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高炉炼铁工艺发展至今在技术方面已趋于成熟,但在原料资源、环境影响等方面的问题也日益凸现,非高炉炼铁工艺成为近年来广泛研究的课题之一。
本工作在前人研究的基础上,提出了铁矿微粉低温输送预还原的新工艺方法,并通过实验对新工艺的可行性进行了探讨。
作者设计制作了一套还原反应装置,由密封式微型螺旋给料器、加热炉、反应器、防氧化收集器等部分组成,并在此基础上运用单因素及正交设计进行了铁矿微粉低温预还原工艺实验,实验分别考虑了气固比、还原时间、炉温、矿粉粒径、还原剂成分等参数对矿粉还原率的影响,通过实验对工艺参数进行了优化,并对快速输送还原过程中样品附碳行为进行了探讨。
实验结果表明了铁矿微粉低温输送预还原的可行性,粒径为16.35μm和1.84μm的两种矿粉在炉温700℃、还原时间240s、气固比3.6Nl/g条件下用纯氢还原时,其还原率分别为70.16%及77.90%。氢气作为还原剂时,升高温度(500~700℃)可明显提高铁矿粉的还原率。而一氧化碳作为还原剂时,升高温度并不能有效提高铁矿粉的还原率。当采用氢气与一氧化碳混合气体作为还原剂时,500℃条件下改变还原气成分对还原率影响不明显;而在700℃条件下,还原气中一氧化碳含量的增加可显著降低铁矿粉的还原率。另外,细矿粉由于其较大的比表面积,其还原率要稍优于粒径较粗的矿粉。
对还原样品进行X射线衍射分析表明,样品中已有大量金属铁生成。对样品进行扫描电镜分析,结果发现还原后样品颗粒表面形成了密集的细小孔洞,铁矿粉颗粒中的氧原子已经脱离了原来位置,原料中的氧化铁已被大量还原为金属铁。
样品附碳行为研究表明:虽然本次实验还原时间较短,但样品还是有少量附碳发生;一氧化碳在较低温度(500℃)下更容易发生析碳,还原气中添加少量的氢气也可显著提高析碳反应速率。
作者还进行了不锈钢电炉粉尘热态还原的探索性试验,结果表明:在700℃、气固比2.7Nl/g、纯氢还原300s,其还原率最高,可以达到64.30%,验证了粉尘低温输送预还原工艺在钢铁厂粉尘回收利用上的可行性。