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高品位赤铁矿氧化球团富氢还原行为
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作者 郭正启 赵富康 +4 位作者 李博华 朱德庆 宋清诗 王伟 潘建 《中国冶金》 北大核心 2025年第7期121-131,I0002,共12页
富氢直接还原技术中,还原工艺参数的调整直接影响最终产品直接还原铁(DRI)的质量。明晰还原温度、还原气体流量及还原气体比例(φ(H_(2))/φ(CO))对球团还原行为的影响规律,对于优化富氢还原工艺、改善产品质量具有重要意义。以某全铁... 富氢直接还原技术中,还原工艺参数的调整直接影响最终产品直接还原铁(DRI)的质量。明晰还原温度、还原气体流量及还原气体比例(φ(H_(2))/φ(CO))对球团还原行为的影响规律,对于优化富氢还原工艺、改善产品质量具有重要意义。以某全铁质量分数为66.67%的赤铁矿为含铁原料,制备了碱度为0.3的球团,参考Midrex法气基直接还原标准,将球团在不同还原条件下进行气基直接还原,系统研究了其金属化率、粉化率、还原膨胀率、还原后抗压强度和物相变化。研究表明,当还原温度从750℃升高至900℃时,金属化率由86.63%显著提高至96.66%;在900℃时,球团内部生成大量铁晶须,使球团出现异常膨胀,膨胀率超过25%。低还原气体流量(10 L/min)使球团还原速率降低且球团内部结构不均匀,粉化和膨胀均加剧;适当提高气体流量,各项指标明显改善。还原气体中氢气比例的提高可显著改善球团的还原性能。在纯氢(φ(H_(2))=100%)气氛下,还原球团的金属化率和抗压强度分别高达96.83%和615 N/P,粉化率和还原膨胀率分别仅为0.11%和4.11%。XRD和SEM分析表明,纯氢气氛下还原球团的铁晶粒均匀且结晶度好,金属铁以层状析出,球团结构更加稳定。研究结果为富氢直接还原工艺的优化提供了理论支撑。 展开更多
关键词 富氢还原 高品位赤铁矿球团 还原行为 微观结构
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还原工艺对熔剂性高磷鲕状赤铁矿铁、磷、铝矿物转变的影响
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作者 周仙霖 陈仡煌 +3 位作者 陈铁军 罗艳红 万军营 申跃洪 《烧结球团》 北大核心 2025年第4期81-90,113,共11页
受复杂矿物组成与特殊嵌布特征的限制,针对鲕状赤铁矿的传统选矿工艺难以实现理想的分离指标。为探究高磷鲕状赤铁矿的可还原性及直接还原过程中有害杂质元素的行为,本文以湖北宜昌地区长阳鲕状赤铁矿为研究对象,分别采用煤炭、CO及H_(2... 受复杂矿物组成与特殊嵌布特征的限制,针对鲕状赤铁矿的传统选矿工艺难以实现理想的分离指标。为探究高磷鲕状赤铁矿的可还原性及直接还原过程中有害杂质元素的行为,本文以湖北宜昌地区长阳鲕状赤铁矿为研究对象,分别采用煤炭、CO及H_(2)三种还原剂开展直接还原试验,考察还原过程中铁、磷及铝等主要组分的矿物相变化与反应特征。长阳鲕状赤铁矿铁品位为50.53%,磷和铝质量分数分别为0.83%和3.87%,钙质量分数为6.73%,二元碱度为1.03。通过Factsage热力学软件计算,铁矿物分级还原过程中产生的FeO易与含铝矿物相反应生成难还原的铁铝尖晶石,从而抑制还原反应的深入进行。此外,鲕绿泥石等含铝物相在CaO熔剂存在下的还原行为得到显著改善,含磷物相中的磷元素则倾向于在较高温度下迁移并富集于还原产物中的金属铁相。在还原温度为1050℃、保温时间为90 min的条件下,采用煤炭、CO和H_(2)作为还原剂对该矿样进行直接还原处理,产物的金属化率分别为83.43%、88.90%和96.75%。通过分析球磨和磁选后的还原产物,三种还原方式在脱磷效果上差异较小,脱磷率均维持在约70%;而在铝的脱除方面,H_(2)还原产物表现出显著优势,其脱铝率达到68.33%,明显高于煤和CO还原所对应的45.71%和43.55%。对直接还原铁和磁选尾矿的XRD、SEM分析结果显示:H_(2)的还原效果最佳,能最大限度地破坏致密的鲕状结构,改善磁选工艺条件,提高金属化率。 展开更多
