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1、太原理工大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文含碳鉻鐵礦粉微波加熱體還原熱力學(xué)及動力學(xué)研究摘要我國鉻鐵礦資源非常貧乏，進口依存度已達到95％。隨著世界上鉻鐵礦資源的增量開采，適合冶金要求的塊礦逐年減少，而粉礦逐年增加。據(jù)報道，目前世界上鉻鐵礦年開采量已達到1700萬噸，其中粉礦(粒度<8ram)已占到3／4，而塊礦僅占到1／4。因此，研究價格便宜的用鉻鐵礦粉生產(chǎn)鉻鐵的工藝流程就具有重大的意義。目前，用粉狀鉻鐵礦冶煉鉻鐵的方法有直接入爐冶煉和預(yù)處理冶煉兩大類。直接入爐冶煉有礦熱爐冶煉和等離子爐冶煉兩種工藝；預(yù)處理冶煉則有燒結(jié)、
2、球團和壓塊三種工藝。等離子技術(shù)的優(yōu)點是可以直接利用細粉原料和廉價的碳質(zhì)還原劑生產(chǎn)高碳鉻鐵，美國、南非、英國等相繼研制出了各種等離子爐，有的已進入了工業(yè)應(yīng)用階段。但是現(xiàn)在，在工業(yè)上大規(guī)模應(yīng)用等離子爐還存在著諸如等離子槍壽命短、能耗高等技術(shù)問題，且該工藝在生產(chǎn)中碳、低碳鉻鐵中受到限制。鉻鐵礦粉經(jīng)過燒結(jié)、球團和壓塊等制備工藝預(yù)處理后，可用于傳統(tǒng)的礦熱爐或高爐冶煉碳素鉻鐵，但其造塊規(guī)模和設(shè)備更新受到嚴(yán)格限制。燒結(jié)鉻鐵礦具有強度高、透氣性好、還·原性好等優(yōu)點，但因燒結(jié)工藝基建投資大、能源消耗高，且污染環(huán)境，使得鉻鐵礦粉
3、的應(yīng)用技術(shù)也受到很大限制。用鉻鐵礦石直接還原合金化，雖然可以大幅度降低生產(chǎn)成本，加快還原進程，但鉻鐵礦原料需要一定的粒度，冶煉中無法使用細粉礦。從20世紀(jì)80年代以來，我國對鉻鐵礦粉的太原理工大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文利用技術(shù)進行了人量研究，但是如何找到一種較好的方法利用鉻鐵礦粉生產(chǎn)鉻鐵或者含鉻鐵水，尤其是含碳低的鉻鐵，仍然是冶金工作者所面臨的一項重要研究課題。微波是一種特殊的電磁波，其頻率范圍為300MI-Iz～300GHz(波長在lOOcm～lmm)，位于電磁波譜的紅外輻射(光波)和無線電波之間。微波的基本性
4、質(zhì)與太陽光相似，波速與光速(3×108米／秒)相同。微波對粉礦具有明顯的加熱效應(yīng)，和傳統(tǒng)加熱方法相比，其具有如下特點：(1)體積性加熱；(2)選擇性加熱；(3)非接觸性加熱；(4)即時性加熱；(5)無污染性加熱。微波能是一種輻射型加熱能源，其顯著的優(yōu)點是可以實現(xiàn)對冶金粉狀物料進行快速選擇性體加熱，它不依靠物料顆粒之間傳遞熱量，而是依靠物料自身的介電性質(zhì)轉(zhuǎn)換微波能量，產(chǎn)生熱量，從而消除了傳統(tǒng)加熱方式所帶來的粉狀物料傳熱傳質(zhì)不均勻的現(xiàn)象。利用微波體加熱特性和含碳鉻鐵礦粉自還原特性，在半封閉系統(tǒng)中采用微波加熱，可以
5、實現(xiàn)含碳鉻鐵礦粉的快速還原，獲得一定金屬化率的海綿鉻鐵。本文選取了印度鉻鐵礦粉、無煙煤粉和鈣質(zhì)石灰粉所配置的含碳鉻鐵礦粉為實驗物料，在微波加熱功率10kW、混合物料質(zhì)量lkg的條件下，在溫度分別為1000℃、1100。C、1200℃、1300℃(大氣壓力下且無保護氣氛)時，使用20kW可調(diào)式微波冶金實驗爐，在頻率2．45GHz微波場中，對比分析了不同配碳比含碳鉻鐵礦粉的升溫特性，并對其熱力學(xué)及動力學(xué)規(guī)律進行了深入的研究。實驗結(jié)果表明：在本文實驗條件下，變化含碳鉻鐵礦粉的配碳比(C：O近似為O．8561、0．9
6、527、1．1213)。隨著配碳比的逐漸提高，微波加熱含II太原理1=人學(xué)碩十研究生學(xué)位論文碳鉻鐵礦粉的升溫速率隨之有所提高。當(dāng)物料加熱到1200。C時，其升溫速率分別為66．67。C／min·kg、80．00*C／min‘kg、85．71"C／min·蠔；固定配加5％的鈣質(zhì)石灰粉后，然后變化含碳鉻鐵礦粉的配碳比(C：O近似為O．842、1．1941、1．5941)。配加鈣質(zhì)石灰粉后，在低配碳比下，物料初始的升溫速率有所下降。但隨著配碳比的逐漸提高，物料總體的升溫速率亦隨之有所提高。當(dāng)物料加熱到1100。C時
7、，其升溫速率分別為73．33。C／min·埏、68．75。C／min’kg、91．66。C／min·kg。含碳鉻鐵礦粉在頻率2．45GHz微波場中具有良好的升溫特性，其升溫速率方程可以近似表達為：T=at十6(第一階段)和r=(“+d)“2(第二階段)；含碳鉻鐵礦粉易為微波加熱體還原。在C：O原子摩爾比為O．842、CaO：Si02分子摩爾比為0．3939的條件下，微波加熱還原含碳鉻鐵礦粉在1000。C、1100℃、1200℃、1300℃時的升溫速率分別為62．5℃／rain、68．75℃／min、70．59
8、"C／min、72．22。C／min。微波加熱含碳鉻鐵礦粉固．固相體還原反應(yīng)的反應(yīng)級數(shù)為一級，反應(yīng)的表觀活化能為51．48kJ／mol，CO氣體在礦．煤介電顆粒間產(chǎn)物層中的傳質(zhì)是整個還原反應(yīng)的速度限制性環(huán)節(jié)。關(guān)鍵詞：含碳鉻鐵礦粉，微波加熱，體還原，升溫特性，熱力學(xué)，動力學(xué)III太原理工大學(xué)碩十研究生學(xué)位論文RESEARCHONTHERMODYNAMICSANDKINETICSOFCARBON．CON
