.1.3 CO、H_2还原铁矿石的比较  22-23
  2.2 铁矿石还原动力学  23-26
3 粘结失流影响因素的研究  26-44
  3.1 实验方案  26-27
  3.2 实验原料  27-28
  3.3 实验设备与实验介绍  28-29
  3.4 实验结果与分析  29-42
    3.4.1 温度对粘结失流的影响  29-32
    3.4.2 还原气成分对粘结失流的影响  32-35
    3.4.3 矿粉粒度对粘结失流的影响  35-41
    3.4.4 矿粉还原度与粘结失流的关系  41-42
  3.5 小结  42-44
4 粘结失流机理的研究  44-58
  4.1 实验方案  44
  4.2 实验原料  44
  4.3 实验设备与实验介绍  44-45
  4.4 实验结果与讨论  45-57
  4.5 小结  57-58
5 结论与展望  58-60
  5.1 结论  58
  5.2 展望  58-60
致谢  60-61
参考文献  61-63

铁矿粉流态化还原过程中的粘结失流研究

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