畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-含碳球團(tuán)的還原實(shí)驗(yàn)

第頁(yè)目錄TOC\o"1-4"\h\z\u摘要 ⅠAbstrac Ⅱ第一章緒論 11.1含碳球團(tuán) 11.2含碳球團(tuán)自還原的化學(xué)反應(yīng) 11.3含碳球團(tuán)自還原特性 21.3.1含碳球團(tuán)與普通球團(tuán)的差別 21.3.2含碳球團(tuán)的特性 31.4含碳球團(tuán)的還原機(jī)理 41.5含碳球團(tuán)直接還原工藝-轉(zhuǎn)底爐法 51.5.1Fastmet法 51.5.2Inmetco法(Redsmelt法) 71.5.3Comet法(Sidmar法) 71.5.4Hi-Qip法 81.5.5Itmk3法 81.6含碳球團(tuán)熔融還原法 91.6.1DLM法 101.6.2Fastmelt法 101.6.3豎爐預(yù)還原法 101.6.4Tecnored法 121.7含碳球團(tuán)自熱熔融還原法 12第二章實(shí)驗(yàn) 152.1實(shí)驗(yàn)原理 152.2實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 152.2.1還原劑的制備 152.2.2熱解-質(zhì)譜聯(lián)用實(shí)驗(yàn) 162.2.3配料計(jì)算 172.2.4含碳球團(tuán)的制備 182.2.5含碳球團(tuán)的還原實(shí)驗(yàn) 19第三章實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析 203.1熱分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果 203.1.1還原劑的氣化特性 203.1.2還原實(shí)驗(yàn)結(jié)果 223.2含碳球團(tuán)還原實(shí)驗(yàn)結(jié)果 24結(jié)論 26致謝 27參考文獻(xiàn) 28第一章緒論1.1含碳球團(tuán)[1]鐵礦含碳球團(tuán)是指由含鐵粉料配以固體還原劑（煤粉和焦粉等）與適當(dāng)?shù)恼辰Y(jié)劑充分混合后，經(jīng)造球機(jī)或壓球機(jī)壓制而成的一種含碳球團(tuán)的小球或含碳含鐵的冷壓塊，簡(jiǎn)稱為含碳球團(tuán)。在以煤代焦的煉鐵技術(shù)中，含碳球團(tuán)技術(shù)備受關(guān)注。含碳球團(tuán)在高溫下的還原速度快，直徑為10～20mm的球團(tuán)投入到溫度高于900℃的反應(yīng)區(qū)，10～20min內(nèi)基本上全部能還原。這是因?yàn)榍驁F(tuán)內(nèi)的碳及礦粉粒度極細(xì)，碳與鐵氧化物密切接觸，使還原速度的限制環(huán)節(jié)由傳統(tǒng)的傳質(zhì)過(guò)程轉(zhuǎn)變?yōu)榻缑婊瘜W(xué)反應(yīng)。溫度愈高，球團(tuán)直徑愈小，原料愈細(xì)，配碳量愈高，則還原速度愈快。但因還原反應(yīng)是強(qiáng)吸熱的，向球團(tuán)傳熱的速度將控制總反應(yīng)速度。因此，發(fā)揮含碳球團(tuán)快速還原特點(diǎn)的必要條件是高溫和快速供熱?？焖龠€原的含碳球團(tuán),因液相不足以浸漬整個(gè)球團(tuán)，在1200～1300℃下還原不會(huì)發(fā)生球團(tuán)間的粘結(jié)。這種良好的耐高溫性能，使得在工業(yè)生產(chǎn)中可將還原溫度提高到1200～1300℃，為實(shí)現(xiàn)高溫快速供熱還原奠定了基礎(chǔ)。含碳球團(tuán)在高溫氧化性氣氛中快速還原時(shí)，還原初期大部分幾乎不受氣相中氧化性氣氛的響而自行還原，只有到還原后期，還原速度降低到一定值后，才發(fā)生氧化現(xiàn)象。氧化速度隨球團(tuán)直徑的增大、加熱溫度的提高和殘留碳量的增加而降低。根據(jù)含碳球團(tuán)在高溫氧化性氣氛中能夠快速還原，還原后的球團(tuán)具有一定的抗氧化性，抗高溫性強(qiáng)，高溫下不易粘結(jié)，冷固結(jié)含碳球團(tuán)強(qiáng)度可滿足豎爐要求等，已開(kāi)發(fā)出和正在開(kāi)發(fā)幾種含碳球團(tuán)非高爐煉鐵法。[2-6]1.2含碳球團(tuán)自還原的化學(xué)反應(yīng)[1]由于含碳球團(tuán)的碳在整個(gè)球團(tuán)內(nèi)均勻分布，當(dāng)球團(tuán)達(dá)到一定溫度，分布在球團(tuán)內(nèi)的無(wú)數(shù)碳粒與鐵氧化物發(fā)生反應(yīng)，因此球團(tuán)內(nèi)部的還原可以成為“自還原”，煤中揮發(fā)分占可燃基的10%～40%，煤被加熱到足夠高溫度是開(kāi)始揮發(fā)出氣體。揮發(fā)分中的可燃性氣體除了一氧化碳和氫氣外，主要是碳?xì)浠衔?。高溫下的碳?xì)浠衔锒畏纸鉃樘己蜌?，因此，將鐵礦粉和煤粉混合制成的含碳球團(tuán)自還原過(guò)程極為復(fù)雜，它包括以下反應(yīng)：煤熱解時(shí)揮發(fā)分的析出和揮發(fā)分中碳?xì)浠衔锏牧呀饷骸鶦+揮發(fā)分（高分子碳?xì)浠衔铩头肿犹細(xì)浠衔?C+H2（鐵氧化物被與其直接接觸的碳還原，被稱為“固-固直接還原”FexOy+C→FexOy-1+CO（鐵氧化物唄揮發(fā)分中的CO何H2以及裂解產(chǎn)生的H2的間接還原FexOy+CO/H2→FexOy-1+CO2/H2O（1.4二氧化碳和水蒸氣與碳的氣化反應(yīng)CO2/H2O+C→2CO/（CO+H2）（1.5）氣化反應(yīng)產(chǎn)生的CO何H2進(jìn)行還原反應(yīng)FexOy+CO/H2→FexOy-1+CO2/H2O（1.4）反應(yīng)式（1.4）與反應(yīng)式（1.5）結(jié)合，得到總的結(jié)果為FexOy+C→FexOy-1+CO（1.3這種直接還原結(jié)果是借助碳的氣化反應(yīng)產(chǎn)生的氣體還原劑進(jìn)行的，稱為“借助碳的氣化反應(yīng)的直接還原”。