关键词 高磷鲕状赤铁矿 氢还原 直接还原铁 矿物相转变
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钒钛磁铁矿直流炉冶炼试验研究
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作者 郭亚光 陈奎元 +1 位作者 王云 陈学刚 《绿色矿冶》 2025年第5期26-33,共8页
为了探究直流炉处理钒钛磁铁矿过程中渣和铁水成分的变化,在分析原料钒钛磁铁矿性质的基础上,开展理论计算、小试和直流炉扩大试验。钒钛磁铁矿中Fe主要以Fe_(3)O_(4)存在,V、Ti主要赋存于钛磁铁矿中,理论计算显示加入石灰可大幅降低还... 为了探究直流炉处理钒钛磁铁矿过程中渣和铁水成分的变化,在分析原料钒钛磁铁矿性质的基础上,开展理论计算、小试和直流炉扩大试验。钒钛磁铁矿中Fe主要以Fe_(3)O_(4)存在,V、Ti主要赋存于钛磁铁矿中,理论计算显示加入石灰可大幅降低还原终渣的熔化温度,提高冶炼温度更有利于降低炉渣黏度;小试结果表明,温度升高有利于提高金属回收率,合适的石灰和还原剂配比对渣铁分离效果影响较大,在温度1580℃、C/O为1.0、石灰配比3.3%条件下,尾渣中Fe、V含量可分别降至1.20%、0.27%;直流炉扩大试验结果表明,渣中铁含量降至14.38%~16.21%时,渣中钒含量最高,产出终渣中Fe、V含量分别为1.89%、0.39%,Fe、V回收率分别为98.14%、85.7%。 展开更多
关键词 钒钛磁铁矿 模拟计算 直流炉 钛渣 含钒铁水
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Mechanistic insights into H_(2)and CO interactions with Fe_(3)O_(4)(111)surface:A computational study for hydrogen-based direct reduction process
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作者 Xicai Liu Jue Tang +3 位作者 Mansheng Chu Zichuan Zhao Jinge Feng Jie Liu 《International Journal of Minerals,Metallurgy and Materials》 2026年第1期191-203,共13页
The novel process of hydrogen-based shaft furnaces(HSFs)has attracted considerable attention because of their significant reduction of CO_(2)emissions.In this study,the interaction of H_(2)and CO with Fe_(tet1)-and Fe... The novel process of hydrogen-based shaft furnaces(HSFs)has attracted considerable attention because of their significant reduction of CO_(2)emissions.In this study,the interaction of H_(2)and CO with Fe_(tet1)-and Fe_(oct2)-terminated Fe_(3)O_(4)(111)surfaces under HSF conditions,including their adsorption and reduction behaviors,was investigated using the density functional theory method.The results indicated that the