钢铁冶金实验1.2 (2016)

33.6——常数。
在某种情况下，试验达不到60％的还原度，此时，下列公式适用于较低的还原度：RVI= (1-23）
式中：tY—还原度达到Y%时的时间，min；
k；
Y = 50%时，k= 20.0。
O/Fe= 0.9，相当于还原度为40%。
四实验设备
实验设备流程示意图见图1-10。图中各设备、仪器名称和用途说明如下。
18温控仪：DWK—702，控制还原炉炉温。
19温控仪：KSY-6-16，控制CO发生炉炉温。
图1—10铁矿石还原性能实验流程
五方法步骤
1.实验方法
将一定粒度范围内的试样置于固定床中，用CO和N2组成的还原气体，在900℃的温度下进行等温还原，每隔一定时间（或连续）称量试样质量，以三价铁状态为基准，计算还原3小时后的还原度和原子比O／Fe等于0.9时的还原速率。
其余杂质气体成分要求与铁矿石还原性能测定相同，即：
H2≤0.2%（V/V）
H2O≤0.2%（V/V）
O2≤0.1%（V/V）
在整个还原期间，还原气体的标态流量保持15±1升/min。
3.装样：称取试样500g±1粒,称量精度至1g。将试样装入还原管，
表面整平，封闭顶部，放入电炉，吊挂于电子天平上，检查称量系统。
RDI＋6.3，RDI＋3.15，RDI-0.5。
六.实验报告
1.结果及试样评价。
2.回答问题
（1）低温还原粉化与烧结矿冷却粉化有什么不同？
（2）还原过程中的减重为什么不等于还原过程中的失氧量？3.叙述你在实验中了解到了什么，学到了什么。
一.试验的目的及意义
铁矿石（包括烧结矿、球团矿）的软化是造渣过程中对高炉行程影响较大的一个环节。铁矿石软化后由于受到上部炉料的荷重作用，使矿石本身和矿石之间的孔隙度大大降低，使得上升的煤气受到阻力显著增加，从而减慢了炉料的下降速度。因此，铁矿石的软化性能成为铁矿石冶金性能的重要组成部分。
（2）还原度：以三价铁状态为基准（即假定铁矿石中的铁全部以Fe2O3形式存在，即把这些Fe2O3中的氧算作100％），还原一定时间后所达到的脱氧程度，以质量百分数表示。
（3）还原度指数（RI）：以三价铁状态为基准，还原3小时后所达到的还原度，以质量百分数表示。
（4）还原速率：以一分钟为时间单位，以三价铁状态为基准，铁矿石在还原过程中单位时间内还原度的变化。
低温还原粉化在高炉炼铁中是普遍存在的，是铁矿石的固有性质，只不过是有轻有重而已。把铁矿石的这种性质称为低温还原粉化性能。
为测定铁矿石的低温还原粉化性能，炼铁工作者做了大量工作，经过国内多个单位的联合试验、验证试验和专题研究，“铁矿石低温还原粉化性能试验——还原后使用冷转鼓的方法”（即静态法）完成了国家标准的起草和审批，最后形成了国家标准，标准号：GB/T13242-91，与“铁矿石还原性能测定方法”同时颁布实施（参见铁矿石还原性能测定）。在静态法之外，还有动态法，也即热转鼓法，这里不再多述。本实验依据国家标准进行。
铁矿石（包括烧结矿、球团矿，以下同）还原性能测定，其方法国家已制定了标准，标准号：GB/T13241-91。该标准经过国内多个单位联合试验、验证试验和专题研究，在1990年10月完成了起草，1991年通过了国家标准局的审批，1992年3月颁布实施。本实验依据国家标准进行。
一.目的及意义
随着对炼铁原料重要性的深入认识，现代高炉炼铁对铁矿石质量的要求越来越高，不仅要求有满意的化学成分和在冷态有良好的物理性能，而且要求有良好的热态性能，即冶金性能。
铁矿石是高炉炼铁的重要原料，但是，由于经济价值和技术条件的限制，（例如，要求品位高、热稳定性好，）国内铁矿石能直接入炉冶炼的很少，所以，不得不将低品位铁矿石进行选矿处理，然后人工制造成烧结矿、球团矿，来提高品位、改善热稳定性。烧结矿和球团矿是高炉炼铁更重要的原料，本实验不仅针对铁矿石，而且也适用于烧结矿和球团矿。
三.试验结果表示
1.还原度的计算：
用以下公式计算时间t时的还原度Rt，计算还原度指数（RI）时，t为3h，以三价铁状态为基准，用质量百分数表示。
(1-21）
式中：m0—试样的质量，g；
m1—恒温后还原开始前试样质量，g；
mt—还原t分钟后试样质量，g；
W1—试验前试样中FeO的含量，%；
W2—试验前试样的全铁含量，%。
1.加热：电炉通电升温加热试样，通氮气防氧化，500℃时恒温30
分钟。
2.还原：恒温中试样达到恒量后，煤气系统启动，断氮气，通还原
气体，启动记录系统，还原正式开始。
3.实验结束：通还原气体还原1小时后，断煤气，停记录，关闭所
有系统，实验结束，还原管提出炉外，通氮气保护。
4.称量：待试样冷却到100℃以下后将试样倒出称量还原后的总重。
2.还原速率指数的计算：
从还原曲线读出（或还原过程中记录下来）还原度达到30％和60％时相对应的时间（min）。
还原速率指数（RVI），用原子比O／Fe为0．9时的还原速率表示，单位为质量百分数/分钟，由下列公式计算：
RVI= (1-22）
式中：t30—还原度达到30％时的时间，min；
