1 原料性能及研究方法

　　本實(shí)驗(yàn)所采用的氧化球團(tuán)粒級(jí)范圍在12.5～15 mm，球團(tuán)強(qiáng)度3036 N/個(gè)，主要的化學(xué)成分如表1所示。煤粉的工業(yè)分析結(jié)果如表2，粒度組成如表3所示。

　　從表1可以看出，氧化球團(tuán)中Fe2O3占91.21%，脈石主要有SiO2和Al2O3，其它雜質(zhì)含量少。實(shí)驗(yàn)采用無(wú)煙煤作為還原劑，主要從無(wú)煙煤的吸波能力強(qiáng)以及固定碳含量高兩方面考慮，從表2和表3可以看出，實(shí)驗(yàn)用無(wú)煙煤固定碳含量高，粒度較細(xì)，有利于實(shí)驗(yàn)室條件下煤氣化反應(yīng)的進(jìn)行。

　　實(shí)驗(yàn)流程如圖1所示，采用上述氧化球團(tuán)在電阻爐中升溫到850 ℃，然后通入40% CO和60% N2進(jìn)行還原，氣體流速為15 L/min，還原時(shí)間為4.5 h，球團(tuán)還原度為90.23%，所得預(yù)還原球團(tuán)冷卻后進(jìn)行相關(guān)性能檢測(cè)，預(yù)還原球團(tuán)滲碳過(guò)程是在600 ℃，通入80% CO和20% N2條件下進(jìn)行的，氣體流速為15 L/min，改變通氣的時(shí)間得到不同滲碳量的預(yù)還原球團(tuán)。最后對(duì)預(yù)還原球團(tuán)在微波爐中進(jìn)行深度還原焙燒，得到直接還原鐵。

　　實(shí)驗(yàn)采用的微波設(shè)備如圖2，微波頻率2.45 GHz，微波功率0～1.5 kW可調(diào)，圖3為微波加熱反應(yīng)腔體。熱電偶在金屬外套管保護(hù)下插入物料中實(shí)時(shí)測(cè)量溫度的變化。試驗(yàn)過(guò)程中在微波爐內(nèi)通以氮?dú)獗Ｗo(hù)，預(yù)還原球團(tuán)外部配加一定量的無(wú)煙煤粉，除防止氧化外也進(jìn)一步保證了球團(tuán)的還原氣氛。研究主要考查了預(yù)還原球團(tuán)在微波場(chǎng)中的升溫變化以及產(chǎn)品結(jié)構(gòu)性能的改變情況。采用化學(xué)分析方法研究球團(tuán)還原前后的金屬化程度變化，以及采用礦相顯微鏡和掃描電鏡研究球團(tuán)微波加熱還原前后的微觀結(jié)構(gòu)和物相組成。

　　2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果和討論

　　2.1預(yù)還原球團(tuán)結(jié)構(gòu)性能變化

　　滲碳前后預(yù)還原球團(tuán)的微觀結(jié)構(gòu)如圖4所示。從圖4中的a1和a2可以看出，通過(guò)氣基預(yù)還原后的球團(tuán)孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)，顆粒細(xì)而散，有助于還原氣體在球團(tuán)內(nèi)部的擴(kuò)散以及鐵氧化物的快速還原。比較A1和A2發(fā)現(xiàn)，滲碳后的預(yù)還原球團(tuán)在其顆粒表面的炭黑呈絲帶狀分布，證明這種滲碳方法可以使得炭黑均勻分布在球團(tuán)內(nèi)部，對(duì)球團(tuán)在微波場(chǎng)中的升溫和還原是相當(dāng)重要的，活性炭黑作為吸波熱點(diǎn)，快速升溫，很容易與親密接觸的鐵氧化物發(fā)生固-固反應(yīng)，而且布多爾反應(yīng)也得到快速發(fā)展，使得整個(gè)球團(tuán)內(nèi)部的還原氣氛均勻、充沛，采用預(yù)還原球團(tuán)微波加熱直接還原可以真正實(shí)現(xiàn)鐵礦球團(tuán)的快速金屬化。

　　2.2 滲碳量對(duì)微波加熱升溫的影響

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