含鐵粉塵碳酸化球團固結(jié)機理研究

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1、萬方數(shù)據(jù)分類號UDC密級學(xué)位論文含鐵粉塵碳酸化球團固結(jié)機理研究作者姓名：石焱J_i‘k．——。_“指導(dǎo)教師：張玉柱教授．東北大學(xué)材料與冶金學(xué)院申請學(xué)位級別：博士學(xué)科類別：工學(xué)學(xué)科專業(yè)名稱：鋼鐵冶金論文提交日期：2013年12月論文答辯日期：2014年3月16日學(xué)位授予日期：答辯委員會主席：評閱人：東北大學(xué)2013年12月萬方數(shù)據(jù)ADissertationinFerrousMetallurgyStudyonConsolidationMechanismofCarbonationPelletswithFerrou

2、sDustBySHIYanSupervisor：ProfessorZHANGYuzhuNortheasternUniversityDecember2013萬方數(shù)據(jù)獨創(chuàng)性聲明本人聲明，所呈交的學(xué)位論文是在導(dǎo)師的指導(dǎo)下完成的。論文中取得的研究成果除加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人己經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包括本人為獲得其他學(xué)位而使用過的材料。與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻均己在論文中作了明確的說明并表示謝意。學(xué)位論文作者簽名：聲文，日期：劫Iv．年．tO學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者和

3、指導(dǎo)教師完全了解東北大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定：即學(xué)校有權(quán)保留并向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交論文的復(fù)印件和磁盤，允許論文被查閱和借閱。本人同意東北大學(xué)可以將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進行檢索、交流。作者和導(dǎo)師同意網(wǎng)上交流的時間為作者獲得學(xué)位后：半年口一年口一年半口兩年口導(dǎo)師簽名：簽字日期：杉h力辱諺^紿～萬方數(shù)據(jù)東北大學(xué)博士學(xué)位論文摘要含鐵粉塵碳酸化球團固結(jié)機理研究摘要隨著我國鋼鐵產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和鋼產(chǎn)量的不斷攀升，含鐵粉塵作為鋼鐵生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的大宗固體廢棄物，其合理、有效的再資源化利用技術(shù)的開發(fā)

4、和應(yīng)用已成為關(guān)系到我國資源、環(huán)保和經(jīng)濟長遠協(xié)調(diào)發(fā)展的關(guān)鍵問題。碳酸化固結(jié)法在諸多含鐵粉塵綜合利用方法中具有不可比擬的優(yōu)勢，然而由于碳酸化反應(yīng)速率緩慢、生產(chǎn)的球團礦強度低使其大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用面臨巨大困難。本文在含鐵粉塵中配加適量活性石灰作為粘結(jié)劑，經(jīng)混合造球后進行碳酸化固結(jié)實驗，通過研究含鐵粉塵球團質(zhì)量及碳酸化特性，確定含鐵粉塵碳酸化固結(jié)的工藝條件和手段；通過碳酸化球團的微觀結(jié)構(gòu)特征和反應(yīng)動力學(xué)研究，揭示碳酸化球團的固結(jié)機理和反應(yīng)機制，為提高含鐵粉塵碳酸化球團礦強度和碳酸化固結(jié)生產(chǎn)效率提供理論依據(jù)。具體研究結(jié)

5、果如下：通過對不同工藝條件下的含鐵粉塵球團強度、粒徑分布、碳酸化轉(zhuǎn)化率、孔隙度等特性進行實驗研究得到生球制各的最佳工藝參數(shù)：CaO配比為25％，生球含水量為11．5％，造球時間為20min，生球直徑為10～12．5mm；碳酸化球團的最佳反應(yīng)過程參數(shù)：反應(yīng)溫度為8000C，氣體流速為2L·min～，C02氣體分壓為101kPa，反應(yīng)時間為20min。借助光學(xué)顯微鏡、場發(fā)射電子顯微鏡、x射線衍射分析儀、壓汞儀和分形理論對含鐵粉塵球團進行微觀結(jié)構(gòu)研究結(jié)果表明，隨著CaO含量升高、造球時間延長，生球中Ca(OH)2

6、凝膠作用增強，生球結(jié)構(gòu)致密性提高，孔隙度逐步降低，臨界孔徑、最可幾孔徑、孔徑分布向小孔徑方向發(fā)展，孔結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度增加，分形維數(shù)增大；提高反應(yīng)溫度和C02分壓，CaC03微晶明顯增加，使碳酸化球團結(jié)構(gòu)致密，臨界孔徑、最可幾孔徑、孔徑分布向小孔方向遷移，孔隙度下降，孔結(jié)構(gòu)趨于規(guī)則和簡單化，分形維數(shù)降低，COz氣體在球團內(nèi)的擴散逐漸以努森擴散為主。通過碳酸化反應(yīng)熱重實驗和未反應(yīng)收縮核模型進行動力學(xué)研究表明，降低原料中CaO配比和試樣孔隙度，提高反應(yīng)溫度和C02氣體分壓，碳酸化反應(yīng)的有效擴散系數(shù)和化學(xué)反應(yīng)速率常數(shù)增

7、大，內(nèi)擴散阻力和化學(xué)反應(yīng)阻力減小，反應(yīng)氣體在產(chǎn)物層的擴散速率和化學(xué)反應(yīng)速率加快，整個碳酸化反應(yīng)速率提高；碳酸化反應(yīng)過程可分為兩個階段：第一階段內(nèi)碳酸化反應(yīng)快速進行，氣體內(nèi)擴散阻力率較小，而化學(xué)反應(yīng)阻力率較大，化學(xué)反應(yīng)是限制性環(huán)節(jié)：第二階段內(nèi)隨著反應(yīng)的進行，形成的CaC03產(chǎn)物摩爾體積增大導(dǎo)萬方數(shù)據(jù)東北大學(xué)博士學(xué)位論文摘要致孔隙堵塞，限制了CO：氣體的內(nèi)擴散，內(nèi)擴散阻力率較大，化學(xué)反應(yīng)阻力率相對較小，CaO轉(zhuǎn)化率略有提高，但反應(yīng)速率緩慢，內(nèi)擴散成為限制性環(huán)節(jié)。關(guān)鍵詞：含鐵粉塵：生球：碳酸化球團；固結(jié)機理：分形

8、維數(shù)；碳酸化轉(zhuǎn)化率；未反應(yīng)收縮核模型II萬方數(shù)據(jù)東北大學(xué)博士學(xué)位論文AbstractStudyonConsolidationMechanismofCarbonationPelletswithFerrousDustAbstractWiththedevelopmentofChineseironandsteelindustry,thesteeloutputisrampingupcontinually．Asalargea