H_(2)molecule adsorbed onto the Fe_(tet1)-terminated surface with an adsorption energy(AE)of-1.36 eV,whereas the CO molecule preferentially adsorbed on the Fe_(oct2)-terminated surface with an AE of-1.56 eV.Both H_(2)and CO can readily undergo reduction on the Fe_(tet1)-terminated surface(corresponding to energy barriers of 0.83 eV and 2.23 eV,respectively),but kinetically the reaction of H2is more favorable than that of CO.With regard to the thermodynamics at 400-1400 K,the H_(2)was easy to be adsorbed,while the CO would like to react on the Fe_(tet1)-terminated surface.These thermodynamically tendencies were reversed on the Fe_(oct2)-terminated surface.The thermodynamic disadvantage of the reaction of H_(2)on the Fe_(tet1)-terminated surface was offset by an increase in the temperature.Furthermore,the adsorption of H2 and CO on the Fe_(tet1)-terminated surface was competitive,whereas the adsorption of them on the Fe_(oct2)-terminated surface was synergistic.Therefore,iron ores with a higher proportion of Fe_(tet1)-terminated surface can be applied for the HSF process.In conjunction with the increases in the reduction temperature and the ratio of H_(2)in the reducing gas would promote efficient HSF smelting.These observations provide effective guidance for optimizing the practical operation parameters and advancing the development of the HSF process. 展开更多
关键词 hydrogen-based shaft furnace MAGNETITE density functional theory reaction mechanism coupling mechanism
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氢基竖炉工艺减污降碳协同绩效评价
5
作者 罗宇洁 李峰宇 《绿色矿冶》 2025年第4期15-22,共8页