目前普遍認(rèn)為直接還原反應(yīng)是按照這種方式進(jìn)行的，通常將借助碳的氣化反應(yīng)的直接還原簡(jiǎn)稱為“直接還原”。1.3含碳球團(tuán)自還原特性1.3.1含碳球團(tuán)與普通球團(tuán)的差別普通球團(tuán)和含碳球團(tuán)的自還原差別可由圖1.1[7]看出。含碳球團(tuán)的自還原時(shí)產(chǎn)生的CO，引起球團(tuán)內(nèi)氣體壓力增加，促使了CO的擴(kuò)散，加速了球團(tuán)的還原速率，使含碳球團(tuán)還原速率明顯高于一般球團(tuán)。任志國(guó)等[8]研究了含固定碳在14%以上、琦固定碳物質(zhì)的量與鐵氧化物所含氧化物的量比R=0.86～1.29的含碳球團(tuán)的還原性。結(jié)果顯示：隨還原溫度的升高，還原速度的加快，只有當(dāng)還原溫度為1200℃。R≥1時(shí)，金屬化率才能超過(guò)90%。圖1.1球團(tuán)還原示意圖1.3.2含碳球團(tuán)的特性[9]自還原性含碳球團(tuán)是一個(gè)自還原機(jī)構(gòu)，是一個(gè)多孔復(fù)合體。只要有足夠的熱量，還原反應(yīng)、溶損反應(yīng)完全可以在其內(nèi)部有效進(jìn)行。很多研究表明含碳球團(tuán)的還原仍然遵循二步反應(yīng)機(jī)理，球團(tuán)內(nèi)部也仍然要求一定的還原勢(shì)(CO/CO2)，盡管起動(dòng)反應(yīng)當(dāng)以純石墨為還原劑時(shí)為FexOy+C=FexOy-1+CO，但是氣固相之間的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)條件顯然要優(yōu)于固固相之間的動(dòng)力學(xué)條件，因此，F(xiàn)exOy+CO=FexOy-1+CO2和C+CO2=2CO依然是含碳球團(tuán)中發(fā)生的主要反應(yīng)。原位性：高爐溶損反應(yīng)在焦炭表面完成，產(chǎn)生的CO還原氣體經(jīng)長(zhǎng)距離擴(kuò)散到鐵礦石表面后進(jìn)行間接還原反應(yīng)。而含碳球團(tuán)中的溶損反應(yīng)和間接還原反應(yīng)可視為在原位發(fā)生的反應(yīng)，無(wú)需擴(kuò)散，由于動(dòng)力學(xué)條件優(yōu)越(反應(yīng)比表面積大)，反應(yīng)速度快。封閉性：由于含碳球團(tuán)的自還原特征，還原氣體在球團(tuán)內(nèi)部產(chǎn)生，形成較大的內(nèi)壓，阻礙了外界氣體的進(jìn)入，因此對(duì)氣氛的控制要求低，即便是氧化性氣氛下含碳球團(tuán)的內(nèi)還原仍然可以進(jìn)行。僅當(dāng)還原末期時(shí)，由于產(chǎn)生的還原性氣體數(shù)量急劇減小，此時(shí)需要對(duì)外界氣氛進(jìn)行適當(dāng)控制。防止球團(tuán)的再氧化。汪琦詳細(xì)闡述了含碳球團(tuán)在氧化性氣氛中的極限抗氧化還原速度，設(shè)法降低極限抗氧化還原速度即為控制環(huán)境氣氛提供了有效手段，如減小氣流速度、提高氣氛中CO含量等。1.4含碳球團(tuán)的還原機(jī)理[1]含碳球團(tuán)是以煤粉和焦粉等國(guó)體燃料作為還原劑。煤中可燃基按其工業(yè)分析分為兩類，即揮發(fā)分和固定碳，因此，煤不僅是固體還原劑，而且其中的揮發(fā)分具有氣體還原劑的特點(diǎn)。揮發(fā)分中只有少量的H2和CO可以直接作為還原劑，其中大部分的碳?xì)浠衔锉仨毩呀馍蒆2和C后才能作為還原劑。由于煤的這種特殊性，使得含碳球團(tuán)的還原過(guò)程十分復(fù)雜，而人們?cè)谘芯亢记驁F(tuán)的還原時(shí)，重點(diǎn)都集中在碳的還原作用上，往往忽略了揮發(fā)分的還原作用。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)，隨著溫度的升高，含碳球團(tuán)的還原過(guò)程中的主要反應(yīng)為：揮發(fā)分的熱解，鐵氧化物被揮發(fā)分中的CO和H2一級(jí)其裂解產(chǎn)物H2和C還原，鐵氧化物被碳還原。因此，含碳球團(tuán)的還原應(yīng)分為三個(gè)部分，即揮發(fā)分的熱解、揮發(fā)分的還原作用和碳的還原作用。煤的熱解過(guò)程本身就是一個(gè)極為復(fù)雜的過(guò)程，雖然從事煤的燃燒和煤化工等的科研工作者進(jìn)行了大量的研究工作，但關(guān)于煤熱解的機(jī)理一直爭(zhēng)論不休，因?yàn)槊簾峤膺^(guò)程的失重取決于其加熱過(guò)程的時(shí)間和溫度歷程，即升溫速度、加熱終溫一級(jí)在此溫度下分解過(guò)程所經(jīng)歷的時(shí)間長(zhǎng)短。一次，在不同的條件下，煤熱解規(guī)律有很大差異。在含碳球團(tuán)中，煤的熱解過(guò)程和其中揮發(fā)分的還原作用常常同時(shí)進(jìn)行，在試驗(yàn)方法上不采取有效措施，很難將它們區(qū)別開(kāi)來(lái)。關(guān)于含碳球團(tuán)的還原機(jī)理，早在20世紀(jì)30年代就開(kāi)始進(jìn)行研究，其后進(jìn)行了許多鐵粉與碳粉混合物的還原機(jī)理研究，將這些研究結(jié)果歸納總結(jié)，目前普遍認(rèn)可的碳還原鐵氧化物的機(jī)理主要是有兩種，即“固-固直接還原機(jī)理”和“二步還原機(jī)理”。研究結(jié)果表明，在一定條件下，這兩種機(jī)理都可以較好的描述含碳球團(tuán)內(nèi)碳還原鐵氧化物的過(guò)程。但因?yàn)楹记驁F(tuán)內(nèi)碳還原鐵氧化物的過(guò)程極為復(fù)雜，迄今為止人們?nèi)匀粺o(wú)法徹底了解該還原過(guò)程所涉及的具體作用及程度。固-固還原機(jī)理認(rèn)為：含碳球團(tuán)中的碳直接去還原鐵氧化物產(chǎn)生CO和CO2。