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《武汉科技大学》 2008年
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氧化物添加剂对两步法制备碳化铁的影响

何强  
【摘要】: 由于炼钢短流程工艺的迅速兴起,优质废钢短缺,碳化铁可作为优质的废钢代用品,以其特有的物理性质、化学性质以及生产条件而受到广泛的关注。本文对制备碳化铁的研究现状,以及反应温度、还原气氛、原料微观结构、原料脉石成分、碳沉积、含硫气体等因素对碳化铁生成反应的影响进行了详尽的文献综述。针对目前碳化铁制备过程中碳化铁生成速度慢、生产效率低,以及反应后期形成大量游离碳对碳化铁的生成和稳定性造成不利影响的问题,研究了两步法下氧化物添加剂、反应温度、碳化气氛对碳化铁生成速度的影响。主要结论如下: 1. 1%氧化物添加剂对碳化铁生成的影响 固定氧化物添加量为1%,完成873 K~1073 K温度范围内添加不同氧化物(V_2O_3、Al_2O_3、TiO_2、Cr_2O_3、MnO、SiO_2)铁精矿球团在H_2-CH_4、H_2-(CH_4,N_2)气氛中的还原碳化实验,对各试样进行TG分析后得到如下结论: (1) V_2O_3对铁矿石还原和还原铁的碳化有良好的促进作用,TiO_2则对两阶段反应均有一定的抑制作用,SiO_2、Cr_2O_3及MnO对还原和碳化反应的影响作用不大,Al_2O_3对矿石还原和碳化铁生成有一定的促进作用,但不及V_2O_3明显。 (2)在923 K至1023 K温度范围内,随着温度的升高,澳矿还原速度明显加快;而进一步升温至1073 K,还原速度增大幅度不多。 (3)升高温度不利于碳化反应的进行,但同时,发生碳化反应有最低温度要求,低于873 K将不能发生碳化。综合考虑,923 K为最佳碳化反应温度条件。 (4)各添加剂下碳化阶段N_2的较为合适的含量:对于纯澳矿试样和添加1% Cr_2O_3的试样,碳化气中不适宜添加N_2或N_2添加量应小于20%;对于添加1% TiO_2、SiO_2、MnO、Al_2O_3的试样,N_2的适宜添加量为40%;对于添加1% V_2O_3的试样,N_2的适宜添加量为60%。 2.不同含量V_2O_3、Al_2O_3添加剂对碳化铁生成的影响 以巴西铁矿石为原料,分别加入质量百分比(%)0.25、0.5、0.75、1、2、3的V_2O_3和Al_2O_3后进行还原碳化实验,对试样进行TG及XRD分析后得到如下结论: (1)当V_2O_3含量在1%以内时,还原速率及碳化速率均随着V_2O_3含量的增加而增大;当V_2O_3含量为2%和3%时,试样还原速率比1%的略小,碳化速率的增长趋势也比1%以内不同含量的增长趋势小。 (2) Al_2O_3含量在0.5%~3%范围内变化时,对氧化铁还原和金属铁碳化均有促进作用。相比之下,添加1%以上的Al_2O_3催化效果明显,与添加V_2O_3相比,添加Al_2O_3 3%没有发生明显的积C。 (3) XRD分析表明:添加0.5% V_2O_3的试样没有发现由Fe_3C分解产生的金属铁;而添加0.5%和3% Al_2O_3的试样则有金属铁存在。 3.添加V_2O_3催化制备碳化铁的动力学 以澳大利亚铁矿石为原料,添加质量百分比为1%的V_2O_3后完成873 K~1073 K温度范围内的还原动力学及碳化动力学实验。按未反应核模型来建立动力学方程,反应进度与时间的关系为: 1 - (1 - x )~(1/3)= Kt。从实验计算所得的反应活化能可知,V_2O_3对铁矿石还原反应有一定促进作用,但影响较弱,但对铁碳化反应有较强的促进作用。跟没有添加V_2O_3的试样相比,添加1% V_2O_3的试样碳化反应活化能由38.9 kJ/mol降低到26.9 kJ/mol,减少幅度达到了31%。
【学位授予单位】:武汉科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2008
【分类号】:TF702

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