为了评价氢基竖炉工艺的减污降碳协同绩效,本文构建了氢基竖炉工艺减污降碳协同绩效评价体系,运用耦合协调度模型构建污染物排放、碳排放和成本控制三者之间的协同指数,并评价了传统高炉-转炉长流程和三种氢基竖炉工艺(焦炉煤气制氢、... 为了评价氢基竖炉工艺的减污降碳协同绩效,本文构建了氢基竖炉工艺减污降碳协同绩效评价体系,运用耦合协调度模型构建污染物排放、碳排放和成本控制三者之间的协同指数,并评价了传统高炉-转炉长流程和三种氢基竖炉工艺(焦炉煤气制氢、天然气制氢、绿电制氢)加电炉工艺的减污降碳协同效果。研究表明:在减少污染物排放和碳排放方面,全绿电绿氢工艺的表现最优;在成本方面,全绿电绿氢工艺的综合成本最高;对比各个工艺的减污降碳协同指数,氢基竖炉工艺在减污、降碳和成本控制之间的协调性强于长流程高炉-转炉工艺。其中,焦炉煤气制氢和天然气制氢工艺的减污降碳协同指数分别为0.843和0.722,分别达到了良好协调发展和中级协调发展的水平;而全绿电绿氢工艺由于成本过高,减污降碳协同效果次之,减污降碳协同指数只有0.463,处于濒临失调衰退程度,如果电价成本和贴现率可以降低,该工艺的整体协调效果也会随之上升。 展开更多
关键词 氢基竖炉 污染物排放 碳排放 成本控制 绿电制氢 耦合协调度
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B_(2)O_(3)对高磷鲕状赤铁矿球团氢还原过程的影响 被引量:1
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作者 黄记鹏 马江华 +3 位作者 杨潮鑫 赵一将 刘昱 李光强 《钢铁研究学报》 北大核心 2025年第6期740-750,共11页
随着中国“双碳”战略的实施,钢铁行业的节能减排迫在眉睫。氢基还原剂的使用可大幅降低炼铁环节的碳排放。以高磷鲕状赤铁矿为原料制备自熔剂型球团,以氢气为还原剂,采用热重法分析自熔剂型球团在1073 K的还原过程,并用XRD、SEM等方法... 随着中国“双碳”战略的实施,钢铁行业的节能减排迫在眉睫。氢基还原剂的使用可大幅降低炼铁环节的碳排放。以高磷鲕状赤铁矿为原料制备自熔剂型球团,以氢气为还原剂,采用热重法分析自熔剂型球团在1073 K的还原过程,并用XRD、SEM等方法分析了原矿、自熔剂型球团、还原产物的微观形貌、成分和物相,研究B_(2)O_(3)对自熔剂型球团还原过程的促进作用。结果表明:当球团碱度为2.5时,随着球团中B_(2)O_(3)质量分数的增加,球团的还原度和金属化率先增加后减少,当B_(2)O_(3)质量分数为2%时,还原度和金属化率最高分别达到85.10%和83.99%。这是因为B_(2)O_(3)对球团还原的同时存在促进和抑制的作用。适量的B_(2)O_(3)会破坏矿物的鲕状结构并使球团的孔隙率增加,有利于球团内氢气的扩散,为球团的还原提供了更好的动力学条件。但球团内过量的B_(2)O_(3),会过多消耗球团内的CaO,导致富余的SiO2会与FeO结合形成铁橄榄石,从而阻碍还原。 展开更多
关键词 高磷鲕状赤铁矿 自熔剂型球团 氢还原 孔隙率 B_(2)O_(3)
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氢基炼铁工艺发展现状和技术挑战 被引量:5
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作者 杜永刚 张明弈 葛志伟 《江西冶金》 2025年第1期32-38,共7页
随着全球经济的高速发展,钢铁行业的整体规模不断扩张,钢铁产量持续增长,同时也造成严重的碳排放问题。在目前的“双碳”政策背景下,大力发展绿色低碳冶炼技术,实现从传统“碳冶金”向“氢冶金”的转变已经成为我国钢铁行业的重要任务... 随着全球经济的高速发展,钢铁行业的整体规模不断扩张,钢铁产量持续增长,同时也造成严重的碳排放问题。在目前的“双碳”政策背景下,大力发展绿色低碳冶炼技术,实现从传统“碳冶金”向“氢冶金”的转变已经成为我国钢铁行业的重要任务。本文综述了氢基炼铁工艺的发展现状,包括氢基竖炉冶炼、高炉富氢冶炼和熔融冶炼的工艺流程、技术特点以及实际产量,分析了不同冶炼技术工业化应用的潜力。此外,本文还探讨了氢基炼铁工艺面临的技术挑战,包括氢气生产成本、氢气储运基础配套设施,二氧化碳捕集和封存技术等,展望了未来氢基炼铁工艺的发展方向,以期推动氢基炼铁工艺的深入发展和高效应用。 展开更多
关键词 低碳冶炼技术 氢基炼铁工艺 氢基竖炉冶炼 高炉富氢冶炼
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直接还原铁生产用铁矿石及还原气的分析与思考 被引量:2
