氫氣還原鐵氧化物膨脹性能研究
發(fā)布時間：2021-01-03 21:27
球團礦較高的還原膨脹率一直對其入爐比例造成影響,為探究球團礦還原過程中產生惡性膨脹的問題,本論文利用第一性原理計算軟件,對鐵氧化物還原過程的產物進行晶胞體積的計算,比較不同還原產物的體積變化;采用還原氣H2對純試劑Fe2O3壓條進行還原實驗,使用PCY-G膨脹儀進行在線檢測,通過對比不同還原溫度、還原時間和焙燒溫度條件下還原產物的外觀形貌與顯微結構,解釋還原反應產生膨脹差異的原因。研究結果表明:不同鐵氧化物的晶胞類型和結構性質差異很大,在0K溫度和晶胞緊密堆積的情況下,隨著氧含量的降低,從Fe2O3轉化到Fe3O4體積減小2.02%,從Fe3O4轉化到FeO體積減小19.78%,從FeO轉化到Fe體積減小43.77%。隨著還原溫度的升高,達到最高膨脹量所用時間逐漸縮短,試樣的還原膨脹量呈現先增加后減小的趨勢,其中800℃溫度下樣條膨脹值最高為668um,膨脹率為3.06%;900℃膨脹值急劇...
【文章來源】：內蒙古科技大學內蒙古自治區(qū)
【文章頁數】：67 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
氣體壓力理論示意圖
（2）碳沉積理論：研究發(fā)現在還原溫度比較低的情況下（即 600℃以下），CO 發(fā)生分解并生成碳，碳在球團礦內部發(fā)生沉積，導致球團礦體積膨脹甚至粉化。示意圖如圖1-6 所示。圖1-6 碳沉積理論示意圖Wiberg[38]在用 CO 進行還原實驗時發(fā)現，在 1000℃溫度下，被還原出金屬鐵的組成中存在碳含量約 0.8～0.9%的奧氏體。他認為在該溫度條件下發(fā)生析碳反應，所產生的碳能快速地在奧氏體與浮氏體之間擴散，還原反應會利用碳進行，生成的 CO 和 CO2能夠打破外部鐵層，這樣使得還原膨脹繼續(xù)發(fā)生，而當使用 H2氣體進行還原實驗時，仍然會發(fā)生還原膨脹停滯現象。
（3）鐵晶須膨脹理論：研究發(fā)現在浮士體還原成金屬鐵的階段，反應界面會生成纖維狀的鐵相，并非致密的鐵層使得顆粒產生大量孔隙，這有利于還原反應的迅速進行，導致球團礦體積膨脹。示意圖如圖1-7 所示。圖1-7 鐵晶須理論示意圖（4）堿金屬膨脹理論：研究發(fā)現在有堿金屬（K、Na 等）存在的條件下金屬鐵析出增強，這種高速析出易導致球團膨脹加劇。漆光瑯[29]利用包頭精礦進行壓團并在 900℃溫度下做定溫還原實驗儀探討 K、Na、F、Ca 對球團膨脹性的影響，他將球團膨脹分為三類：正常膨脹（RSI<20%），異常膨脹（20%<RSI<100%）和惡性膨脹（RSI>100%）。實驗發(fā)現堿金屬對球團膨脹的影響與其所在礦石結構和所成堿度有關，其中以碳酸鹽、硅酸鹽的形式加入的 K、Na 會通過破壞 Fe2O3晶格致使球團發(fā)生惡性膨脹；以霓石的形式加入的 Na 會導致球團在還原過程中產生低熔點化合物，影響球團的強度而產生膨脹；以鉀板巖的形式加入的 K 對球團基本沒有影響；F 的揮發(fā)和 Ca 的添加都會影響球團堿度，造成球團產生惡性膨脹。1.3.2 國內外研究現狀鐵礦球團還原膨脹的研究除了對以上幾種理論進行深化討論外，應該利用純鐵氧化物還原過程中晶格結構的變化作為理論研究的前提
【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于最小Gibbs自由能原理的鐵氧化物氣固還原熱力學研究[J]. 李彬,郭漢杰,郭靖,孫貫永. 工程科學學報. 2017(11)
[2]SiO2對鎂質酸性球團性能的影響[J]. 李杰,韓闖闖,楊愛民,劉衛(wèi)星,張玉柱,劉連繼. 鋼鐵研究學報. 2017(11)
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[4]新世紀我國球團礦生產技術現狀及發(fā)展趨勢[J]. 許滿興,張玉蘭. 燒結球團. 2017(02)
[5]MgO對Fe2O3壓團還原過程鐵氧化物晶格結構的影響[J]. 皮曉東,孫權,羅果萍,賈曉斌. 燒結球團. 2016(06)
[6]“2016年全國煉鐵生產技術會暨煉鐵學術年會”會議紀要[J]. 趙志龍. 中國冶金. 2016(07)
[7]白云鄂博巴潤礦配碳還原動力學研究[J]. 師旭超,趙增武,金永麗. 鋼鐵釩鈦. 2015(06)
[8]焙燒溫度對低硅含鎂球團礦還原膨脹率的影響及機理[J]. 青格勒,吳鏗,劉洪松,員曉,田筠清. 中國有色金屬學報. 2015(10)
[9]球團礦恒溫和升溫直接還原膨脹行為試驗[J]. 白明華,符遠翔. 鋼鐵. 2015(06)
[10]酸性球團還原過程中微觀結構變化研究[J]. 楊廣慶,國宏偉,王春苗,劉衛(wèi)星. 燒結球團. 2015(02)