其化學(xué)反應(yīng)式為FexOy+C=FexOy-1+CO（1.3）2FexOy+C=2FexOy-1+CO2（1.6）在含碳球團(tuán)還原反應(yīng)初期，在碳顆粒和鐵礦粉顆粒接觸處的氧被去除，形成CO和CO2，同時(shí)在這些接觸處產(chǎn)生孤立的金屬鐵質(zhì)點(diǎn)，隨著還原過(guò)程的進(jìn)行，這些孤立的質(zhì)點(diǎn)不斷長(zhǎng)大，相互連接，然后形成一連續(xù)的金屬鐵殼覆蓋在那些尚未還原的鐵礦粉內(nèi)部的鐵氧化物核心周圍。如果還原反應(yīng)進(jìn)一步進(jìn)行，碳原子則需要通過(guò)在還原產(chǎn)生的金屬鐵殼中擴(kuò)散才能金屬和鐵氧化物交界面，在這種交界面的還原反應(yīng)相對(duì)于氧在金屬鐵產(chǎn)物層內(nèi)的擴(kuò)散速度而言可以認(rèn)為是很快的?；谶@種觀點(diǎn)，研究者認(rèn)為氧在產(chǎn)物層中的擴(kuò)散速度是含碳球團(tuán)的總還原速度的限制性環(huán)節(jié)。針對(duì)固-固還原機(jī)理模型，不同的研究者提出了各種模型，并都很好地描述了鐵礦粉和碳粉之間的固-固還原過(guò)程。J.F.Duncan和D.J.Stewart的研究結(jié)果還證實(shí)了這些模型在模擬鐵礦粉和煤粉之間的固-固還原過(guò)程的效果是相當(dāng)?shù)?。二步還原機(jī)理的反應(yīng)式為FexOy+C=FexOy-1+CO（1.3）FexOy+CO=FexOy-1+CO2（1.7）C+CO2=2CO（1.8）這個(gè)還原機(jī)理是M.Bodenstein于1927年提出的，但直到20世紀(jì)60年代，人們才開(kāi)始逐漸用該機(jī)理來(lái)解釋碳還原鐵氧化物的過(guò)程。二步還原機(jī)理認(rèn)為，鐵氧化物和碳粉直接的固-固還原反應(yīng)FexOy+C=FexOy-1+CO起作用，進(jìn)而產(chǎn)生的氣體產(chǎn)物CO和CO2對(duì)鐵礦粉和煤粉之間的還原起媒介作用。相對(duì)于氣-固反應(yīng)FexOy+CO=FexOy-1+CO2和反應(yīng)C+CO2=2CO的速度而言，固-固反應(yīng)FexOy+C=FexOy-1+CO作用是微不足道的。1.5含碳球團(tuán)直接還原工藝-轉(zhuǎn)底爐法[10～13]1.5.1Fastmet法Fastmet法于50年代由美國(guó)的Ross公司提出，用來(lái)處理冶金廠的含金屬粉塵和氧化鐵等廢料。經(jīng)過(guò)多年的半工業(yè)試驗(yàn)和深入的可行性研究，現(xiàn)已完成了工藝操作參數(shù)和裝置設(shè)計(jì)的最佳化。目前，Midrex公司正同日本神戶制鋼合作，在神戶制鋼的加古川鋼鐵廠進(jìn)行Fastmet示范裝置的工業(yè)試驗(yàn),以期進(jìn)一步證實(shí)該工藝,并使其盡快實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。1995年在日本神戶制鋼的試驗(yàn)廠，已生產(chǎn)出了DRI，金屬化率達(dá)到80%，含碳2%，生產(chǎn)能力為25t/h。Fastmet工藝生產(chǎn)的DRI可用于EAF煉鋼。Midrex公司相信，F(xiàn)astmet工藝比用天然氣工藝的成本低，可以在世界各地生產(chǎn)DRI/HBI。最近，美國(guó)Midrex公司與神戶鋼鐵公司在Fastmet工藝基礎(chǔ)上聯(lián)合開(kāi)發(fā)了一種用礦粉和煤粉生產(chǎn)電爐煉鋼用鐵水的新方法。其工藝是把粉礦、粉煤均勻混合，壓成坯塊，然后加熱到1300～1500℃,就可以煉出鐵水。此工藝可以煉出含鐵達(dá)98%的鐵水，也可生產(chǎn)粒鐵。據(jù)稱，該工藝冶煉時(shí)間僅10mi，其設(shè)備規(guī)?？蔀槠胀ǜ郀t的1/10。由于用煤作燃料，廠址可建在電爐旁邊，直接供鐵水給電爐，可大量節(jié)能和降低成本。Fastmet法的基本原理(如圖1.2所示)是將燃燒著的火焰高溫經(jīng)爐壁通過(guò)輻射傳給球團(tuán)料層表面，使含碳球團(tuán)中的鐵礦粉在高溫下被其中的碳和/或揮發(fā)分還原。這種工藝的特點(diǎn)是：（1）采用這種輻射傳熱，避免了“輻射”和“傳質(zhì)”之間的矛盾。（2）工藝簡(jiǎn)單，對(duì)冶金資源適應(yīng)性強(qiáng)，建設(shè)費(fèi)用低。Fastmet法完全以煤作燃料，不需要將鐵礦粉事先造塊。用轉(zhuǎn)底爐作反應(yīng)器，對(duì)生球或壓塊的強(qiáng)度要求極低，這一點(diǎn)是豎爐和回轉(zhuǎn)窯所不能比擬的。（3）燃料利用率高，無(wú)碳?xì)浠衔锱欧?。在該工藝中，煤炭帶入的揮發(fā)分將充分燃燒，不存在碳?xì)浠衔锏呐欧哦廴经h(huán)境的問(wèn)題，這可大幅度降低環(huán)保開(kāi)支。另一方面，煤粉帶入的碳也可大部分被轉(zhuǎn)化為CO2，燃料利用率高。但是,火焰的高溫?zé)崃恳枯椛鋫鳠?，只能達(dá)到料層表面，部分熱量通過(guò)料層的空隙輻射也只能達(dá)到表面1～2層的地方。這使得Fastmet法在爐底上只能鋪2～3層球團(tuán),厚度為20～30mm左右。即使球團(tuán)在爐內(nèi)還原速度快，停留時(shí)間只有20min左右，但是生產(chǎn)率比一般燒結(jié)或球團(tuán)工藝差不多低了一個(gè)數(shù)量級(jí)，與燒結(jié)-高爐法同等規(guī)模的進(jìn)行比較，需建的轉(zhuǎn)底爐的“還原面積”比燒結(jié)機(jī)的“燒結(jié)面積”大十倍以上。圖1.2轉(zhuǎn)底爐原理圖1.5.2Inmetco法(Redsmelt法)Inmetco法由德國(guó)曼內(nèi)斯曼#德馬克公司(現(xiàn)為西馬克#德馬克公司)開(kāi)發(fā)，基本方法也是將含碳球團(tuán)裝入轉(zhuǎn)底爐還原成直接還原鐵，但在裝料方式、燒嘴形式、爐溫分布、金屬料收集和運(yùn)輸設(shè)備，以及高溫廢氣熱量利用等方面有其特點(diǎn)。美國(guó)印第安納州IronDynamics公司(SteelDynamics公司的子公司)利用此法建成年產(chǎn)60萬(wàn)t還原鐵的生產(chǎn)線,投產(chǎn)以來(lái),雖然出現(xiàn)的問(wèn)題較多，但鋼鐵界對(duì)此種工藝的前景表示樂(lè)觀，因?yàn)樗梢蕴峁徼F水，節(jié)約能源，提高生產(chǎn)率和鋼質(zhì)量(可減少鋼水中氮含量)，使短流程鋼廠能提供高質(zhì)量板材。