復(fù)合粘結(jié)劑鐵礦球團(tuán)氧化焙燒與還原行為研究.pdf

1、鐵礦球團(tuán)具有鐵品位高、粒度均勻等優(yōu)點(diǎn)，被越來越多地用于鋼鐵生產(chǎn)。作為制備球團(tuán)不可或缺的原料之一，粘結(jié)劑對球團(tuán)質(zhì)量和生產(chǎn)過程具有重要影響，新型粘結(jié)劑的開發(fā)與應(yīng)用成為高效利用劣質(zhì)鐵礦資源、提高鋼鐵生產(chǎn)效益的重要課題。中南大學(xué)開發(fā)的新型高效有機(jī)-無機(jī)復(fù)合粘結(jié)劑已成功應(yīng)用于直接還原球團(tuán)的生產(chǎn)，但由于缺乏系統(tǒng)的研究，該粘結(jié)劑目前尚未用于氧化球團(tuán)的生產(chǎn)。此外，關(guān)于該粘結(jié)劑對球團(tuán)還原焙燒動(dòng)力學(xué)以及體積膨脹行為的影響及其作用機(jī)制尚不完全清楚。
　

2、　1本論文以膨潤土粘結(jié)劑作為對比，深入研究了復(fù)合粘結(jié)劑對鐵礦球團(tuán)氧化焙燒與還原行為的影響，為復(fù)合粘結(jié)劑在氧化球團(tuán)生產(chǎn)中的應(yīng)用提供理論和技術(shù)依據(jù)，并為完善和發(fā)展復(fù)合粘結(jié)劑球團(tuán)直接還原工藝提供理論指導(dǎo)。本論文的主要結(jié)論和創(chuàng)新點(diǎn)如下:
　　(1)深入研究了復(fù)合粘結(jié)劑物化特性及熱態(tài)行為。研究發(fā)現(xiàn)，復(fù)合粘結(jié)劑中有機(jī)組分和無機(jī)組分的含量分別為75.72％和24.28％，有機(jī)組分是具有芳香結(jié)構(gòu)、帶有羥基、羧基官能團(tuán)的高分子化合物，在加熱過程中，

3、有機(jī)組分發(fā)生系列化學(xué)反應(yīng)，釋放出CO、H2、CO2、CxHv氣體。
　　(2)系統(tǒng)研究了復(fù)合粘結(jié)劑磁鐵精礦球團(tuán)的氧化動(dòng)力學(xué)行為。研究發(fā)現(xiàn)，復(fù)合粘結(jié)劑降低了磁鐵精礦球團(tuán)氧化反應(yīng)的表觀速率常數(shù)，增大了氣體擴(kuò)散阻力。在800℃～1000℃時(shí)，球團(tuán)氧化過程受界面化學(xué)反應(yīng)和內(nèi)擴(kuò)散混合控制，表觀活化能為44.70 kJ/mol;但是溫度超過1000℃時(shí)，球團(tuán)內(nèi)部還原氣氛增強(qiáng)，氧化速率下降。
　　(3)查明了復(fù)合粘結(jié)劑氧化球團(tuán)礦制備的工藝

4、特征，獲得了優(yōu)化的球團(tuán)工藝技術(shù)參數(shù)。與膨潤土粘結(jié)劑相比，復(fù)合粘結(jié)劑用量小、適宜成球水分高;復(fù)合粘結(jié)劑生球干燥速率快，適宜的預(yù)熱和焙燒溫度低。以磁鐵精礦為原料時(shí)，復(fù)合粘結(jié)劑球團(tuán)的預(yù)熱溫度由920℃降低至900℃，焙燒溫度由1250℃降至1220℃。以赤鐵精礦為原料時(shí)，焙燒溫度由1280℃下降至1250℃。
　　(4)深入研究了兩種粘結(jié)劑鐵礦球團(tuán)的還原動(dòng)力學(xué)行為。研究發(fā)現(xiàn)，還原所用球團(tuán)的種類和粘結(jié)劑類型對動(dòng)力學(xué)行為有重要影響。與焙燒球

5、團(tuán)相比，預(yù)熱球團(tuán)的還原速率明顯較高，而且動(dòng)力學(xué)控制特性也顯著不同;雖然復(fù)合粘結(jié)劑不改變球團(tuán)還原過程的控制特性，但可降低還原后期浮氏體轉(zhuǎn)化為金屬鐵的表觀活化能，提高還原速率。
　　采用預(yù)熱球團(tuán)還原，當(dāng)還原度低于50％時(shí)，復(fù)合粘結(jié)劑和膨潤土球團(tuán)的表觀活化能分別為44.02 kJ/mol和38.24 kJ/mol，表明球團(tuán)還原過程受混合控制;當(dāng)還原度大于50％時(shí)，兩種粘結(jié)劑球團(tuán)還原反應(yīng)的表觀活化能分別為16.43 kJ/mol和28.4

6、0 kJ/mol，還原過程受內(nèi)擴(kuò)散控制。
　　采用焙燒球團(tuán)還原，當(dāng)還原度低于50％時(shí)，復(fù)合粘結(jié)劑和膨潤土球團(tuán)的還原均受界面化學(xué)反應(yīng)控制，表觀活化能為47.03 kJ/mol和50.48 kJ/mol;還原度大于50％時(shí)，還原過程受界面化學(xué)反應(yīng)和內(nèi)擴(kuò)散混合控制，表觀活化能為29.67 kJ/mol和39.11 kJ/mol。
　　(5)查明了復(fù)合粘結(jié)劑球團(tuán)的還原膨脹行為。研究結(jié)果表明，以焙燒球團(tuán)為原料時(shí)，兩種粘結(jié)劑球團(tuán)的體積膨

7、脹率均隨著還原溫度的升高逐漸增大，且最大體積膨脹率低于40％。采用預(yù)熱球團(tuán)還原時(shí)，兩種粘結(jié)劑球團(tuán)的體積膨脹率隨溫度的升高和氣氛中CO濃度的增加顯著下降，當(dāng)還原溫度低于1000℃時(shí)，球團(tuán)發(fā)生異常膨脹。
　　(6)揭示了還原過程中球團(tuán)體積異常膨脹機(jī)理。研究表明，球團(tuán)在還原過程中的膨脹行為主要由金屬鐵晶粒的長大模式所決定。
　　預(yù)熱球團(tuán)具有赤鐵礦顆粒結(jié)晶不完善、表面存在晶格缺陷的特點(diǎn)，當(dāng)在較低的溫度下還原時(shí)，在晶格缺陷處優(yōu)先形成少

8、量鐵晶核，隨還原過程的推進(jìn)，金屬鐵在少量鐵晶核上以線性的纖維狀方式長大，導(dǎo)致球團(tuán)發(fā)生異常膨脹;但在較高的溫度下和較強(qiáng)的還原氣氛中還原時(shí)，由于金屬鐵的形成速率加快，鐵晶粒發(fā)生兼并、互連，金屬鐵主要以平面的片狀方式長大，球團(tuán)體積膨脹率降低。
　　焙燒球團(tuán)中的赤鐵礦結(jié)晶完善，表面活性低，還原過程中金屬鐵以層狀形式向球團(tuán)內(nèi)部逐漸推進(jìn)，在還原過程中的體積膨脹主要是由于還原初期Fe2O3向Fe3O4的晶形轉(zhuǎn)變應(yīng)力導(dǎo)致的。在較低的還原溫度下，晶