含碳球團還原過程熱態強度的變化規律與形成機理

《含碳球團還原過程熱態強度的變化規律與形成機理》是依託安徽工業大學，由李家新擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：含碳球團還原過程熱態強度的變化規律與形成機理
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：李家新
• 依託單位：安徽工業大學

項目摘要

開展對鐵礦含碳球團還原過程相關性能的研究，是開發非高爐煉鐵新工藝或大幅度降低高爐煉鐵焦炭消耗的重要研究方向。目前對鐵礦含碳球團在還原過程中本身強度變化規律和形成機理的研究甚少。本項目提出對鐵礦含碳球團在不同還原條件下自身強度形成和變化規律，以及在不同條件下各種引起強度變化的機理展開較為系統的研究。查明含碳球團熱強度與原料組成和配碳、還原溫度水平、升溫速度、還原氛圍等因素的內在關係。通過對不同鐵氧化物分別與固體碳和一氧化碳反應的熱力學分析，揭示球團內伴隨著不同價態鐵氧化物的轉化，不同礦物固相反應體系的形成熱力學條件，查明鐵礦含碳球團在還原過程中，內配碳的氣化、不同氧化物的固相反應以及鐵晶鬚生成與長大等反應的耦合與關聯性。探索強化含碳球團熱強度或避開球團強度薄弱區，實現含碳球團還原過程強度最大化。為以含碳球團為原料開發新的煉鐵工藝，或金屬化球團生產新工藝提供理論基礎與技術支撐。

結題摘要

為應對焦煤資源日益匱乏和鐵礦資源品質下降的現狀，煉鐵工藝新技術正向著大幅降低高爐煉鐵焦比，減少碳排放，充分利用現有鐵礦資源等方向發展，含碳球團作為一種新型煉鐵原料，因符合上述發展需要而被冶金工作者長期關注並開展了廣泛的研究工作。含碳球團強度對反應器的選型和生產效率至關重要，尤其在高溫焙燒階段，相互擠壓的球團在自由水蒸發、還原劑氣化以及鐵氧化物還原等多重作用下會導致球團物理結構發生變化，若球團承壓能力過低，可能會導致球團破損或壓潰。本項目通過對含碳球團還原過程熱態強度及其影響因素的系統研究，揭示了含碳球團熱態下的粘結行為和強度變化機理，為探索強化含碳球團熱強度或避開球團強度薄弱區，實現含碳球團還原過程強度最大化技術研究提供理論借鑑，並較為系統地闡述了還原劑、粘結劑等對含碳球團強度的影響、含碳球團高溫下的軟化粘結行為規律、脈石組分對含碳球團還原反應動力學的作用機理，建立了單個含碳球團還原過程一維非穩態數學模型。研究表明含碳球團的生球強度主要依靠毛細力來維持，乾燥球主要通過化學吸附作用和粘滯力作用固結，並且化學吸附作用強於粘滯力作用。含碳球團高溫強度作用機理比較複雜，對於採用圓盤造球工藝生產的含碳球團來說，在200℃-800℃範圍內，球團內結合水蒸發和揮發份析出導致顯氣孔率增加，顆粒間分子引力隨溫度升高而減弱，維繫球團強度原始作用力逐步消失，球團熱態強度處於較低水平。在800℃-1000℃範圍內，球團內部開始發生碳氣化反應，還原劑消耗使得其顆粒尺寸逐漸減小，並與鐵精礦顆粒產生間隙，碳氣化反應產生的還原性氣體在與鐵氧化物發生作用的同時，也向球團外部加速擴散，導致球團顯氣孔率進一步增加，球團熱態強度急劇降低。當溫度高於1000℃後，還原反應速度顯著加快，鐵晶須大量生成並長大聚集，球團開始發生收縮，氣孔率明顯降低，高溫強度不斷升高。通過本項目研究，共發表學術論文12篇，其中SCI收錄2篇，EI收錄1篇，中文核心期刊5篇，會議論文3篇；申請國家發明專利8項，授權2項；培養博士、碩士研究生8人；學術成果、人才培養等均過了項目的預期目標。