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1、直接還原煉鐵屬于非高爐煉鐵,有著很多潛在的優(yōu)勢(shì),近年來受到越來越多的重視。但直接還原過程溫度低,動(dòng)力學(xué)條件不好,海綿鐵產(chǎn)量受到嚴(yán)重影響。因此,本文按照某隧道窯尺寸,根據(jù)相似原理確定了實(shí)驗(yàn)室反應(yīng)罐模型和一維數(shù)學(xué)模型,從實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬的角度對(duì)反應(yīng)罐還原鐵精礦過程進(jìn)行了深入研究。
實(shí)驗(yàn)部分,用箱式電阻爐以6℃/min將物料從室溫升至1100℃,保溫2小時(shí)后快速水冷制得海綿鐵樣品。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)沿半徑方向存在明顯的溫度差異,且隨著反應(yīng)進(jìn)行呈
2、低-高-低趨勢(shì);對(duì)樣品進(jìn)行的XRD和化學(xué)成分分析表明,溫度場(chǎng)的存在導(dǎo)致還原反應(yīng)速率的波動(dòng),還原度(R%)呈現(xiàn)類似“V”字變化;同時(shí),我們還發(fā)現(xiàn)還原過程中沿徑向有膨脹現(xiàn)象。通過SEM圖像觀察到了鐵礦顆粒表面孔隙的明顯變化和鐵的晶須生長(zhǎng)過程,并從晶體學(xué)和傳熱學(xué)角度對(duì)膨脹現(xiàn)象進(jìn)行了合理的解釋。數(shù)值模擬部分,建立了柱坐標(biāo)系一維數(shù)學(xué)模型,通過控制容積平衡法對(duì)方程進(jìn)行了離散,用MATLAB軟件對(duì)還原過程進(jìn)行了數(shù)值模擬。結(jié)果表明:半焦顆粒的導(dǎo)熱性能對(duì)
3、反應(yīng)罐中溫度場(chǎng)影響較大;沿半徑方向,還原度呈現(xiàn)“U”字型變化,“U”字型越寬表示鐵礦層中心還原度越低,海綿鐵中心深色區(qū)域越寬;只有靠近熱源處的半焦顆粒發(fā)生了氣化反應(yīng),此處溫度曲線下降導(dǎo)致與鄰近溫度曲線相交,與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相吻合。
最后,利用本模型對(duì)反應(yīng)罐還原過程的限制性環(huán)節(jié)和工藝參數(shù)進(jìn)行了預(yù)測(cè)。對(duì)不同的還原劑和坩堝材質(zhì)進(jìn)行了數(shù)值實(shí)驗(yàn),結(jié)果表明選擇高導(dǎo)熱系數(shù)的還原劑和坩堝對(duì)還原過程有利,當(dāng)然還得考慮還原劑的揮發(fā)分、固定碳含量,以及坩
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