8
作者 青格勒 王桂林 +4 位作者 许佳 王凯 王伟 李劲松 宋晓然 《中国冶金》 北大核心 2025年第5期55-64,共10页
直接还原铁(DRI)是实现深度脱碳的重要工艺产品,可用于电炉炼钢、转炉或者电熔炉。直接还原铁的化学成分及质量和所用燃料还原剂对下道工序的应用和碳减排具有重要影响。概述了直接还原铁的生产现状,剖析了直接还原铁的应用及对直接还... 直接还原铁(DRI)是实现深度脱碳的重要工艺产品,可用于电炉炼钢、转炉或者电熔炉。直接还原铁的化学成分及质量和所用燃料还原剂对下道工序的应用和碳减排具有重要影响。概述了直接还原铁的生产现状,剖析了直接还原铁的应用及对直接还原铁的质量需求、直接还原用还原气现状及发展,分析和思考了直接还原铁生产用铁矿石的处理和应用及直接还原用还原气的准备。电炉和转炉冶炼需要高品位、低脉石和高金属化率的直接还原铁,电熔炉则可以应用相对低品位和高脉石含量的直接还原铁。目前电炉工艺产能大,技术成熟,电熔炉工艺在研发阶段。另外从碳减排角度考虑,低品位、高脉石直接还原铁无论对电炉工艺还是熔炼炉工艺的电耗和碳排放影响都很大,因此,用于直接还原铁生产的铁矿石尽可能在源头采选阶段减少脉石含量、提高品位,以生产高品质直接还原铁。传统的直接还原铁生产主要采用天然气作为能源和还原剂,而天然气属于化石燃料,且中国天然气资源紧缺价格,因此,应用焦炉煤气或CO_(2)转化后的CO+H_(2)混合还原气体,既可以保证铁矿石的还原速率,又可以在提高直接还原铁C含量的同时降低碳排放。 展开更多
关键词 直接还原铁 还原气体 铁矿石 电炉 电熔炉
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直接还原铁生产概况及发展 被引量:22
9
作者 魏国 赵庆杰 +1 位作者 董文献 王治卿 《中国冶金》 CAS 2004年第9期16-20,共5页
介绍了近年国内外直接还原铁生产概况 ,分析了不同直接还原工艺的状况 ,认为Midrex是最主要的直接还原铁生产工艺 ,资源条件决定了煤基回转窑法仍将是我国直接还原铁生产的主要方法 ,但应重视气基竖炉还原工艺的开发研究工作。我国直接... 介绍了近年国内外直接还原铁生产概况 ,分析了不同直接还原工艺的状况 ,认为Midrex是最主要的直接还原铁生产工艺 ,资源条件决定了煤基回转窑法仍将是我国直接还原铁生产的主要方法 ,但应重视气基竖炉还原工艺的开发研究工作。我国直接还原铁仍将有较大的市场需求。生产规模过小、工艺设备落后是限制我国直接还原生产发展主要原因。此外 。 展开更多
关键词 生产概况 直接还原铁 中国 原料供应 生产发展 资源条件 生产规模 直接还原工艺 竖炉 煤基
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含氢冷却气对热态氧化球团冷却过程的影响
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作者 储满生 董俊龙 +2 位作者 李峰 唐珏 田宏宇 《材料与冶金学报》 北大核心 2025年第5期476-486,共11页
在“双碳”背景下,高温氧化球团的余热回收成为钢铁生产的一个节能潜力点.采用氢气将热态氧化球团冷却,可提高球团的金属化率,降低后续冶炼工序的能量需求.本文中采用数值模拟方法,分析了冷却气流量及其氢气占比对球团冷却行为、金属化... 在“双碳”背景下,高温氧化球团的余热回收成为钢铁生产的一个节能潜力点.采用氢气将热态氧化球团冷却,可提高球团的金属化率,降低后续冶炼工序的能量需求.本文中采用数值模拟方法,分析了冷却气流量及其氢气占比对球团冷却行为、金属化率、能量利用率及气体利用率的影响,同时还利用热态实验探索了冷却气对预还原球团冶金性能的影响.结果表明:适宜的冷却气流量可提升预还原球团的金属化率、能量利用效率和冷却气的利用率,过量的冷却气会导致降温过快,从而减少化学反应吸热,使金属化率下降;随着冷却气中氢气占比的增大,金属化率升高,但能量利用效率和冷却气利用率均降低;当采用纯氢冷却、气流量(标准状况下冷却1 t氧化球团)为800 m^(3)/t时,炉内气流分布均匀,冷却效果最优,预还原球团的金属化率、[火用]效率、冷却气利用率分别为31.5%,23.48%和26.4%;纯氢条件下冷却得到的预还原球团金属化率、抗压强度、转鼓指数分别为34.77%,1902 N/个和98.21%,其抗压强度和转鼓指数均满足后续生产需求. 展开更多
