Fe3O4内配石墨球团的还原动力学.pdf

2012年8期
有色金属(冶炼部分)(htp://ysyl. bgrimm.cn)
doi:10.3969/j.issn.1007-7545.2012.08.001
FesO4内配石墨球团的还原动力学
周兰花,伍维根,张树立,杨绍利
攀枝花学院,四川攀枝花617000
摘要:开展了FeO,内配石黑球团还原试验,以考察球团的中温还原性。设定温度950~1100℃,时间
低于35min。并采用新建立的还原动力学方程(PKV方程)计算球田的动力学参数。结果表明,球团的
还原能力随时间、温度的提高而增加,初始时间段及较低温度下增加幅度相对较大;温度对球闭的还原
影响很大。球团在19min前后的活化能分别为102.046k1/mol和86.872kJ/mol。控制环节为界面化
学反应,前19min为碳的气化反应,后19min为CO还原Fe3O4。
关鍵词:球团;动力学;直接还原
中图分类号:TF55文献标识码:A文章编号:1007-7545(2012)08-0001-03
Reduction Kinetics of Fe] Oa-graphite Mixed Pellet
ZHOU Lan-hua, WU Wei-gen, ZHANG Shu-li, YANG Shao-li
(Panzhihua University, Panzhihua 617000, Sichuan, China)
Abstract: Experiments were carried out to investigate the reducibility of Fe,-graphite mixed pellets at a
moderate temperature. The temperature was designed as 950-1 100C and the duration was shorter than
35 min. The kinetics parameters of pellets were calculated by means of the new kinetics equation(PKV e
quation). The results show that strengthening with the increase of time and temperature, the reduction
degree of pellets rises more rapidly at a lower temperature in the beginning and temperature has great effec
on pellet reduction. The activation energy of the mixed pellets is 102.046 KI/mol and 86.872 KJ/mol re
spectively prior to and after 19 min. The controlling unit presents the carbon gasification reaction prior to
19 min and the reduction of Fe O by CO after 19 min
Key words: pellet; kinetics; direct reduction
受投资大、能耗高、流程长、污染较严重、焦炭价中,直接还原技术引起了人们极大的兴趣?,但目前
格较昂贵等因素影响,传统高炉炼铁的发展受到了理论研究较少。基于此,本工作开展Fe3O4内配石
定的限制。为克服高炉炼铁固有的缺点,人们墨球团加热还原试验,以期为钒钛磁铁矿直接还原
已提出并开发了非高炉炼铁法,包括直接还原法和开发与利用提供理论依据。
熔融还原法。直接还原法又分为气基法和煤基法
两大类,在天然气缺乏的国家和地区,主要考虑煤基1试验
法[3。铁氧化物内配碳直接还原其有碳与氧化物接1.1原料及球团的制备
触紧密、反应动力学条件良好、还原速度快等优
试验使用的主要原料有分析纯Fe:O4和石墨
点。在礬西地区钒钛磁铁矿资源新技术的开发
方面考虑碳的燃烧损耗,另一方面考虑减少还原
收稿日期:2012-01-17
基金项目:国家自然科学基金资助项?(5117422)
作者简介:周兰花(1969-),女,湖南祁东人,副教投,硕士
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2012年8期
铁产品的渗碳,因此按84.9%Fe:O,、15.1%石墨
I00
进行配料,然后添加少量水与PV粘结剂均匀混合,
950℃
-1000℃
用液压机将混合料压制成球。试验前,各种原料、球
60
团在110℃干燥24h。
2试验方法及球团还原度的确定
试验前将准备好的球团称重后放入自制的碳化
0
硅坩埚内密闭。将准备好的坩埚置于加热到预定温
时问/fm
度的电阻炉。坩埚刚放入时,炉内温度有所下降
待炉内温度重新升到预定温度时开始计时。试验结
图2时间对还原度的影响
東,取出坩埚并埋入煤粉中冷却,冷却后取出球团称
Fig 2 Effect of time on reduction degree
重,同时分析残碳。用还原度(R)评价球团的还原速率非常快,在31min时球团还原度达到了
程度,R定义如下
76.7%。说明在高于1100℃球团中的铁氧化物能
R=41-(AM)
×100%
(1)得到较好的还原
a
式中:△M为球团还原失重,g;M1为原始球团中碳
总体上看,温度较高时,球团还原度提高较快,
含量,g;M2为还原球团中碳含量,8:AM。为球团温度是影响球团还原的重要因素。
2.2讨论
最大失氧量,即原始球团中铁氧化物含的氧量,g。
在复合球团的中心,相邻的Fe3O4和C之间通
2试验结果与分析
过CO2和CO发生如下反应
Fe: O, +4C=3FE+4CO
2.1球团的还原度
Fe3O,内配石墨球团加热还原试验结果见图
4C+Fe: O,=3FE+4 CO2
CO, +C=2CO
假定反应是非单元、均匀反应,由于中间产物量
少且不易测定,所能观察到的仅是初始反应以及最
终产物。经综合可得:
Fes O +2C=3FE+2C0
(5)
假定对Fe3O4(用A表示)和C(用B表示)均为
50
一级反应,其反应速率A可表示为
dca(1-R)
dt
设球团中Fe3O4初始浓度为CA。,C的为CB,
20
15 min
反应到t时Fe3O4的还原度为R,C的反应率为
-3 min
XB,则:
1000
CR=(1ーR)CA0
温度/C
2 CAO XXA=CBo×XBo
(8)
图1温度对还原度的影响
CR=(1ーXB)Cい=(C/CA-2R)C
(9)
Fig. 1 Effect of temperature on reduction degree
将式(7)、(9)代入式(6)得
cCAo(1ーR)
由图1~2可知:
dt
950℃下,19min前球团的还原度随时间延长
k×Ca。(1ーR)XC