球團理論與工藝

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1、11.球團礦直接還原11.1概述1）概念①直接還原法——鐵氧化物用還原劑在低于其熔點的溫度下還原為金屬鐵的過程，產品也為固態(tài)DR產品：直接還原鐵、海綿鐵、預還原鐵②含鐵原料高品位塊礦、粉礦精粉球團礦：氧化球團礦、預熱球團、冷固球團③直接還原鐵的用途*含鐵低（40～70%），脈石>5%，進高爐（金屬鐵↑10%，焦比下降5～6%，生產率提高5～9%）*含鐵高（>90%），脈石<5%，進電爐煉鋼2）生產直接還原鐵的意義①電爐煉鋼短流程發(fā)展②廢鋼數量、質量滿足不了要求③電爐中添加DRI煉鋼具有優(yōu)越性*冶煉

2、周期縮短一半*產量↑45%*耐火材料、電極和氧氣消耗↓3）發(fā)展過程*歷史100多年*DRI超過40種，生產廠家超過100家*氣基法（希爾法、Midrex法），煤基回轉窯法11.2球團還原機理及結構變化11.2.1球團礦還原機理1）還原方法鐵氧化物球團礦，或任何顆粒被H2或CO還原時，在還原劑作用下，呈逐級性和帶狀發(fā)展①逐級性的發(fā)生還原反應Fe2O3→Fe3O4→FeO→Fe（>570℃）Fe2O3→Fe3O4→Fe（<570℃）②呈帶狀發(fā)展*反應速率服從未反應核模型*先接觸還原劑先還原，使還原反應

3、逐漸向核心推進*球團礦還原時，先還原的金屬外殼不斷增厚注：若球團礦粒徑小，孔隙率高或內配還原劑時，還原方式僅具有逐級性而無明顯的呈帶性2)氣體還原劑還原鐵氧化物的反應機理①在氣固相界上產生相界反應還原速度快，外表層形成多孔金屬鐵殼時，還原氣體在固相層內擴散，在FexO/Fe界面上，浮氏體被還原FexO+CO(H2)→Fe+CO2(H2O)②在固體反應物相界上及其內部由于金屬鐵離子向較高含氧量區(qū)域擴散而產生固相反應，如Fe2+向被還原的鐵氧化物內擴散，使之價降低Fe3O4+Fe2++2e→4FexO

4、4Fe2O3+Fe2++2e→3Fe3O43）還原劑為固體燃料時①向回轉窯內噴煤還原，煤單獨加入（煤基回轉窯DR）還原模式服從未反應核模型2C+O2=2COC+O2=CO2CO2+C=2COCO+FexO=Fe+CO2(Fe2O3→Fe3O4→FexO)還原反應由顆粒表面呈帶狀向中心發(fā)展即表層——Fe次層——FexO再次層——Fe3O4核心——Fe2O3未反應核模型—以間接還原為主體，被還原的固體顆粒呈帶狀從表層向核心發(fā)展，稱之為鐵氧化物的未反應核模型②煤內配入球團礦內，然后在回轉窯內單獨加煤焙燒

5、還原——即內配C球團煤基回轉窯還原服從體積反應模型——即球團外部的還原劑提供CO間接還原，球團內部的還原劑提供碳直接還原，即金屬鐵可在整個球團內同時形成，可顯著提高還原反應速率*球團內碳的直接還原反應為3Fe2O3+C→2Fe3O4+COFe3O4+C→3FeO+COFeO+C→Fe+COFe3O4+4C→3Fe+4CO11.2.2球團還原膨脹及其結構變化1）產生膨脹的原因球團礦在還原過程中的膨脹行為，主要取決于鐵氧化物在不同還原階段時的失氧程度、晶型轉變、礦物學成分及結構2）膨脹機理①Adstr

6、om（埃德斯特累姆）膨脹理論一定邊長的純Fe2O3立方體在1000℃時用CO還原a.Fe2O3→Fe3O4→FexO→Fe?V=+25%?V=+6%?V=-5%b.Fe2O3→Fe3O4→Fe?V=+20%?V=-1%c.Fe2O3→FexO→Fe?V=+35%?V=-10%d.Fe2O3→Fe?V=+46%e.Fe3O4→Fe?V=-10%體積變化規(guī)律*赤鐵礦還原過程中均會存在不同程度的體積膨脹，純磁鐵礦還原時一般不會產生體積膨脹*赤鐵礦還原過程中產生體積膨脹最顯著的階段是Fe2O3→Fe3O4

7、.兩者呈不同晶系（六方→立方）體積膨脹25%；Fe3O4與FexO晶型相同（近），體積膨脹很少*由FexO→Fe一般產生體積收縮3）還原過程球團結構變化還原過程中因鐵氧化物晶體轉變，引起體積膨脹，最終導致球團開裂，球團礦強度下降①由Fe2O3→Fe3O4?V=+25%，抗壓強度↓20%②Fe3O4→FexO?V=+6%，抗壓強度↓75%即對應FexO峰值，抗壓強度最低（↓90～95%），一旦金屬鐵出現，球團抗壓強度↑4）其他幾種膨脹理論①碳素沉積理論在低溫還原條件下2CO→CO2+C(550℃)形

8、成的碳沉積在球團礦細微孔隙和晶體裂縫里導致球團礦體積膨脹甚至粉化，在高溫還原條件下（600～1200℃）碳素很少沉積②鐵晶須理論在浮氏體界面各適宜點生長出纖維狀金屬鐵，使周圍晶?；蝾w粒產生松動或位移，這種金屬鐵“瘋長”導致球團體積膨脹③堿金屬的“災難性”膨脹堿金屬的存在加快金屬鐵析出，由于金屬鐵析出過快導致球團膨脹加劇，甚至產生“災難性”膨脹11.3影響球團礦直接還原因素1）衡量金屬化球團礦質量的指標不同性質用于不同用途（電爐、高爐）指標：含鐵量、金屬化率、脈石總含量、有害雜質含量