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竖炉生产海绵铁过程的还原特性及碳行为研究

作　者: 秦洁
导　师: 伍成波
学　校: 重庆大学
专　业: 冶金工程
关键词: 竖炉 直接还原 析碳 渗碳
分类号: TF55
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 287次
引　用: 1次
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内容摘要


海绵铁可以代替优质废钢作为电炉原料,近年来废钢资源短缺,海绵铁生产已显得越来越重要。本课题对气基竖炉生产海绵铁做了一些基础性研究,在球团矿还原特性、析碳和渗碳等方面进行了理论和实验研究,为实际生产提供参考。金属化率是衡量海绵铁质量的重要指标,还原时间直接影响到实际的生产效率。本课题设计了冶金性能实验装置,并在该装置上模拟竖炉的实际升温过程,采用含CO和H2的还原气对含铁球团进行了还原实验,还原气中CO+H2的含量在90%左右。改变还原气中氢碳比进行了大量实验,结果表明,用不同氢碳比还原气还原球团矿时,只要还原时间达到5.5小时,海绵铁金属化率均能达到92%,还原气中H2含量升高,能加快反应速率,但对还原时间的影响不大。此外,还进行了向还原气中配加5%～10%CO2,降低还原气中CO+H2的浓度的还原实验。结果表明,还原气中加入CO2后,还原时间需延长到6.5小时,金属化率才能达到92%。在实验的基础上,对CO和H2在低温下的还原特性进行了理论研究,结合实验结果建立了适用于气基竖炉还原球团矿的反应速率模型。在竖炉生产海绵铁过程中,还原气中的CO—CO2具有析碳、使炉料渗碳的性质。本课题以实验为基础,结合理论分析,探讨了气体析碳的温度条件,发现在500℃左右,还原气析碳较为严重。采用还原实验结束后称量碳粉质量的方法,研究了还原气氢碳比不同的条件下,析碳的规律及影响因素。另外还研究了Al2O3球代替球团矿通入还原气时的析碳规律,并与球团矿还原时的析碳规律进行对比,发现金属铁的生成对析碳有明显的催化作用。通过化验金属化球团中的C含量,得到还原气体成分对海绵铁碳含量的影响。并得到用不同成分还原气还原球团矿时海绵铁中的碳含量在0.6%～1.1%之间。

全文目录


中文摘要  4-5
英文摘要  5-9
1 绪论  9-19
  1.1 课题研究的背景及意义  9-10
  1.2 气基竖炉生产海绵铁流程简介  10-12
    1.2.1 Midrex 竖炉法  10
    1.2.2 HYLⅢ法  10-11
    1.2.3 BL 法竖炉直接还原流程  11-12
  1.3 研究现状  12-17
    1.3.1 还原气用量的研究  12-13
    1.3.2 还原反应速率及限制性环节的研究  13-16
    1.3.3 竖炉内C 行为的研究  16
    1.3.4 移动床数学模型  16-17
  1.4 课题研究的内容及目的  17-19
    1.4.1 研究目的  17
    1.4.2 研究内容  17-19
2 物料平衡及热平衡计算与讨论  19-41
  2.1 物料平衡计算  19-28
    2.1.1 原料条件的确定  19-21
    2.1.2 海绵铁中各物质含量计算  21-23
    2.1.3 竖炉尾气成分及含量计算  23-28
    2.1.4 竖炉物料收支平衡表  28
  2.2 竖炉热平衡计算  28-35
    2.2.1 热收入  28-32
    2.2.2 热支出  32-34
    2.2.3 竖炉热平衡表  34-35
  2.3 各因素对还原过程影响的讨论  35-40
    2.3.1 热平衡计算中各因素对煤气出口温度的影响  35-39
    2.3.2 还原气成分及用量对炉顶气成分的影响  39-40
  2.4 本章小结  40-41
3 竖炉还原特性的理论分析与实验研究  41-65
  3.1 还原时间的确定  41-49
    3.1.1 随炉升温时的还原时间  43-48
    3.1.2 恒温还原时的还原时间  48-49
  3.2 还原速率分析  49-55
    3.2.1 随炉升温的还原速率  49-53
    3.2.2 恒温还原时的还原速率  53-55
  3.3 铁矿石还原速率及阻力计算  55-64
    3.3.1 用CO 还原铁矿石的速率分析  55-58
    3.3.2 用H_2 还原铁矿石的速率分析  58-61
    3.3.3 用H_2 和CO 混合气体还原铁矿石的速率分析  61-64
  3.4 本章小结  64-65
4 竖炉内碳的行为研究  65-80
  4.1 析碳分析  65-72
    4.1.1 热力学分析  65-67
    4.1.2 实验分析  67-72
  4.2 渗碳分析  72-79
    4.2.1 热力学分析  72-76
    4.2.2 实验分析  76-79
  4.3 本章小结  79-80
5 结论  80-81
致谢  81-82
参考文献  82-86
附录  86-91
  A. 作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文目录  86
  B. 作者在攻读硕士学位期间参与的科研项目  86-87
  C. 硫平衡计算  87-91

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中图分类: > 工业技术 > 冶金工业 > 炼铁 > 铁矿石直接还原
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