1.5.3Comet法(Sidmar法)Comet法在轉(zhuǎn)底爐中從底部開(kāi)始按順序依次裝入熟石灰和石灰石混合的石灰層(用以脫硫)--鐵礦石--粉礦--煤層--鐵礦石粉礦--煤層進(jìn)行布料，從噴嘴噴入燃料開(kāi)始燃燒,在轉(zhuǎn)底爐轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中鐵礦石開(kāi)始逐漸熔化、還原。該工藝生產(chǎn)的直接還原鐵金屬化率為92%，硫含量小于0.05%。Comet工藝由比利時(shí)鋼鐵能源中心開(kāi)發(fā)并進(jìn)行了試驗(yàn)研究，此后該工藝在盧森堡阿爾貝德公司所屬比利時(shí)馬爾蒂姆鋼鐵公司用于實(shí)際生產(chǎn)，但此方法生產(chǎn)率低，難以適應(yīng)大規(guī)模生產(chǎn)要求。1998年初，Sidmar鋼鐵廠在此基礎(chǔ)上提出了Sidmar法，鐵礦粉和還原劑混合裝料，但不分層，裝料點(diǎn)在轉(zhuǎn)爐底內(nèi)側(cè)，靠機(jī)械裝置翻移爐料，并推向爐底外側(cè)出料，熱還原鐵直接裝入熔融電爐生產(chǎn)鐵水。在此基礎(chǔ)上，Sidmar公司與CRM又開(kāi)發(fā)了圖1.3[13]所示的SIDCOMET工藝，進(jìn)行了為期三年時(shí)間的7萬(wàn)噸/年的示范廠試驗(yàn)，2001年比利時(shí)東佛蘭德省授予建最新SIDCOMET裝置的環(huán)境許可，但2011年因考慮到從示范廠放大到75萬(wàn)噸/年的工業(yè)性裝置存在的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，該計(jì)劃又被否決了。圖1.3SIDCOMET工藝1.5.4Hi-Qip法Hi-Qip工藝由日本川崎鋼鐵株式會(huì)社開(kāi)發(fā)。該工藝將鐵礦粉用粉煤直接還原和熔化得到高質(zhì)量粒鐵，生產(chǎn)過(guò)程是將小于3mm的含碳原料裝入轉(zhuǎn)底爐，然后將其表層均勻壓坑,坑直徑約為50mm，深約15mm,坑間距約為70～80mm，然后將鐵礦粉、煤和其他原料的混勻料鋪在具有壓坑的含碳原料層上,再將轉(zhuǎn)底爐加熱至1500℃，鐵礦還原并熔化，熔融物料在含碳原料層的坑中收集、凝固并從爐內(nèi)取出。15min內(nèi)生成低雜質(zhì)高質(zhì)量直接還原鐵。該工藝能直接用粉礦和煤粉,投資少、成本低、產(chǎn)品質(zhì)量高，金屬化率接近100%。1.5.5Itmk3法Itmk3工藝是由美國(guó)MesabiNugget公司與神戶鋼公司(Midrex技術(shù)公司的母公司)簽訂協(xié)議在Minnesoda州建造一座Itmk3試驗(yàn)工廠，其目的是要進(jìn)一步發(fā)展Itmk3工藝至商業(yè)性生產(chǎn)規(guī)模。Itmt3是一種新的煉鐵工藝，用環(huán)形爐將鐵礦粉和粉煤處理成與高爐生鐵質(zhì)量相同的鐵塊。能量效率和環(huán)境狀況都良好，該工藝比高爐作業(yè)少產(chǎn)出20%的CO2。還原、熔化和流渣僅需約10min。此外，投資僅需高爐流程的一半。轉(zhuǎn)底爐法是將燃著的火焰高溫經(jīng)爐壁通過(guò)輻射傳給料層表面的球團(tuán)，使含碳球團(tuán)中的鐵礦粉在高溫下被其中的碳和/或揮發(fā)分還原。這種工藝的優(yōu)點(diǎn)是：（1）采用這種輻射傳熱，避免了“輻射”和“傳質(zhì)”之間的矛盾。（2）工藝簡(jiǎn)單，對(duì)冶金資源適應(yīng)性強(qiáng),建設(shè)費(fèi)用低，完全以煤作燃料。（3）用轉(zhuǎn)底爐作反應(yīng)器對(duì)生球或壓塊的強(qiáng)度要求極低，使用冷固結(jié)含碳球團(tuán)，取消了高溫氧化球團(tuán)生產(chǎn)環(huán)節(jié)，這一點(diǎn)是豎爐和回轉(zhuǎn)窯不能比擬的。（4）燃料利用率高,無(wú)碳?xì)浠衔锱欧艈?wèn)題。在該工藝中，煤炭帶入的揮發(fā)分將充分燃燒，不存在碳?xì)浠衔锏呐欧哦廴经h(huán)境的問(wèn)題，煤粉帶入的碳也可以大部分被轉(zhuǎn)化為CO2，燃料利用率高。（5）采用內(nèi)配碳自還原，只需外部升溫和傳熱,反應(yīng)溫度比傳統(tǒng)工藝高300～600℃，反應(yīng)速度快，球團(tuán)在爐膛中停留時(shí)間只有10～20min左右。但該工藝也存在不足:（1）火焰區(qū)的高溫?zé)崃靠枯椛鋫鳠嶂荒苓_(dá)到料層的表面，部分熱量通過(guò)料層的空隙輻射也只能達(dá)到表面層1～2層的地方。該工藝生產(chǎn)率比一般的燒結(jié)或球團(tuán)工藝基本上低了一個(gè)數(shù)量級(jí)。與同等規(guī)模的燒結(jié)-高爐工藝比較，需建的轉(zhuǎn)底爐的“還原面積”比燒結(jié)機(jī)的“焙燒面積”大10倍以上。（2）用含碳球團(tuán)作為直接還原的原料，其中煤的灰分殘留在金屬化球團(tuán)內(nèi)，這就要求用灰分含量非常低的煤作為還原劑，限制了該直接還原技術(shù)的推廣應(yīng)用。1.6含碳球團(tuán)熔融還原法按20世紀(jì)60年代S.Eketorp提出的熔融還原理論,熔融還原為在熔融狀態(tài)下鐵氧化物被碳還原。在系統(tǒng)中,完全靠還原反應(yīng)生成的CO的二次燃燒熱量滿足熱平衡的需要,稱其為自熱還原。碳是唯一的能源，在理論上可以達(dá)到最低的噸鐵碳耗321kg。熔融還原追求的技術(shù)思想是既無(wú)需鐵礦粉造塊，又不使用昂貴的冶金焦炭，既能生產(chǎn)高質(zhì)量的鐵水又極少污染環(huán)境，工藝過(guò)程和設(shè)備簡(jiǎn)單，生產(chǎn)規(guī)模靈活，生產(chǎn)率高。按S.Eketorp熔融還原理論，在一個(gè)反應(yīng)器完成鐵礦石還原和渣鐵熔化分離的熔融還原法，稱為一步法。在實(shí)際應(yīng)用中，除了目前還在研究的Romelt法外，其它都未成功。