氧化球团气基竖炉内还原反应动力学研究

2016-03-09   作者：佚名   网友评论 0 条

 　王兆才1,2、储满生3、胡兵1,2、孙英1,2、王敏1

　　1 中冶长天国际工程有限责任公司 2国家烧结球团装备系统工程技术研究中心3东北大学材料与冶金学院

　　综合考虑国内炼铁资源及钢铁产业发展现状，以煤制合成气为还原气，以氧化球团矿为原料，以竖炉为反应器的煤制气-气基竖炉直接还原工艺是我国发展直接还原铁生产的主要方向[1-3]。目前，世界上占主导地位的气基竖炉工艺MIDREX法和HYL法，还原气氛中H2/CO的比值不同，但都有着成功的生产经验[4,5]。同时，现今主要煤制气产品还原气的技术指标、投资成本和环境负荷等方面存在较大差异[6]。因此，在我国发展煤制气-竖炉直接还原过程中，针对我国资源条件和竖炉生产实践，选定适宜的煤制气工艺，深入开展竖炉还原机理和还原条件的研究是非常关键的课题。

　　本研究改变气氛和温度对氧化球团进行气基直接还原，考察二者对还原进程的影响，分析球团还原反应动力学机理，为我国发展气基竖炉直接还原选择适宜的煤制气工艺和确定合理的竖炉还原工艺条件提供有益的理论依据。

　　1 气基直接还原实验

　　实验选取粒度12.5±0.5mm的气基竖炉直接还原专用氧化球团(TFe68.5%、SiO21.73%)若干装入吊管，将其置于炉内恒温区升温，并通入保护性气氛N2，恒温30min后改通还原性气体。还原过程中利用电子天平连续测量和计算机控制，系统每30s自动记录试样的失重情况，从而得出球团的还原失重曲线。等天平重量显示趋于稳定之后，还原即告结束，并将还原气改换为N2。本实验选取850℃、900℃、950℃、1000℃和1050℃五组温度及纯H2、H2:CO为5:2、3:2、1:1、2:5和纯CO六种气氛进行气基直接还原实验。

　　为分析气-固还原反应动力学机理，消除外部气相传质对反应进程的影响，本研究首先改变气流量在950℃下对氧化球团进行了预备实验，由结果可知4L/min为实验条件下气体流速的临界值，即反应速率不再受气流速度增加的影响。因此本研究选取4L/min为实验气流量，从而确保足够大的气固比，尽可能避免气流量对还原过程的限制。

　　图1给出了五种温度六种气氛下氧化球团还原率随时间的变化趋势。由图可知，相同温度和反应时间下，还原率随温度的升高和还原气氛中H2含量增加而增大，增加H2含量将显著改善还原反应的进行。对比图1中不同气氛相同还原率下所需的还原时间，可见，还原气氛中H2含量增至50%后，还原所需时间减少的幅度逐渐变小，增加H2含量对加速还原反应的影响逐渐减弱。CO气氛下，不同温度相同还原率下所需的还原时间变化较小，温度对还原反应速率的影响较弱。
 

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