关键词 氧化球团 氢气冷却 数值模拟 金属化率
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转底炉工艺富氢协同生物质应用减排降碳效果分析
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作者 黄原成 叶雁飞 +3 位作者 范建峰 徐迁 张建良 徐润生 《中国冶金》 北大核心 2025年第8期162-170,共9页
为探究转底炉直接还原工艺减排降碳、减硫降污的工艺路径,基于某钢厂生产条件,构建了转底炉直接还原工艺硫排放及碳排放计算模型,并借助数学模型研究富氢操作和应用生物质含碳球团对转底炉直接还原工艺硫排放及碳排放的影响。富氢率指... 为探究转底炉直接还原工艺减排降碳、减硫降污的工艺路径,基于某钢厂生产条件,构建了转底炉直接还原工艺硫排放及碳排放计算模型,并借助数学模型研究富氢操作和应用生物质含碳球团对转底炉直接还原工艺硫排放及碳排放的影响。富氢率指输入转底炉混合煤气中焦炉煤气比例提高使得煤气中氢气体积分数额外提高的幅度,转底炉生产的产品为金属化球团(DRI)。结果表明,富氢率对SO2排放的影响可忽略不计,使用生物质替代焦粉,可有效降低SO2排放。富氢操作与生物质含碳球团应用协同作用下,与转底炉基准工况相比,当混合煤气的富氢率为2%、应用碳氧比为0.6时,桉树球团、秸秆球团和巨菌草球团工艺平均碳排放分别减少253.49、269.84、249.86 kg/t(以DRI计,下同)。在此基础上,富氢率每提高2%,平均碳排放减少30.8 kg/t。两者协同降碳效果更为显著。 展开更多
关键词 转底炉直接还原工艺 生物质含碳球团 富氢操作 硫排放及碳排放模型 降碳分析
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中等品位铁矿直接还原炼铁熔分工艺的发展现状及趋势
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作者 李军 李传民 +2 位作者 刘亚峰 张奔 刘锦文 《烧结球团》 北大核心 2025年第3期1-11,25,共12页
“十五五”规划期间,碳市场体系会进一步完善,“双碳”目标依然是钢铁行业需要关注的重要问题。气基直接还原铁—电炉流程是生产“绿钢”、降低碳排放的关键技术,但有三个制约因素:一是必须使用高品位矿;二是电炉炼钢控氮非常难,造成高... “十五五”规划期间,碳市场体系会进一步完善,“双碳”目标依然是钢铁行业需要关注的重要问题。气基直接还原铁—电炉流程是生产“绿钢”、降低碳排放的关键技术,但有三个制约因素:一是必须使用高品位矿;二是电炉炼钢控氮非常难,造成高端钢种生产困难;三是我国钢铁生产以长流程为主,其被改造为电炉短流程,会导致已建成的长流程设备闲置与浪费,不利于产业资源的优化配置。本文详细分析气基直接还原炼铁、多种铁矿熔分工艺和熔分炉的发展现状,认为针对中等品位矿的气基直接还原铁—熔分—转炉的绿色低碳冶炼流程,既能发挥出氢冶金的绿色低碳优势,又能利旧钢铁厂现有的大量转炉,进而降低钢铁厂的设备改造成本,同时继承转炉的生产经验。转炉钢冶炼,在最终产品方面具有极大的灵活性和适用范围,能源消耗小,产品附加值高。直接还原铁—熔分—转炉的绿色低碳冶炼流程适合作为我国钢铁企业绿色低碳改造的方向,是行业降低碳排放的一条新路径。 展开更多
关键词 碳排放 氢冶金 中等品位铁矿 气基直接还原铁 熔分
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化学链制氢系统中磁铁矿氧载体的CO还原特性研究
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作者 卢煦旸 徐强 +3 位作者 康浩鹏 史健 曹泽水 郭烈锦 《化工学报》 北大核心 2025年第7期3286-3294,F0004,共10页