其主要問(wèn)題是熔融還原反應(yīng)的強(qiáng)吸熱的補(bǔ)償和高氧化鐵渣對(duì)耐火材料的侵蝕等難以解決。為了解決熔融還原反應(yīng)的強(qiáng)吸熱的補(bǔ)償和高氧化鐵渣對(duì)耐火材料的侵蝕等難題，熔融還原法的研究開(kāi)發(fā)向在一個(gè)反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行預(yù)還原，在另一個(gè)反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行終還原的二步熔融還原法發(fā)展，稱為二步熔融還原法。其存在的主要問(wèn)題是:（1）工業(yè)化成功的COREX法在豎爐內(nèi)預(yù)還原時(shí)間長(zhǎng)達(dá)4h左右才獲得高預(yù)還原度，設(shè)備大頭小尾。(2)鐵浴熔融還原法(DIOS法和AISI-DO法)用二次燃燒后的煤氣作為預(yù)還原氣體，只能將礦石還原到30%左右，較低的預(yù)還原度沒(méi)有從根本上解決較高終還原負(fù)荷需要的大量熱補(bǔ)償和高氧化鐵渣對(duì)耐火材料的侵蝕等問(wèn)題，噸鐵能耗高，爐襯壽命短，難以經(jīng)濟(jì)地生產(chǎn)鐵水。(3)兩個(gè)反應(yīng)器之間爐料的排放，煤氣的轉(zhuǎn)換限制了煤氣物理熱的充分利用，連接方法也是一項(xiàng)巨大技術(shù)難題。雖然采用旋風(fēng)反應(yīng)器作為礦粉預(yù)還原的CCF法，將旋風(fēng)預(yù)還原裝置直接“坐”在豎式鐵浴爐的正上方，避免了兩個(gè)反應(yīng)器的連接問(wèn)題,但還存在預(yù)還原度低的問(wèn)題。為了解決熔融還原法中預(yù)還原速度慢和(或)預(yù)還原度低等問(wèn)題，提出了含碳球團(tuán)熔融還原法。1.6.1DLM法[14]在DLM法中，將鐵礦粉、熔劑和煤按一定的配比制成球團(tuán)，再將球團(tuán)在鏈篦機(jī)上烘干、預(yù)熱、并進(jìn)行部分還原。從鏈篦機(jī)出來(lái)的預(yù)還原球團(tuán)(還原率為50%～60%)熱裝進(jìn)入埋弧熔煉爐，生產(chǎn)出液態(tài)生鐵。1.6.2Fastmelt法Fastmelt法是將生產(chǎn)直接還原鐵(DIR)的Fastmet法與電熔煉爐(EIF)相結(jié)合的二步熔融還原法。含碳球團(tuán)經(jīng)Fastmet還原達(dá)到80%～90%的金屬化率，然后熱裝入EIF內(nèi)進(jìn)行終還原和渣鐵分離。1.6.3豎爐預(yù)還原法胡光沛等[15]早在1986年就提出含碳球團(tuán)豎爐-鐵浴二步熔融還原設(shè)想。周渝生等1988年申報(bào)了用煤粉和鐵礦粉直接冶煉鐵水的方法發(fā)明專利[16]，并在煤粉化鐵爐上進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。工藝過(guò)程為：煤粉、空氣在臥式爐中旋轉(zhuǎn)燃燒提供熱量，燃燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔饨?jīng)過(guò)火道進(jìn)入豎爐，逆流預(yù)熱鐵礦-煤球團(tuán)，預(yù)還原后的球團(tuán)在豎爐底部和火道中熔化、過(guò)熱并進(jìn)行終還原，最后流入前爐完成渣鐵的分離。杜挺等對(duì)其設(shè)想的三種含碳球團(tuán)-鐵浴熔融還原工藝(快速預(yù)還原、豎爐預(yù)還原、一步法)與COREX熔融還原工藝進(jìn)行了計(jì)算機(jī)模擬，并對(duì)它們的能耗參數(shù)進(jìn)行了比較，發(fā)現(xiàn)含碳球團(tuán)高溫快速預(yù)還原+鐵浴終還原煉鐵法和含碳球團(tuán)豎爐預(yù)還原+鐵浴終還原煉鐵法在耗煤量、總能耗和能量利用率等方面均優(yōu)于COREX法,而COREX法的爐氣熱值則高于或略高于含碳球團(tuán)高溫快速預(yù)還原+鐵浴終還原煉鐵法和含碳球團(tuán)豎爐預(yù)還原+鐵浴終還原煉鐵法三種流程的爐氣熱值。在能耗和原料消耗等方面，含碳球團(tuán)高溫快速預(yù)還原+鐵浴終還原煉鐵法和含碳球團(tuán)豎爐預(yù)還原+鐵浴終還原煉鐵法可達(dá)到比COREX法更好的工藝技術(shù)指標(biāo)。汪琦曾提出了一種含碳球團(tuán)鐵浴熔融還原法[17]的工藝過(guò)程(見(jiàn)圖1.4)為:用豎爐作預(yù)還原反應(yīng)器，鐵浴作終還原反應(yīng)器，從鐵浴中排出的煤氣(二次燃燒率為50%)與豎爐排出的煤氣混合，輸入豎爐燃燒室用氧氣燃燒，產(chǎn)生的高溫?zé)煔廨斎胴Q爐，逆流加熱含碳球團(tuán)，還原后的球團(tuán)排入鐵浴進(jìn)行終還原和渣鐵的分離。圖1.6示出了該工藝過(guò)程的?；Ｐ蚚18]。1-加料管；2-豎爐；3-還原區(qū)；4-噴火口；5-過(guò)渡區(qū)；6-燃燒室；7-氧氣入口；8-煤氣入口；9-排料器；10-排料口；11-預(yù)還原球團(tuán)；12-鐵浴；13-煤氣循環(huán)壓縮機(jī)；14-鐵水器；15-除塵器；16-煤氣出口；17-含碳球團(tuán)圖1.4含碳球團(tuán)鐵浴熔融還原工藝流程圖圖1.5含碳球團(tuán)鐵浴熔融還原工藝?；Ｐ?.6.4Tecnored法Tecnored法是一種以自還原冷固結(jié)球團(tuán)和改良豎爐為基礎(chǔ)的新技術(shù)。Tecnored技術(shù)公司和北極星鋼鐵公司在1996年春簽訂協(xié)議，建一座年產(chǎn)30萬(wàn)噸鐵水的熔煉爐，為北極星公司Beaumont，TX廠的電爐車間提供原料。Tecnored法用設(shè)計(jì)獨(dú)特的豎爐熔煉冷固結(jié)含碳、自熔、自還原球團(tuán)礦(Tecnored球團(tuán))，Tecnored法將預(yù)還原豎爐“坐”在終還原熔煉爐上成為一個(gè)反應(yīng)器，稱為改良豎爐，鐵礦-煤球團(tuán)充滿整個(gè)豎爐并直接坐在豎爐底部，終還原的煤氣經(jīng)二次燃燒后進(jìn)入豎爐的上部，逆流加熱鐵礦-煤球團(tuán)，預(yù)還原后的球團(tuán)直接進(jìn)入豎爐的下部，進(jìn)行終還原和渣鐵分離，Tecnored法在豎爐中熔煉Tecnored球團(tuán)示意圖見(jiàn)圖1.6。