2.2實(shí)驗(yàn)方案

本研究以高品位鐵礦球團(tuán)為實(shí)驗(yàn)原料，參考HYL[6]和Midrex兩種典型的氣基豎爐直接還原工藝，同時(shí)考慮純氫直接還原工藝，在此基礎(chǔ)上，設(shè)定了實(shí)驗(yàn)的溫度和氣氛條件，具體實(shí)驗(yàn)方案如表2.2中所示。本實(shí)驗(yàn)選取了850℃、900℃、950℃、1000℃、1050℃五個(gè)還原溫度，H2/CO=1.6、H2/CO=2.6及H2=100%三種還原氣氛。

2.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及方法

實(shí)驗(yàn)設(shè)備及原理如圖2.1所示。將500 g的球團(tuán)樣品裝入特制的石墨坩堝中，物料在N2的保護(hù)下升至預(yù)定溫度后通入混合還原氣體，在模擬氫冶金氣基豎爐料柱壓力下施加1kg/cm2的載荷壓力，850℃-1050℃溫度范圍內(nèi)利用不同比例H2-CO混合還原氣對(duì)爐料進(jìn)行還原，將還原后爐料在惰性氣體保護(hù)下冷卻，得出不同金屬化率產(chǎn)品，并進(jìn)行粘結(jié)指數(shù)計(jì)算。

要確定不同還原后樣品的粘結(jié)指數(shù)，是將冷卻的結(jié)塊球團(tuán)樣品進(jìn)行落下測(cè)試并計(jì)算得出。方法如下：對(duì)還原后樣品中相互黏結(jié)的球團(tuán)進(jìn)行稱重，在1 m的高度落下10次。每次落下后，對(duì)仍然粘結(jié)的部分進(jìn)行稱重并記錄，然后用每次落下后粘結(jié)的球團(tuán)質(zhì)量對(duì)應(yīng)落下次數(shù)作圖（如圖2.2）。粘結(jié)指數(shù)（SI）的定義為圖2.2中曲線之下面積所占整個(gè)圖片的百分比，當(dāng)還原后的球團(tuán)樣品中無(wú)粘結(jié)現(xiàn)象發(fā)生，則粘結(jié)指數(shù)為0，而當(dāng)落下次后球團(tuán)粘結(jié)部分的質(zhì)量無(wú)變化，則認(rèn)為此時(shí)球團(tuán)還原后的粘結(jié)指數(shù)為100%。

3 結(jié)果與分析

3.1 還原溫度對(duì)球團(tuán)還原度的影響

不同還原氣氛條件下，還原溫度對(duì)球團(tuán)還原度的影響如圖3.1所示。由圖3.1可以看出，升高溫度明顯增加了球團(tuán)在同一時(shí)間的還原度。在還原反應(yīng)開始的前20 min，球團(tuán)的還原速率隨著溫度升高而加快，具體表現(xiàn)為在還原達(dá)到20 min時(shí)，球團(tuán)的還原度隨著溫度上升明顯，例如在H2氣氛下隨著溫度升高，在20 min時(shí)還原度都有著明顯的升高，850℃時(shí)還原度僅為47.19%，而當(dāng)溫度升高到1050℃后，還原度達(dá)到了88.21%，已接近了90%的還原度，說(shuō)明在前20 min的還原速率隨著溫度升高；而隨后的還原過(guò)程中，在溫度較低的條件下還原度較低，故還原速率仍然較快，隨著時(shí)間增加還原度基本保持勻速上升直到還原度達(dá)到80%左右，然后還原速率開始變緩，而在高溫時(shí)還原度在前20 min就已經(jīng)達(dá)到了80%以上，在此后階段的還原速率較緩，但還原度在1小時(shí)以內(nèi)達(dá)到了99%。

3.2 還原氣氛對(duì)球團(tuán)還原度的影響

不同還原溫度條件下，還原氣氛對(duì)球團(tuán)還原度的影響如圖3.2所示。由圖3.2可知，球團(tuán)的還原度隨著時(shí)間的延長(zhǎng)而不斷增加，在還原初期還原度增加較快，后期還原度增速變緩。還原過(guò)程中H2含量增加，球團(tuán)的還原度也會(huì)相應(yīng)的加快，以1000℃條件下為例，在還原反

