發(fā)布時(shí)間：2020-10-25 04:14

　　 轉(zhuǎn)底爐處理含碳球團(tuán)工藝可用于處理鐵礦石(粉),也可用于處理冶金企業(yè)的含鐵粉塵,特別是處理鋼鐵企業(yè)的含鋅含鐵粉塵具有明顯的優(yōu)勢(shì)。轉(zhuǎn)底爐處理含碳球團(tuán)工藝的關(guān)鍵是固體碳還原鐵氧化物,由于處理原料的不同,含鐵原料中的鐵氧化物的存在方式也不同,還原動(dòng)力學(xué)及其機(jī)理也不同,論文針對(duì)三種轉(zhuǎn)底爐含碳球團(tuán)工藝處理的物料(即鐵精礦、含鋅鋼鐵粉塵及銅渣)開(kāi)展理論與實(shí)驗(yàn)研究,探討不同還原物料在轉(zhuǎn)底爐中的還原機(jī)制,為轉(zhuǎn)底爐處理不同含鐵原料的還原工藝參數(shù)的制定提供理論依據(jù)。首先針對(duì)不同物料的含碳球團(tuán)還原過(guò)程進(jìn)行了熱力學(xué)分析,熱力學(xué)計(jì)算表明:Fe2SiO4物相用C直接還原,開(kāi)始溫度為807℃,比FeO的開(kāi)始溫度高100℃左右,用CO還原Fe2SiO4時(shí),氣相中CO含量大于86%,才能將Fe2SiO4還原至Fe;含鋅粉塵中的ZnO物相的還原,C直接還原時(shí),當(dāng)溫度超過(guò)880℃后,碳?xì)饣�反�?yīng)的CO濃度就可超過(guò)了ZnO還原所需的濃度,此時(shí)ZnO的C直接還原轉(zhuǎn)化為借助碳?xì)饣�反�?yīng)的間接還原來(lái)進(jìn)行。鑒于鐵精礦、含鋅鋼鐵粉塵及銅渣中含鐵物相的基本組成為氧化鐵、氧化亞鐵和鐵橄欖石等,本文對(duì)化學(xué)純的Fe2O3、FeO、2FeO·SiO2進(jìn)行了固體碳還原的熱重分析實(shí)驗(yàn),探究了這三類純物質(zhì)的還原控制機(jī)理,為后續(xù)鐵精礦、含鋅鋼鐵粉塵及銅渣動(dòng)力學(xué)研究提供了依據(jù)。根據(jù)轉(zhuǎn)底爐工藝的特點(diǎn),利用實(shí)驗(yàn)室高溫電爐對(duì)轉(zhuǎn)底爐工藝進(jìn)行了熱態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)研究,通過(guò)正交實(shí)驗(yàn),研究了不同工藝參數(shù)(即:溫度、C/O比、還原劑等因素)對(duì)含碳球團(tuán)還原的影響,結(jié)果表明:還原劑種類對(duì)銅渣含碳球團(tuán)的還原影響最大,還原溫度對(duì)鐵精礦和含鋅鋼鐵粉塵含碳球團(tuán)的還原影響最大,在相同條件下,不同物料含碳球團(tuán)的終止還原度分別是,鐵精礦70.1%、含鋅鋼鐵粉塵54.1%、銅渣49.4%,據(jù)此可以判定銅渣的還原難度最大,含鋅鋼鐵粉塵次之,鐵精礦的還原難度最小。在動(dòng)力學(xué)研究部分,采用相繼反應(yīng)模型,通過(guò)高溫還原實(shí)驗(yàn),求算出鐵精礦和含鋅鋼鐵粉塵含碳球團(tuán)還原反應(yīng)的活化能分別是179.8 KJ/mol和261.3KJ/mol,還原反應(yīng)的控速環(huán)節(jié)均為碳的氣化反應(yīng);銅渣含碳球團(tuán)還原反應(yīng)的活化能為373.6 KJ/mol,還原反應(yīng)的控速環(huán)節(jié)為界面或局部化學(xué)反應(yīng)。本文論述了典型原料的還原過(guò)程,涉及鐵精礦煤基直接還原、冶金粉塵回收利用和其他冶金原料處理等內(nèi)容,通過(guò)對(duì)比分析,可深化轉(zhuǎn)底爐處理含碳球團(tuán)還原的基礎(chǔ)性研究,同時(shí)對(duì)實(shí)踐應(yīng)用具有指導(dǎo)意義。
【學(xué)位單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2017
【中圖分類】：TF046.6
【文章目錄】：
中文摘要
英文摘要
1 緒論
    1.1 轉(zhuǎn)底爐用于鐵精礦的煤基還原工藝
        1.1.1 轉(zhuǎn)底爐Fastmet和Fastmelt工藝
        1.1.2 轉(zhuǎn)底爐Inmetco和Redsmelt工藝
        1.1.3 轉(zhuǎn)底爐Comet工藝
        1.1.4 Itmk3和CHARP工藝
        1.1.5 DRyIron工藝
    1.2 轉(zhuǎn)底爐處理鋼鐵冶金含鋅粉塵工藝
        1.2.1 物理法處理工藝
        1.2.2 濕法處理工藝
        1.2.3 火法處理工藝
        1.2.4 轉(zhuǎn)底爐處理工藝特點(diǎn)
    1.3 轉(zhuǎn)底爐工藝處理銅渣的研究