圖1.6Tecnored法在豎爐中熔煉Tecnored球團(tuán)1.7含碳球團(tuán)自熱熔融還原法為了解決目前含碳球團(tuán)還原法中存在的問(wèn)題，汪琦提出了含碳球團(tuán)自熱還原的概念和順流豎爐-鐵浴熔融還原的技術(shù)思想[17]。含碳球團(tuán)自熱還原的概念是直接燃燒含碳球團(tuán)還原過(guò)程中產(chǎn)生的可燃性氣體，加熱球團(tuán)，提供還原耗熱。實(shí)現(xiàn)含碳球團(tuán)自熱還原的方法是采用順流豎爐作反應(yīng)器，含碳球團(tuán)和預(yù)熱的高溫富氧空氣分別從爐頂加入爐內(nèi)，它們?cè)陧樍飨陆颠^(guò)程中，球團(tuán)的升溫和還原需要的熱量大部分由燃燒揮發(fā)分和還原產(chǎn)生的CO提供，還原后的球團(tuán)和高溫爐氣分別從豎爐的下部和中部排出。含碳球團(tuán)順流豎爐-鐵浴熔融還原法的工藝過(guò)程(見(jiàn)圖1.7)為:用順流豎爐作預(yù)還原反應(yīng)器，鐵浴作終還原反應(yīng)器，將經(jīng)順流豎爐預(yù)還原的鐵礦-煤球團(tuán)排入鐵浴中進(jìn)行終還原和渣鐵分離，將鐵浴排出的煤氣(二次燃燒率50%左右)與從豎爐下部排出的煤氣混合，經(jīng)換熱器換熱加熱富氧空氣。但這種方法仍然存在預(yù)還原反應(yīng)器和終還原反應(yīng)器連接困難的問(wèn)題。圖1.7順流豎爐-鐵浴熔融還原法工藝過(guò)程用順流豎爐作預(yù)還原器的另一個(gè)可能的含碳球團(tuán)還原熔融還原方法也是由本文作者提出的，即順流豎爐直接“坐”在終還原反應(yīng)器的上方成為一個(gè)反應(yīng)器，含碳球團(tuán)料柱直接坐在終還原反應(yīng)器的底部，高溫富氧空氣和球團(tuán)在豎爐內(nèi)的順流下降過(guò)程中，通過(guò)直接燃燒球團(tuán)還原過(guò)程中產(chǎn)生的可燃性氣體加熱球團(tuán)，進(jìn)行預(yù)還原，在終還原反應(yīng)器再燃燒從豎爐排出的高溫煤氣，將預(yù)還原的球團(tuán)進(jìn)行終還原和渣鐵分離。這種方法可稱為“含碳球團(tuán)自熱熔融還原法”，簡(jiǎn)稱為SHSR法，工藝流程見(jiàn)圖1.8。1-含碳球團(tuán)；2-豎爐頂部的裝料管；3-豎爐上部；4-豎爐下部；5-氧氣；6-吹氧口；7-渣鐵；8-出渣鐵口；9-高溫廢氣出口；10-高溫廢氣；11-除塵器；12-換熱器；13-低溫廢氣；14-富氧空氣；15-高溫富氧空氣；16-氣體噴入口圖1.8含碳球團(tuán)自熱熔融還原法工藝流程示意圖SHSR法的優(yōu)點(diǎn):(1)快速預(yù)還原使預(yù)還原設(shè)備可大幅度減??；(2)較高的預(yù)還原度可以減輕終還原負(fù)荷，降低能耗，輕高FeO渣對(duì)耐火材料的侵蝕等問(wèn)題；(3)采用一個(gè)反應(yīng)器的二步熔融還原法，不僅具有二步熔融還原法的優(yōu)點(diǎn)，還避免了二步熔融還原法中兩個(gè)反應(yīng)器之間爐料排放、煤氣轉(zhuǎn)換等連接問(wèn)題；(4)還原產(chǎn)生的可燃性氣體在反應(yīng)器內(nèi)可直接利用，熱效率高；(5)煤中的碳?xì)浠衔镌诜磻?yīng)器內(nèi)燃燒，能夠減少環(huán)境污染。

第二章實(shí)驗(yàn)2.1實(shí)驗(yàn)原理鐵礦含碳球團(tuán)系指由含鐵粉料配以固體還原劑（煤粉和焦粉等）與適當(dāng)?shù)恼辰Y(jié)劑經(jīng)充分混合后經(jīng)造球機(jī)造球或壓球機(jī)壓制而成的一種含碳含鐵的小球或含碳含鐵的冷壓塊，簡(jiǎn)稱為含碳球團(tuán)。按碳熱還原的二步還原機(jī)理，含碳球團(tuán)的還原過(guò)程為C+CO2=2CO（2.1）FexOy+CO=FexOy-1+CO2（2.2）則由公式（2.1）和公式（2.2）可得公式（2.3）FexOy+C=FexOy-1+CO（2.3）還原劑對(duì)含碳球團(tuán)還原過(guò)程的影響主要表現(xiàn)在還原溫度和還原耗熱量。在采用神木半焦粉為鐵礦含碳球團(tuán)固體還原劑的實(shí)驗(yàn)研究中，分別采用兩種實(shí)驗(yàn)技術(shù)，一種是綜合熱分析技術(shù)，另一種是含碳球團(tuán)還原熱重實(shí)驗(yàn)技術(shù)。研究?jī)?nèi)容主要為還原劑種類以及還原劑配比對(duì)含碳球團(tuán)還原過(guò)程的影響。2.2實(shí)驗(yàn)內(nèi)容實(shí)驗(yàn)采用的鐵精礦粉原料化學(xué)成分見(jiàn)表2.1，還原劑無(wú)煙煤、焦粉和半焦粉，工業(yè)分析見(jiàn)表2.2。表2.1鐵精礦化學(xué)成分（％）TFeFe2+SiCaOMgOAl2O3Ig67.88%29.51%5.4%0.17%0.24%<0.1%-2.55%表2.2還原劑工業(yè)分析還原劑全水%內(nèi)水分%灰分%揮發(fā)分%固定碳%全硫%半焦10.47.5510.4811.2473.460.61焦粉0.880.8414.101.9883.490.75無(wú)煙煤5.60.9418.36.6473.790.612.2.1還原劑的制備用球磨機(jī)分別將半焦、焦粉、無(wú)煙煤磨碎，然后用200目（0.074mm）振動(dòng)篩（型號(hào)）篩分，獲得粒度小于0.074mm粉樣，用于實(shí)驗(yàn)樣品。2.2.2熱解-質(zhì)譜聯(lián)用實(shí)驗(yàn)考察煤樣在熱解過(guò)程中熱失重過(guò)程及對(duì)熱解產(chǎn)生的氣體的在線質(zhì)譜分析。實(shí)驗(yàn)采用熱重分析儀質(zhì)譜儀聯(lián)用技術(shù)。其中熱重分析儀為法國(guó)SETARAM高溫同步熱分析儀，質(zhì)譜儀為氣體分析質(zhì)譜儀Omnistar。實(shí)驗(yàn)條件：動(dòng)態(tài)高純氬氣氣氛，流速為40ml/min，樣品粒度小于200目，樣品用量20mg左右，升溫速率為10℃/min，終溫為1250℃。