應(yīng)的初始階段，隨著還原氣中H2含量的增加，還原度從H2/CO=1.6氣氛下的43.63%變?yōu)榱薍2/CO=2.6氣氛下的47.44%，當(dāng)還原氣氛變?yōu)榧僅2時(shí)，還原度升高到了82.78%，這說(shuō)明了

H2含量的增加促進(jìn)了還原反應(yīng)的進(jìn)行，在圖中體現(xiàn)為隨著H2含量的增加，曲線的斜率變大，說(shuō)明了H2的還原效率大于CO。

3.3 制備不同金屬化率球團(tuán)的適宜工藝參數(shù)

為了滿足直接還原鐵產(chǎn)品的不同需求，在豎爐還原生產(chǎn)中，通過(guò)調(diào)節(jié)還原氣氛，溫度及時(shí)間可以得到不同金屬化率的直接還原鐵，生產(chǎn)得到金屬化率92%的直接還原鐵可用作轉(zhuǎn)爐煉鋼的材料，其化學(xué)成分穩(wěn)定，有害雜質(zhì)較少，可以有效改善鋼的質(zhì)量，縮短精煉所需時(shí)間，同時(shí)其使用成本低廉，經(jīng)濟(jì)效益良好。而生產(chǎn)得到的50%金屬化率球團(tuán)可以用作高爐爐料煉鐵，高金屬化率爐料加入高爐后，可以降低焦比，減少高爐能源消耗，加快生產(chǎn)效率，提高鐵水產(chǎn)量。不同還原氣氛條件下，在850℃-1050℃溫度范圍內(nèi)，考察溫度對(duì)高品位鐵礦球團(tuán)還原過(guò)程中金屬化率的影響，結(jié)果如圖3.3所示。

由圖3.3可知，在各氣氛條件下，850℃還原球團(tuán)時(shí)，1 h內(nèi)球團(tuán)在H2/CO=1.6、H2/CO=2.6和H2氣氛下的金屬化率最高分別達(dá)到了56.82%、67.43%和81.82%，均低于90%。而在純氫氣氛下，900℃最高金屬化率達(dá)到了93.46%，當(dāng)進(jìn)一步升高溫度后，各氣氛條件下最高金屬化率均超過(guò)了90%，說(shuō)明升高溫度可以加快還原反應(yīng)的進(jìn)行，便于得到高金屬化率產(chǎn)品，1050℃條件下還原時(shí)，純氫氣氛下球團(tuán)僅需30 min就達(dá)到了92.31%金屬化率，在H2/CO=1.6下則需約50 min達(dá)到90%金屬化率以上。在溫度較低的條件下，由于還原時(shí)間較長(zhǎng)，還原氣使用較多，導(dǎo)致生產(chǎn)成本升高，經(jīng)濟(jì)效益降低，因此生產(chǎn)高金屬化率直接還原鐵時(shí)，應(yīng)適當(dāng)提高還原溫度，建議生產(chǎn)92%金屬化率DRI的參數(shù)為H2/CO=2.6和H2氣氛，還原溫度都應(yīng)定為1050℃。

球團(tuán)的金屬化率達(dá)到50%時(shí)，可以作為高爐預(yù)還原爐料使用，提高高爐的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。1050℃還原時(shí)，球團(tuán)還原速率較快，其還原過(guò)程難以控制，不利于生產(chǎn)預(yù)還原爐料；當(dāng)溫度降低到850-900℃時(shí)，各氣氛條件下需要40-60 min方可生產(chǎn)出適宜金屬化率的預(yù)還原爐料，所需氣量較多；純氫氣氛條件下，950℃時(shí)，在20 min時(shí)球團(tuán)可達(dá)到58.23%金屬化率，溫度升高到1000℃時(shí)，H2/CO=1.6、H2/CO=2.6氣氛下分別40 min前也可達(dá)到50%金屬化率。相對(duì)于生產(chǎn)高金屬化率直接還原鐵，生產(chǎn)50%金屬化率預(yù)還原爐料需要適當(dāng)降低其還原溫度，減緩還原速率，以便于合理控制其金屬化率，適宜工藝參數(shù)為H2=100%，還原溫度950℃；富氫氣氛下建議H2/CO=2.6，還原溫度1000℃。

3.4 還原溫度對(duì)球團(tuán)粘結(jié)指數(shù)的影響

 

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