PDF《赤铁粉矿在 H2 气氛中的闪速还原行为》

样稿(原文有删减): 赤铁粉矿在 H2 气氛中的闪速还原行为 曲迎霞1 ,罗勇进,石邵钦,张冰 (东北大学 冶金学院,沈阳,110819) 摘要:通过高温下的动力学实验对铁粉矿在 H2 气氛中的闪速还原行为进行了研究.

采用 XRD、 SEM 和金相显微镜对反应后铁粉矿的物相组成和单个粉矿颗粒表面及内部微观形貌的 演变规律进行了分析,采用化学分析法获得了反应后赤铁粉矿的还原度.结果表明:铁粉矿 高温下发生的闪速还原仍然遵循 Fe2O3→Fe3O4→FeO→Fe 的逐级还原规律.粉矿颗粒的剖面 由未反应核和产物层构成,符合未反应核模型的描述.采用模型函数配合法得出铁粉矿与 H2 在高温下发生闪速还原反应的限制性环节是界面化学反应, 进一步基于动力学模型计算得到, 闪速还原的表观活化能为

311 kJ/mol. 关键词:赤铁粉矿;

闪速还原;

物相演变;

微观形貌观察;

还原动力学 中图分类号:TF

521 文献标识码:A 文章编号: Flash reduction behavior of fine hematite ore in a hydrogen atmosphere Qu Yingxia, Luo Yongjin, Shi Shaoqin, Zhang Bing (School of Metallurgy, Northeastern University, Shenyang 110819, China) Abstract: The flash reduction behavior of hematite ore fines in a hydrogen atmosphere was investigated with the high temperature experiments. The phase composition of the hematite ore and the morphology of individual partially reduced iron ore particles was analyzed by XRD,SEM and optical microscope. The reduction degree was obtained by chemical titration method. It was found that the evolution of iron oxides during the flash reduction process follows the reduction order of Fe2O3→Fe3O4→FeO→Fe. The polished section of the partially reduction iron ore particle is consisted of an unreacted shrinking core and a product layer, which can be depicted with the unreacted shrinking core model. According to the model fitting method, the rate controlling step during the flash smelting reduction process is the interfacial chemical reaction. The apparent 收稿日期:2018-12-17 基金项目:大学生创新训练计划项目(180082) 作者简介:曲迎霞(1983-) ,女,副教授,[email protected] activation energy is

311 kJ/mol. Key words: hematite ore fines;

flash reduction;

phase evolution;

morphological observation;

reduction kinetics 高炉炼铁经过不断的发展,其工艺技术已十分成熟,潜力得以较为充分地发挥,在炼铁 领域占据主导地位.但高炉生产依赖的焦煤资源供应不足,加之烧结及焦化工序污染严重, 其可持续发展面临巨大挑战.粉矿直接炼铁技术能够摆脱传统炼铁工艺对球团和烧结矿的依 赖,充分利用矿石资源,并且能够减少对焦炭的需求,不仅降低能耗和成本,还可以降低钢 铁生产对环境的污染.典型的直接应用粉矿的炼铁技术包括:FINEX、HIsarna 及悬浮熔炼等 [1-5] ,其中,HIsarna 和悬浮熔炼可归为闪速炼铁技术范畴.闪速炼铁是将铁粉矿喷入闪速反 应炉内, 使粉矿在悬浮状态下, 高温还原性气氛中迅速地发生还原反应, 并被熔化生产铁水. 此类技术尚未成熟,尤其是铁粉矿在闪速反应炉内发生的复杂的物理化学变化及反应机理仍 不明确.本文通过高温实验研究了赤铁粉矿在高温 H2 气氛中的闪速还原行为,对还原过程中 物相组成变化、形貌演变规律以及气-固还原反应展开了分析与讨论,并建立了动力学模型. H2 作为一种清洁、高效的新型能源,成为