儀器技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表2.3表2.4儀器流程見(jiàn)圖2.1。表2.3法國(guó)SETARAM高溫同步熱分析儀技術(shù)參數(shù)溫度范圍升降溫速率天平最大稱重量解析度氣氛RT...1600℃（PC）0.01...50K/min20,000mgTG0.4μg惰性，氧化，還原，靜態(tài)，動(dòng)態(tài)表2.4體分析質(zhì)譜儀Omnistar技術(shù)參數(shù)型號(hào)OmniStarTM質(zhì)量數(shù)范圍amu1-100/1-200/1-300氣體連接不銹鋼毛細(xì)管氣體流量sccm1-2樣氣壓力mbar1000工作溫度,毛細(xì)管。C可達(dá)到200分析器QMA200M測(cè)量系統(tǒng)，材料／直徑／長(zhǎng)度mm不銹鋼/6/100檢測(cè)器C-SEM/法拉第質(zhì)譜儀電子設(shè)備QME200M軟件QuadStar尺寸（長(zhǎng)＊寬＊高）mm720280420氬氣氬氣流量計(jì)質(zhì)譜儀熱分析儀冷卻水圖2.1熱重-質(zhì)譜儀器示意圖2.2.3配料計(jì)算設(shè)配制質(zhì)量為M的鐵精礦粉所需的還原劑的量nFe1=鐵精礦粉質(zhì)量×29.51%56nFe2=鐵精礦粉質(zhì)量×（67.88%-29.51%）56no=nFe1+nFe2×1.5（2.3）設(shè)nc：no=a（2.4）M還原劑no×a×12還原劑固定碳含量還原劑占總量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)=所需還原劑質(zhì)量所需還原劑質(zhì)量+M（式中nFe1——質(zhì)量為M的鐵精礦粉中Fe2+的物質(zhì)的量nFe2——質(zhì)量為M的鐵精礦粉中Fe3+的物質(zhì)的量no——質(zhì)量為M的鐵精礦粉中與鐵結(jié)合的氧的物質(zhì)的量nc——所需還原劑含碳的物質(zhì)的量a——比例常數(shù)（a=1.1、1.0、0.9、0.8）M還原劑——所需還原劑質(zhì)量由式（2.1）～（2.6）計(jì)算得配制1000g鐵精礦粉時(shí)，在不同a下所需還原劑的量，計(jì)算結(jié)果如表2.5～2.7。表2.5配制1000g鐵精礦粉不同比例時(shí)所需的半焦量還原劑比例常數(shù)a所需M還原劑/g還原劑占總量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)%1.1279.36921.836半焦1.0253.97220.2530.9228.57518.6050.8203.17816.887表2.6配制1000g鐵精礦粉不同比例時(shí)所需的焦粉量還原劑比例常數(shù)a所需M還原劑/g還原劑占總量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)%1.1245.80719.731焦粉1.0223.46118.2650.9201.11516.7440.8178.76915.166表2.7配制1000g鐵精礦粉不同比例時(shí)所需的無(wú)煙煤量還原劑比例常數(shù)a所需M還原劑/g還原劑占總量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)%1.1278.12021.760無(wú)煙煤1.0252.83620.1810.9228.57518.6050.8202.26916.8242.2.4含碳球團(tuán)的制備將研磨好的焦粉、無(wú)煙煤、半焦、分別與鐵精礦粉按C/O摩爾比分別為0.8、0.9、1.0、1.1的比例混合,充分混合后，用7%的水玻璃作粘結(jié)劑，在直徑為500mm的圓盤(pán)造球機(jī)上造球,選擇球徑為11mm～13mm的生球，將選好后生球放入100℃條件下的烘干箱內(nèi)干燥12小時(shí)后，留作還原實(shí)驗(yàn)。2.2.5含碳球團(tuán)的還原實(shí)驗(yàn)還原失重實(shí)驗(yàn)裝置示于圖2.2，采用的是遼寧科技大學(xué)自制的熱重管式電爐，加熱體材質(zhì)為MoSi。溫度由計(jì)算機(jī)控制，實(shí)驗(yàn)爐剛玉管內(nèi)徑50mm，電子天平感量為0.001g。恒溫還原實(shí)驗(yàn)的溫度分別為1100℃、1150℃、1200℃、1250℃，時(shí)間20min，保護(hù)氣體為工業(yè)氮?dú)猓髁繛?L·mm-1。先升溫，待爐體吊籃處溫度升到實(shí)驗(yàn)溫度后，恒溫10min后，將含碳球團(tuán)試樣裝入吊籃內(nèi)，置于反應(yīng)爐管內(nèi)恒溫區(qū)進(jìn)行還原失重實(shí)驗(yàn)，上端與電子天平相連，同時(shí)開(kāi)始記錄數(shù)據(jù)。每個(gè)實(shí)驗(yàn)時(shí)間為20min，數(shù)據(jù)記錄時(shí)前15min每10s記錄一次數(shù)據(jù)，后5min每20s記錄一次。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后迅速將試樣從還原爐取出，放入通有氮?dú)獾墓苁綘t中冷卻至室溫，用于后續(xù)的化學(xué)分析。1-計(jì)算機(jī)控溫系統(tǒng)；2-計(jì)算機(jī)和爐體電源開(kāi)關(guān)；3-電子天平；4-高度調(diào)節(jié)器；5-爐體；6-保護(hù)氮?dú)鈭D2.2含碳球團(tuán)還原實(shí)驗(yàn)裝置示意圖