    1.4 含碳球團(tuán)還原過(guò)程中的化學(xué)反應(yīng)
        1.4.1 含碳球團(tuán)自還原的化學(xué)反應(yīng)
        1.4.2 含碳球團(tuán)自還原特性
        1.4.3 氣氛對(duì)含碳球團(tuán)“自還原”性的影響
    1.5 含碳球團(tuán)還原鐵氧化物的動(dòng)力學(xué)研究
        1.5.1 碳的氣化速度控制論
        1.5.2 傳熱速度控制論
        1.5.3 擴(kuò)散控制論
        1.5.4 碳的氣化速度和CO還原氧化鐵反應(yīng)速度共同控制論
        1.5.5 傳熱速度和CO還原氧化鐵反應(yīng)速度共同控制論
        1.5.6 擴(kuò)散和CO還原氧化鐵反應(yīng)速度共同控制論
    1.6 含碳球團(tuán)還原氧化鋅的研究
    1.7 研究目的
    1.8 研究?jī)?nèi)容
2 熱力學(xué)分析
    2.1 鐵精礦含碳球團(tuán)還原的熱力學(xué)分析
        2.1.1 鐵精礦的原料特點(diǎn)
        2.1.2 鐵氧化物的間接還原熱力學(xué)
        2.1.3 鐵氧化物的直接還原熱力學(xué)
    2.2 含鋅鋼鐵粉塵還原的熱力學(xué)分析
        2.2.1 含鋅粉塵的原料特點(diǎn)
        2.2.2 鋅及其氧化物的物理化學(xué)性質(zhì)
        2.2.3 鋅氧化物的間接還原熱力學(xué)
        2.2.4 鋅氧化物的直接還原熱力學(xué)
    2.3 銅渣處理的熱力學(xué)分析
        2.3.1 原料特點(diǎn)
2SiO₄還原的間接還原熱力學(xué)'>        2.3.2 Fe₂SiO₄還原的間接還原熱力學(xué)
2SiO₄還原的直接還原熱力學(xué)'>        2.3.3 Fe₂SiO₄還原的直接還原熱力學(xué)
    2.4 本章小結(jié)
3 不同鐵氧化物含碳球團(tuán)的熱重實(shí)驗(yàn)研究
    3.1 實(shí)驗(yàn)儀器及實(shí)驗(yàn)方法
        3.1.1 實(shí)驗(yàn)原料
        3.1.2 實(shí)驗(yàn)裝置及方法
        3.1.3 熱重實(shí)驗(yàn)的相關(guān)計(jì)算
    3.2 結(jié)果與討論
2O₃含碳球團(tuán)的還原過(guò)程'>        3.2.1 Fe₂O₃含碳球團(tuán)的還原過(guò)程
        3.2.2 FeO含碳球團(tuán)的還原過(guò)程
2SiO₄含碳球團(tuán)的還原過(guò)程'>        3.2.3 Fe₂SiO₄含碳球團(tuán)的還原過(guò)程
        3.2.4 不同鐵氧化物還原過(guò)程的對(duì)比分析
    3.3 本章小節(jié)
4 含碳球團(tuán)還原過(guò)程影響因素的實(shí)驗(yàn)研究
    4.1 實(shí)驗(yàn)原料及實(shí)驗(yàn)條件
        4.1.1 實(shí)驗(yàn)原料
        4.1.2 實(shí)驗(yàn)裝置及實(shí)驗(yàn)條件
    4.2 鐵精礦含碳球團(tuán)還原過(guò)程影響因素的研究
        4.2.1 還原劑種類的影響
        4.2.2 配碳量的影響
        4.2.3 溫度的影響
    4.3 含鋅鋼鐵粉塵含碳球團(tuán)還原過(guò)程影響因素的研究
        4.3.1 還原劑種類的影響
        4.3.2 配碳量的影響
        4.3.3 溫度的影響
    4.4 銅渣含碳球團(tuán)還原過(guò)程影響因素的研究
        4.4.1 還原劑種類的影響
        4.4.2 配碳量的影響
        4.4.3 溫度的影響
    4.5 本章小結(jié)
5 不同含碳球團(tuán)還原的控制機(jī)理
    5.1 實(shí)驗(yàn)介紹
    5.2 限制環(huán)節(jié)方程的確定
    5.3 鐵精礦含碳球團(tuán)還原反應(yīng)限制性環(huán)節(jié)的分析
    5.4 含鋅鋼鐵粉塵含碳球團(tuán)還原反應(yīng)限制性環(huán)節(jié)的分析
    5.5 銅渣含碳球團(tuán)還原反應(yīng)限制性環(huán)節(jié)的分析
    5.6 本章小結(jié)
6 結(jié)論
致謝
參考文獻(xiàn)

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