磁铁矿作为化学链制氢系统的氧载体,具有低成本和环境友好的显著优势。然而,其在CO还原过程中的反应速率受控机制仍不完全明晰。采用热重分析方法探讨了650~900℃条件下20%CO等温还原磁铁矿的反应特征和多步反应动力学。XRD半定量分析... 磁铁矿作为化学链制氢系统的氧载体,具有低成本和环境友好的显著优势。然而,其在CO还原过程中的反应速率受控机制仍不完全明晰。采用热重分析方法探讨了650~900℃条件下20%CO等温还原磁铁矿的反应特征和多步反应动力学。XRD半定量分析结果表明,Fe_(3)O_(4)→FeO和FeO→Fe两步反应的耦合关系是温度依赖的。在650~750℃温度区间,两步反应高度重叠;在800~900℃温度区间,两步反应串联发生。在此基础上采用基于JMA模型的方法进行动力学分析,第一步反应受化学反应模型或三维成核模型(Avrami-Erofe’ev模型)控制,第二步反应则受扩散模型控制。 展开更多
关键词 化学链 一氧化碳 化学分析 还原 动力学模型
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低碳氢基熔融还原炼铁技术探讨
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作者 毛庆武 吴礼云 +4 位作者 孟玉杰 侯健 张建 章启夫 李勇 《冶金标准化与质量》 2025年第4期14-20,27,共8页
低碳氢基熔融还原炼铁新工艺(二步法),以熔融还原炉为核心,前端工序采用铁矿粉氢气预还原工艺(如流化床),产出的高含碳热态铁水经脱硫后可直接作为合格高纯铁水产品供应;副产品熔融还原炉煤气经脱氯及脱硫后硫元素以单质硫形式高效回收... 低碳氢基熔融还原炼铁新工艺(二步法),以熔融还原炉为核心,前端工序采用铁矿粉氢气预还原工艺(如流化床),产出的高含碳热态铁水经脱硫后可直接作为合格高纯铁水产品供应;副产品熔融还原炉煤气经脱氯及脱硫后硫元素以单质硫形式高效回收,并满足煤气燃烧后SO_(2)≤35 mg/Nm^(3)超低排放要求;熔融还原炉产生的高温高压煤气经汽化烟罩、沉降室、旋风除尘器、余热锅炉等递级余热回收,转变为中温高压煤气经布袋干法除尘,通过熔融还原炉煤气余压能量回收透平机组BPRT(或TRT),并将其压力能和热能转化为驱动鼓风机的动力,从而实现节能减排的目标。通过对低碳氢基熔融还原炼铁新工艺与长流程铁前工序进行工序能耗、碳排放量、污染物排放等同口径对比分析,进一步验证了低碳氢基熔融还原炼铁新工艺的技术创新性与可行性。 展开更多
关键词 熔融还原炉 铁矿粉氢气预还原 递级余热回收 余压能量回收 节能减排
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钒钛磁铁矿非高炉冶炼与钛渣综合利用技术研究进展 被引量:3
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作者 李兰杰 张彩东 +3 位作者 刘洋 赵素兴 赵建琦 徐坤 《中国冶金》 北大核心 2025年第3期44-54,64,共12页
钒钛磁铁矿是中国特色战略金属资源。国内外现有主流高炉炼铁-转炉提钒工艺碳排放高、钒钛回收率低,含钛高炉渣累计堆存上亿吨,不仅浪费资源,也显著增加了环保压力。介绍了非高炉冶炼工艺,包括直接还原技术和熔融还原技术,概述了其工艺... 钒钛磁铁矿是中国特色战略金属资源。国内外现有主流高炉炼铁-转炉提钒工艺碳排放高、钒钛回收率低,含钛高炉渣累计堆存上亿吨,不仅浪费资源,也显著增加了环保压力。介绍了非高炉冶炼工艺,包括直接还原技术和熔融还原技术,概述了其工艺流程和应用现状;总结了国内外含钛炉渣的提钛途径,如改性富集、碳化-氯化和湿法浸出等工艺的原理、应用现状和优缺点,评价了其资源化利用前景;认为钒钛磁铁矿氢基竖炉还原-电炉熔分-钛渣综合利用全流程技术极具发展前景,可有力支撑中国钒钛钢铁产业实现“双碳”目标实现。 展开更多
关键词 钒钛磁铁矿 非高炉冶炼 氢冶金 钛渣 综合利用
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氨气直接还原赤铁矿及其反应机理