t60—还原度达到60％时的时间，min；
10还原炉：功率4kw，加热试样用。
11还原管：用不锈钢制成，内装试样。
12电子天平：称量还原过程失氧量。
13废气燃烧器：用来燃烧废气中CO。
14运算器：进行失氧量与总氧量的除法运算。
15记录仪：记录还原度和绘制时间一还原度曲线。
16红外气体分析仪：自动分析记录CO含量。
17红外气体分析仪：自动分析记录CO2含量。
铁矿石的还原性能是铁矿石冶金性能之一，炼铁厂非常重视这一性能，它明显影响炼铁技术经济指标。作为钢铁冶金工程专业的学生，必须对铁矿石的还原性能深刻认识，加深印象。通过本实验达到：了解实验设备，了解实验方法和原理，观察还原失氧过程，加深对铁矿石的还原反应和还原性能的认识。
二.定义和基本原理
1.相关定义
（1）还原性：用还原气体从铁矿石中排除铁氧化物中氧的难易程度的一种量度。
1空气压缩机：向煤气发生炉供给空气。
2氮气并：供给氮气，用于保护试样和配还原气。
3煤气发生炉：功率8kw，发生还原煤气。
4混合器：配制还原煤气用。
5洗涤瓶：盛焦性没食子酸溶液，吸收O2。
6洗涤瓶：装碱石灰，吸收CO2。
7洗涤瓶：装变色硅胶，吸收H2O。
8缓冲瓶：用于稳压和取煤气样。
9流量计：指示、调节还原气体流量。
（2）铁矿石中如果有碳酸盐，是否会影响检测的准确性？为什么
3.叙述你在实验中了解到了什么，学到了什么。
1.3
铁矿石（包括烧结矿、球团矿，以下同）在高炉上部400～600℃范围内，由赤铁矿还原成磁铁矿时，会发生晶型转变，产生体积膨胀，同时铁矿石在受热过程中，由于各种矿物体积膨胀系数不同，也会产生内应力。以上原因将导致铁矿石碎裂，产生粉末。此种现象称为“低温还原粉化”。
O2≤0.1%（V/V）
在整个还原期间，还原气体的标态流量保持15±1升/min。
（4）装样：称取试样500g±1粒,称量精度至1g。将试样装入还原
管，表面整平，封闭顶部，放入电炉，吊挂于电子天平上，检查称量系统。
（5）加热：电炉通电升温，加热试样，通氮气防氧化，900℃时恒温30分钟。
（6）还原：恒温中试样达到恒量后，煤气系统启动，断氮气，通还
一.目的及意义
铁矿石的低温还原粉化使高炉料柱的透气性恶化，炉尘增加，严重者将导致高炉难行、结瘤，它明显影响高炉生产，企业非常重视这一性能。普遍认为，铁矿石的低温还原粉化性能是铁矿石冶金性能中最重要的一项性能，是评价铁矿石质量的最重要的依据。作为钢铁冶金工程专业的学生，必须深刻认识和了解高炉冶炼过程中的这一现象。通过本实验达到：了解实验设备，了解实验方法和原理，加深对铁矿石低温还原粉化性能的了解和认识。观察低温还原粉化现象，观察碳素沉积现象。
5.转鼓实验：将称量后的试样装入小转鼓，封闭端口，计数器调零，
启动电机。共转300转，转速30±1转/分。
6.筛分：将转鼓后的试样小心取出，用孔度分别为6.3mm、3.15mm、
0.5mm的3个方孔筛筛分。
10.称量：分别称取筛上物物重，小于0.5mm部分用差减法算出。
11.计算：按照前述“结果表示”公式计算低温还原粉化指数：
四.实验设备
本实验所用设备在“铁矿石还原性能测定”设备基础上再增添一台小转鼓（即林德转鼓）、一台天平和三个试样筛。
1.小转鼓：为内径φ130 mm、长200 mm的钢质容器，器壁厚度不小于5 mm，内设二块提料板，长200 mm、宽20mm、厚2mm，转速30±1转/分。
2.天平：天平的量程为1Kg，感量0.1g。
三.试验结果表示
还原粉化指数RDI，用质量百分数表示。由下列公式计算：
(1-24）
(1-25）
(1-26）
式中：mD0—还原后转鼓前试样的质量，g；
mD1—留在6.3mm筛上的试样质量，g；
mD2—留在3.15mm筛上的试样质量，g；
mD3—留在0.5mm筛上的试样质量，g。
计算结果精确到小数点后一位数。RDI＋3.15为考核指标，RDI＋6.3和RDI-0.5只为参考指标。
（5）还原速率指数（RVI）：以三价铁状态为基准，当原子比O／Fe为0.9时的还原速率，以质量百分数/分钟表示。
2.基本原理
铁矿石中的铁氧化物可用通式表示为：FeXOY。铁氧化物在900℃时与还原煤气中的CO发生间接还原反应，可用下式表示：
FeXOY+ CO =FeXOY-1+ CO2
上式中铁氧化物中的氧与CO结合为CO2，生成的CO2脱离铁矿石，随着废气逸出容器，使得铁氧化物中的氧逐渐减少。铁矿石中虽然存在较多的其它非铁氧化物，如CaO、MgO、SiO2、Al2O3等，但是900℃时这些氧化物是不能被还原的，这样就使得实验过程中失去的氧只能是铁氧化物中的氧，失去的氧量就等于还原过程的减重。还原煤气中的杂质成分，如H2、O2、H2O等对铁氧化物还原影响很大，为保证实验精度，这些成分的含量虽不易降为0，但也要严格控制在要求以下。这样，就保证了还原过程中的减重等于铁氧化物的失氧量。铁矿石容易还原失氧量就多，铁矿石难还原失氧量就少。根据失氧量的数值和前述有关定义，经过计算，就可定量描述铁矿石的还原性能。