博士論文
[1]低硅含鎂含鈦球團礦的成礦基礎研究[D]. 青格勒吉日格樂.北京科技大學 2017
[2]離子摻雜與表面結構對氧化鐵（α-Fe2O3）光催化活性影響的第一性原理研究[D]. 潘海軍.東北大學 2016
[3]基于第一性原理的鎳基合金晶界脆化機理的理論研究[D]. 劉文冠.中國科學院研究生院（上海應用物理研究所） 2014
[4]復合粘結劑鐵礦球團氧化焙燒與還原行為研究[D]. 黃艷芳.中南大學 2012
[5]過渡金屬改性鈰基材料電子結構及儲放氧機理研究[D]. 王欣全.天津大學 2009
[6]NiO及相關體系的奇異物性[D]. 張衛(wèi)兵.湘潭大學 2009
碩士論文
[1]3d過渡金屬氧化物電子結構的第一性原理計算[D]. 楊華.天津大學 2013
[2]金屬Cu和Fe晶格結構與熱力學性質的第一性原理計算[D]. 陳春彩.西南交通大學 2012
[3]氣基直接還原豎爐用氧化球團的制備及其冶金特性研究[D]. 吳開基.東北大學 2011
[4]基于Fe3O4半金屬性質的第一性原理研究[D]. 孟靜.燕山大學 2011
本文編號：2955517
【文章來源】：內蒙古科技大學內蒙古自治區(qū)
【文章頁數】：67 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
氣體壓力理論示意圖
（2）碳沉積理論：研究發(fā)現在還原溫度比較低的情況下（即 600℃以下），CO 發(fā)生分解并生成碳，碳在球團礦內部發(fā)生沉積，導致球團礦體積膨脹甚至粉化。示意圖如圖1-6 所示。圖1-6 碳沉積理論示意圖Wiberg[38]在用 CO 進行還原實驗時發(fā)現，在 1000℃溫度下，被還原出金屬鐵的組成中存在碳含量約 0.8～0.9%的奧氏體。他認為在該溫度條件下發(fā)生析碳反應，所產生的碳能快速地在奧氏體與浮氏體之間擴散，還原反應會利用碳進行，生成的 CO 和 CO2能夠打破外部鐵層，這樣使得還原膨脹繼續(xù)發(fā)生，而當使用 H2氣體進行還原實驗時，仍然會發(fā)生還原膨脹停滯現象。
（3）鐵晶須膨脹理論：研究發(fā)現在浮士體還原成金屬鐵的階段，反應界面會生成纖維狀的鐵相，并非致密的鐵層使得顆粒產生大量孔隙，這有利于還原反應的迅速進行，導致球團礦體積膨脹。示意圖如圖1-7 所示。圖1-7 鐵晶須理論示意圖（4）堿金屬膨脹理論：研究發(fā)現在有堿金屬（K、Na 等）存在的條件下金屬鐵析出增強，這種高速析出易導致球團膨脹加劇。漆光瑯[29]利用包頭精礦進行壓團并在 900℃溫度下做定溫還原實驗儀探討 K、Na、F、Ca 對球團膨脹性的影響，他將球團膨脹分為三類：正常膨脹（RSI<20%），異常膨脹（20%<RSI<100%）和惡性膨脹（RSI>100%）。實驗發(fā)現堿金屬對球團膨脹的影響與其所在礦石結構和所成堿度有關，其中以碳酸鹽、硅酸鹽的形式加入的 K、Na 會通過破壞 Fe2O3晶格致使球團發(fā)生惡性膨脹；以霓石的形式加入的 Na 會導致球團在還原過程中產生低熔點化合物，影響球團的強度而產生膨脹；以鉀板巖的形式加入的 K 對球團基本沒有影響；F 的揮發(fā)和 Ca 的添加都會影響球團堿度，造成球團產生惡性膨脹。1.3.2 國內外研究現狀鐵礦球團還原膨脹的研究除了對以上幾種理論進行深化討論外，應該利用純鐵氧化物還原過程中晶格結構的變化作為理論研究的前提
【參考文獻】：
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博士論文
[1]低硅含鎂含鈦球團礦的成礦基礎研究[D]. 青格勒吉日格樂.北京科技大學 2017
[2]離子摻雜與表面結構對氧化鐵（α-Fe2O3）光催化活性影響的第一性原理研究[D]. 潘海軍.東北大學 2016
[3]基于第一性原理的鎳基合金晶界脆化機理的理論研究[D]. 劉文冠.中國科學院研究生院（上海應用物理研究所） 2014
[4]復合粘結劑鐵礦球團氧化焙燒與還原行為研究[D]. 黃艷芳.中南大學 2012
[5]過渡金屬改性鈰基材料電子結構及儲放氧機理研究[D]. 王欣全.天津大學 2009
[6]NiO及相關體系的奇異物性[D]. 張衛(wèi)兵.湘潭大學 2009
碩士論文
[1]3d過渡金屬氧化物電子結構的第一性原理計算[D]. 楊華.天津大學 2013
[2]金屬Cu和Fe晶格結構與熱力學性質的第一性原理計算[D]. 陳春彩.西南交通大學 2012
[3]氣基直接還原豎爐用氧化球團的制備及其冶金特性研究[D]. 吳開基.東北大學 2011
[4]基于Fe3O4半金屬性質的第一性原理研究[D]. 孟靜.燕山大學 2011
本文編號：2955517
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