轉底爐處理含碳球團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。轉底爐處理含碳球團工藝的關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,還原動力學及其機理也不同,論文針對三種轉底爐含碳球團工藝處理的物料(即鐵精礦、含鋅鋼鐵粉塵及銅渣)開展理論與實驗研究,探討不同還原物料在轉底爐中的還原機制,為轉底爐處理不同含鐵原料的還原工藝參數的制定提供理論依據。首先針對不同物料的含碳球團還原過程進行了熱力學分析,熱力學計算表明:Fe2SiO4物相用C直接還原,開始溫度為807℃,比FeO的開始溫度高100℃左右,用CO還原Fe2SiO4時,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,當溫度超過880℃后,碳氣化反應的CO濃度就可超過了ZnO還原所需的濃度,此時ZnO的C直接還原轉化為借助碳氣化反應的間接還原來進行。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,本文對化學純的Fe2O3、FeO、2FeO·SiO2進行了固體碳還原的熱重分析實驗,探究了這三類純物質的還原控制機理,為后續(xù)鐵精礦、含鋅鋼鐵粉塵及銅渣動力學研究提供了依據。根據轉底爐工藝的特點,利用實驗室高溫電爐對轉底爐工藝進行了熱態(tài)模擬實驗研究,通過正交實驗,研究了不同工藝參數(即:溫度、C/O比、還原劑等因素)對含碳球團還原的影響,結果表明:還原劑種類對銅渣含碳球團的還原影響最大,還原溫度對鐵精礦和含鋅鋼鐵粉塵含碳球團的還原影響最大,在相同條件下,不同物料含碳球團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。在動力學研究部分,采用相繼反應模型,通過高溫還原實驗,求算出鐵精礦和含鋅鋼鐵粉塵含碳球團還原反應的活化能分別是179.8 KJ/mol和261.3KJ/mol,還原反應的控速環(huán)節(jié)均為碳的氣化反應;銅渣含碳球團還原反應的活化能為373.6 KJ/mol,還原反應的控速環(huán)節(jié)為界面或局部化學反應。本文論述了典型原料的還原過程,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容,通過對比分析,可深化轉底爐處理含碳球團還原的基礎性研究,同時對實踐應用具有指導意義。
【學位單位】：重慶大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2017
【中圖分類】：TF046.6
【文章目錄】：
中文摘要
英文摘要
1 緒論
    1.1 轉底爐用于鐵精礦的煤基還原工藝
        1.1.1 轉底爐Fastmet和Fastmelt工藝
        1.1.2 轉底爐Inmetco和Redsmelt工藝
        1.1.3 轉底爐Comet工藝
        1.1.4 Itmk3和CHARP工藝
        1.1.5 DRyIron工藝
    1.2 轉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 轉底爐處理工藝特點
    1.3 轉底爐工藝處理銅渣的研究
    1.4 含碳球團還原過程中的化學反應
        1.4.1 含碳球團自還原的化學反應
        1.4.2 含碳球團自還原特性
        1.4.3 氣氛對含碳球團“自還原”性的影響
    1.5 含碳球團還原鐵氧化物的動力學研究
        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 擴散控制論
        1.5.4 碳的氣化速度和CO還原氧化鐵反應速度共同控制論
        1.5.5 傳熱速度和CO還原氧化鐵反應速度共同控制論
        1.5.6 擴散和CO還原氧化鐵反應速度共同控制論
    1.6 含碳球團還原氧化鋅的研究
    1.7 研究目的
    1.8 研究內容
2 熱力學分析
    2.1 鐵精礦含碳球團還原的熱力學分析
        2.1.1 鐵精礦的原料特點
        2.1.2 鐵氧化物的間接還原熱力學
        2.1.3 鐵氧化物的直接還原熱力學
    2.2 含鋅鋼鐵粉塵還原的熱力學分析
        2.2.1 含鋅粉塵的原料特點
        2.2.2 鋅及其氧化物的物理化學性質
        2.2.3 鋅氧化物的間接還原熱力學
        2.2.4 鋅氧化物的直接還原熱力學
    2.3 銅渣處理的熱力學分析
        2.3.1 原料特點
2SiO₄還原的間接還原熱力學'>        2.3.2 Fe₂SiO₄還原的間接還原熱力學
2SiO₄還原的直接還原熱力學'>        2.3.3 Fe₂SiO₄還原的直接還原熱力學
    2.4 本章小結
3 不同鐵氧化物含碳球團的熱重實驗研究
    3.1 實驗儀器及實驗方法
        3.1.1 實驗原料
        3.1.2 實驗裝置及方法
        3.1.3 熱重實驗的相關計算
    3.2 結果與討論
2O₃含碳球團的還原過程'>        3.2.1 Fe₂O₃含碳球團的還原過程
        3.2.2 FeO含碳球團的還原過程
2SiO₄含碳球團的還原過程'>        3.2.3 Fe₂SiO₄含碳球團的還原過程
        3.2.4 不同鐵氧化物還原過程的對比分析
    3.3 本章小節(jié)
4 含碳球團還原過程影響因素的實驗研究
    4.1 實驗原料及實驗條件
        4.1.1 實驗原料
        4.1.2 實驗裝置及實驗條件
    4.2 鐵精礦含碳球團還原過程影響因素的研究
        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還原過程影響因素的研究
        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 銅渣含碳球團還原過程影響因素的研究
        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
5 不同含碳球團還原的控制機理
    5.1 實驗介紹
    5.2 限制環(huán)節(jié)方程的確定
    5.3 鐵精礦含碳球團還原反應限制性環(huán)節(jié)的分析
    5.4 含鋅鋼鐵粉塵含碳球團還原反應限制性環(huán)節(jié)的分析
    5.5 銅渣含碳球團還原反應限制性環(huán)節(jié)的分析
    5.6 本章小結
6 結論
致謝
參考文獻

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