铁矿石富氢还原动力学研究

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COREX工艺是目前世界上唯一实现工业化规模生产的熔融还原技术。在COREX流程中，由于熔化气化炉产生的煤气温度高于还原竖炉所能接受的温度，需要对熔化气化炉煤气进行降温处理，再用于竖炉还原。然而就COREX已有的工艺而言，都是使用兑冷却煤气的方法来调节还原煤气温度。该方法显然浪费了煤气的部分物理余热，降低了煤气能量利用效率，不利于节约系统能耗。考虑到H<,2>在还原铁氧化物的动力学和导热等方面与CO相比具有明显的优势，富氢还原被认为是提高竖炉还原效率的重要途径。因此，将熔化气化炉煤气进行富氢改质后用于竖炉预还原，不仅可降低煤气温度，满足竖炉对还原气体温度的要求，同时还能够大大改善竖炉还原的动力学条件，从而提高竖炉的还原效率。为了给富氢条件下预还原炉的数值模拟及预还原反应器的优化与设计提供动力学参数，本论文进行了应用N<,2>+H<,2>、H<,2>+CO富氢混合气体铁矿球团还原动力学的实验研究。实验采用热重法测定了H<,2>+N<,2>、H<,2>+CO混合气还原氧化铁球团的还原速率随时间的变化，反应温度区间为750～1000℃。方法是在恒温条件下，连续测量固体样品氧化铁球团重量随时间的变化，来考察不同温度及气氛条件下铁氧化物还原反应转化率。利用未反应核模型确定控制环节并求出表观速率常数和表观活化能。通过对实验数据整理与分析，得到以下结论： (1) 采用未反应核模型进行还原实验数据动力学回归处理，确定了H<,2>还原过程为化学反应控制，H<,2>/CO混合气还原主要为化学反应和内扩散的混合控制。 (2) 计算了H<,2>/N<,2>还原阶段的表观速率常数及由表观速率常数通过动力学回归得到750～1000℃时各气体组成(H<,2>含量为10～30％)下的表观活化能为3582～5337kJ/mol。 (3) 计算了H<,2>/CO混合气还原阶段的表观速率常数、扩散系数及由表观速率常数通过动力学回归得到750～1000℃时各气体组成(H<,2>含量范围为10～30％)下的表观活化能分别是2701～3253kJ/mol。 (4) H<,2>/N<,2>还原球团时还原率随温度的升高、氢气含量的增加而增加；而H<,2>/CO混合气还原球团时，还原率受温度、氢气含量等多方面影响，并非越高越好，且还原温度以不超过1000℃为宜。

著录项

作者
马丽;
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作者单位

东北大学;

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授予单位东北大学;
学科钢铁冶金
授予学位硕士
导师姓名邹宗树;
年度 2007
页码
总页数
原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类氧化铁的还原;冶炼实验和分析;
关键词
铁氧化物; 氧化还原; 富氢混合气体; 动力学; 速率常数; 活化能;

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