第三章實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析3.1熱分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果3.1.1還原劑的氣化特性圖2.3、圖2.4和圖2.5分別為三種不同還原劑氣化的TG曲線、DTG曲線和DSC曲線。由DTG曲線得到的還原劑氣化特征參數(shù)見(jiàn)表2.8。由表2.8可見(jiàn)：（1）半焦粉的氣化開(kāi)始溫度和結(jié)束溫度均低于焦粉和無(wú)煙煤；（2）半焦粉的氣化溫度區(qū)間小于焦粉，但大于無(wú)煙煤；（3）半焦粉最大氣化速率對(duì)應(yīng)的溫度1033℃，比焦粉和無(wú)煙煤的分別低103℃和87℃，表明半焦粉的氣化性能明顯好于焦粉和無(wú)煙煤。圖2.3還原劑氣化的TG曲線圖2.4還原劑氣化的DTG曲線圖2.5還原劑氣化的DSC曲線表表2.8不同還原劑的氣化特征參數(shù)氣化焦粉半焦粉無(wú)煙煤粉氣化開(kāi)始溫度/℃816723936氣化最高溫度/℃113610331120氣化最大速率/1·s-10.0440.0630.059氣化結(jié)束溫度/℃127910851252氣化溫度區(qū)間/℃463362316表2.8不同還原劑的氣化特征參數(shù)氣化焦粉半焦粉無(wú)煙煤粉氣化開(kāi)始溫度/℃816723936氣化最高溫度/℃113610331120氣化最大速率/1·s-10.0440.0630.059氣化結(jié)束溫度/℃127910851252氣化溫度區(qū)間/℃4633623163.1.2還原實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖2.6、圖2.7和圖2.8分別為不同還原劑的含碳鐵礦粉混合物TG曲線、DTG曲線和DSC曲線。由DTG曲線得到的還原特征參數(shù)見(jiàn)表2.9。由圖2.6～圖2.8和表2.9可見(jiàn)：（1）半焦粉作還原劑時(shí)，DTG曲線呈現(xiàn)一個(gè)峰值，表明還原一步完成；無(wú)煙煤和焦粉作為還原劑時(shí)，DTG曲線呈現(xiàn)均兩次峰值，表明還原分兩步進(jìn)行。（2）半焦粉作還原劑時(shí)的還原開(kāi)始溫度低于焦粉和無(wú)煙煤，還原最大速率與焦粉和無(wú)煙煤第一個(gè)峰值速率基本相同，低于焦粉和無(wú)煙煤第二個(gè)峰值速率，還原最大速率對(duì)應(yīng)的溫度為1012℃，與半焦粉最大氣化速率對(duì)應(yīng)的溫度1033℃，也基本相近，比焦粉和無(wú)煙煤第二個(gè)還原峰值速率對(duì)應(yīng)的溫度分別低202℃和160℃，還原結(jié)束溫度基本相同。（3）DSC曲線與DTG曲線比較可見(jiàn)，半焦粉作為還原劑時(shí)的還原最大熱流值（dH/dt）與焦粉和無(wú)煙煤的第一個(gè)熱流峰值基本相同，比焦粉和無(wú)煙煤的第二個(gè)熱流峰值低。圖2.6還原劑還原鐵礦粉的TG曲線圖2.7還原劑還原鐵礦粉的DTG曲線圖2.8還原劑還原鐵礦粉的DSC曲線表2.9不同還原劑還原鐵礦粉的特征參數(shù)還原焦粉半焦粉無(wú)煙煤粉還原開(kāi)始溫度/℃871753881第一次峰值溫度/℃102610121053第二次峰值溫度/℃1214—1172還原結(jié)束溫度/℃128012831280表2.9不同還原劑還原鐵礦粉的特征參數(shù)還原焦粉半焦粉無(wú)煙煤粉表2.9不同還原劑還原鐵礦粉的特征參數(shù)還原焦粉半焦粉無(wú)煙煤粉還原開(kāi)始溫度/℃871753881第一次峰值溫度/℃102610121053第二次峰值溫度/℃1214—1172還原結(jié)束溫度/℃128012831280（1）還原劑的還原性還原劑配比為C/O=1.1、還原溫度為1250℃時(shí)還原后試樣的化學(xué)分析結(jié)果和失重率見(jiàn)表2.10。由表2.10可見(jiàn)，半焦粉作還原劑時(shí)還原后球團(tuán)的金屬化率與焦粉基本相同，比無(wú)煙煤的高，表明半焦粉的還原性與焦粉基本相同，好于無(wú)煙煤。表2.10還原劑不同時(shí)含碳球團(tuán)還原后的化學(xué)分析結(jié)果（1250℃，C/O=1.1）還原劑含碳量%TFe%MFe%Fe2+%金屬化率還原度無(wú)煙煤9.8475.2664.346.3985.4984.62焦粉4.5380.1375.393.3594.0893.79半焦5.0577.9072.405.4692.9493.47（2）半焦的配比不同半焦配比時(shí)還原后試樣的化學(xué)分析結(jié)果和失重率見(jiàn)表2.11。由表2.11可見(jiàn)，碳氧比為1.1時(shí)的金屬化率為92.94%，比碳氧比為1.0時(shí)的高0.65%，還原度為93.47%，比碳氧比為1.0時(shí)的高0.18%，明顯高于碳氧比為0.9和碳氧比為0.8的金屬化率和還原度。因此，用半焦作還原劑時(shí)，合理的碳氧比為1.0。表2.11半焦粉作還原劑時(shí)含碳球團(tuán)還原后的化學(xué)分析結(jié)果（1250℃）碳氧比含碳量%TFe%MFe%Fe2+%金屬化率還原度1.15.0577.9072.405.4692.9493.471.03.3279.8573.613.0792.1992.290.92.6679.0167.568.9385.5186.440.80.7781.1169.437.8285.6084.56（3）半焦作還原劑時(shí)的還原溫度半焦作還原劑，碳氧比為1.0時(shí)不同還原溫度時(shí)還原后試樣的化學(xué)分析結(jié)果和失重率見(jiàn)表2.12。由表2.12可見(jiàn)，當(dāng)溫度為1250℃時(shí)，球團(tuán)的金屬化率為92.19%，比溫度為1200℃和1150℃時(shí)分別高出4.58%、20.63%；溫度為1250℃時(shí)還原度為92.29%，比溫度為1200℃和1150℃時(shí)分別高出7.52%和16.18%。由此可見(jiàn)，半焦含碳球團(tuán)的適宜還原溫度是1250℃。表2.12半焦作還原劑時(shí)不同還原溫度下含碳球團(tuán)還原后的化學(xué)分析結(jié)果（碳氧比為1.0）溫度含碳量%TFe%MFe%Fe2+%金屬化率還原度12503.3279.8573.613.0792.1992.2912004.0778.3968.680.5687.6184.7711505.3574.1353.0518.4371.5676.11

結(jié)論半焦粉代替焦粉和無(wú)煙煤粉與鐵礦粉混合物的還原熱分析實(shí)驗(yàn)和含碳球團(tuán)的還原實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出，用半焦粉作為含碳球團(tuán)還原劑具有如下優(yōu)勢(shì)：1、半焦粉氣化性優(yōu)