含碳球团还原、渗碳、熔融机理的研究
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(a) Coal char(20%) + Iron ore(80%) + Bentonite(1%) (b) Coal char(20%) + Electrolytic iron(80%) + Bentonite(1%) (c) Graphite(18.2%) + Iron ore(81.8%) + Bentonite(1%) (d) Graphite(18.2%) + Electrolytic iron(81.8%) + Bentonite(1%)
heated for 9min at 1350oC.
Shell Core
Cross sectional view
Melted
Not melted
( pellet Pc,i )
( pellet Pg,i )
Fig. Outside views and a cross-section of
coal char-iron ore ( pellet Pc,i ) and graphite-iron ore ( pellet Pg,i ) composite pellets heated in N2 for 30min at 1250oC.
其他的影响要因:
1 温度 2 反应气氛
3 气体流量
4 球团内部的压力
本研究的目的
1. 考察焦粉(或者石墨)- 铁矿石混合球团在氮气中高温
加热时所发生的体积膨胀、 强度变化等各种现象。
2. 考察含碳球团通过快速升温所发生的高速还原及渗碳。 3. 球团内部球壳-球心(shell-core)构造的形成、熔融。
本研究中所用到的原料
(1) 焦粉(%) (2) 石墨粉(%)
Proximate analysis
Ash V.M
F.C
2.79 6.17 91.04
Ultimate analysis
C
H
O.N.S
88.28 0.86 8.07
Water Ash Purity <0.50 <0.05 >99.50
(3) 铁矿粉(%)
Time (s)
(a)
6 5 4 3 2 1 0 300
C,core S,core
C,shell S,shell
1350℃
420 540 660 780 Time (s)
(b)
0.07 0.06 0.05 0.04 0.03 0.02 0.01 0.00 900
1100℃
1200℃
1300℃
1350℃
Fig. Schematic internal structure of coal char-iron ore composite pellets heated for 10min at 1100-1350oC.
5min
7min
Core
Void
Shell
9min
含碳球团还原、渗碳、熔融机理的研究
东北大学 材料与冶金学院 钢铁研究所
孟繁明
含碳球团高温还原机理
反应路径
C+CO2=2CO
(1)
FenOm+mCO→nFe+mCO2 (2)
Coal(煤)→volatile matter (CO, CO2, H2, N2, etc.)+char(C) (3)
C+ H2O=CO+ H2
Melted at surface area
Fig. Photograph of a graphite-iron ore composite pellet Heated for 9min at 1250 showing melted and gathered reduced iron drops.
11min
Fig. Cross sectional views of coal char-iron ore composite pellets heated at 1350oC.
(core, ×400)
Core direction
( core, ×100)
( shell, ×100 )
Fig. Metallographic cross-sections of the shell and core of a coal char-iron ore composite pellet
(4)
FenOm+ mH2→nFe+ mH2O (5)
控制环节
氧化铁的还原反应 炭的气化反应 传热 以上个过程的组合
重要的考察对象
影响含碳球团反应速度的因素
有关原料因素的影响:
1 氧化铁以及还原剂炭的粒度
2 氧化铁以及还原剂炭的化学组成
3 粘结剂的量,
4 还原剂的添加量 5 球团的大小 6 球团的气孔率
Na2O 2.43
D
Pellet, D =18mm
1.gas cylinder
2.flow meter
7 3.furnace
4.sample
slide
5 5.magnet
8
6.cold water 7.motor
8.iron block
6
3
4
1 CO2
2
N2
1
2
CO 1
Fig. Schematic diagram of the experimental apparatus Fig. Experimental apparatus
Carbon (%) Sulfur (%) Carbon (%) Sulfur (%)
9
0.09
C,core
C,medium
8
C,shell
S,core
0.08
S,medium
S,shell
7
0.07
6
0.06
5
0.05
4
1200℃
0.04
3
0.03
2
0.02
1
0.01
0
0.00
540 600 660 720 780 840 900
7min
9min
Not melted
Melted at surface area
(1)
(2)
11min
Fig. Cross sectional views of graphite-iron ore composite pellets at 1250oC. (1) A melted and gathered drop from shell and (2) Not melted residue.
T.Fe 66.7
SiO2 1.76
Al2O3 0.35
P
S
FeO
0.05 0.005 0.68
CaO 0.06
(4) 电解铁粉(ppm) C P
S
Si
Mn
20
7
47
6
8
(5) 粘结剂 (%)
SiO2 67.52
Al2Oቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 12.97
Fe2O3 2.94
CaO 3.15
MgO 2.04
K2O 1.14