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作者 李丽 李鹏宇 +3 位作者 李宏武 刘玥君 林建廷 李先春 《钢铁》 北大核心 2025年第5期13-22,41,共11页
为了探讨氨气(NH_(3))还原赤铁矿(Fe_(2)O_(3))的热力学特性、反应机理以及在还原过程中温度和时间的影响,通过HSC Chemistry6.0软件计算了Fe_(2)O_(3)和Fe_(2)SiO_(4)与NH_(3)、H_(2)和CO之间的还原反应标准吉布斯自由能,评估了NH_(3)... 为了探讨氨气(NH_(3))还原赤铁矿(Fe_(2)O_(3))的热力学特性、反应机理以及在还原过程中温度和时间的影响,通过HSC Chemistry6.0软件计算了Fe_(2)O_(3)和Fe_(2)SiO_(4)与NH_(3)、H_(2)和CO之间的还原反应标准吉布斯自由能,评估了NH_(3)作为还原剂的可行性。使用卧式高温电炉对赤铁矿进行加热还原处理,通过不同温度和时间条件下的NH_(3)还原试验探究了还原效果。试验结果表明,NH_(3)在温度为290℃时即可有效还原Fe_(2)O_(3),而H_(2)需要在温度为542℃时才可有效还原Fe_(2)O_(3),说明了NH_(3)在较低温度下具有还原优势。NH_(3)还原Fe_(2)SiO_(4)的热力学反应温度为480℃,相比之下,CO和H_(2)在这一温度下的反应不是自发的,这表明NH_(3)在还原Fe_(2)SiO_(4)时具有热力学优势。随着温度的升高,赤铁矿的失重率和还原率增加,900℃时赤铁矿可以被体积分数为30%的NH_(3)完全还原。还原时间的增加也导致失重率和还原率的增加,还原时间为60min时还原率达到90%,还原时间为180min时还原率达到100%。利用XRD、SEM和OM对还原后的样品进行表征,发现Fe_(2)O_(3)首先转化为Fe_(3)O_(4),然后迅速转化为FeO,最后FeO转化为单质铁。EDS能谱分析显示,随着反应的进行,氧原子含量减少而铁原子含量增加,最终Fe_(2)O_(3)被完全还原为单质铁。在NH_(3)还原Fe_(2)O_(3)的过程中,氮原子的数量先增加后减少,这表明铁被NH_(3)氮化生成Fe_(4)N,随后Fe_(4)N在高温下分解产生铁和N_(2)。NH_(3)在还原赤铁矿的过程中显示出显著的热力学优势,且还原过程可以分为初期缓慢转化阶段、中期快速反应阶段以及后期由于产物覆盖导致的反应速率下降阶段。整个过程在30min内完成,最终实现了Fe_(2)O_(3)到单质铁的完全转化。这为工业上利用NH_(3)还原赤铁矿提供了理论依据和试验数据支持。 展开更多
关键词 氨气还原 赤铁矿 热力学特性 温度影响 时间影响 反应机理 还原过程 还原率
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光伏与电网协同驱动氢基直接还原铁炼钢的技术经济分析
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作者 周奕彤 周明熙 +2 位作者 刘若晨 叶爽 黄伟光 《化工学报》 北大核心 2025年第8期4318-4330,共13页
直接还原铁-电弧炉(direct reduced iron-electric arc furnace,DRI-EAF)是钢铁工业减碳的一种短流程炼钢工艺,其大规模绿氢冶金应用须关注可再生能源利用率、时序源荷交互、经济可行性等。本研究建立了光伏与电网协同驱动的氢基DRI-EA... 直接还原铁-电弧炉(direct reduced iron-electric arc furnace,DRI-EAF)是钢铁工业减碳的一种短流程炼钢工艺,其大规模绿氢冶金应用须关注可再生能源利用率、时序源荷交互、经济可行性等。本研究建立了光伏与电网协同驱动的氢基DRI-EAF工艺模型,基于典型地理区域的技术经济参数,评估了该工艺的能耗、碳排放及经济效益。结果表明,新疆乌鲁木齐2500 MW光伏电站规模可实现可再生能源渗透率90.26%,相比于纯电网运行、高炉-转炉工艺和天然气DRI-EAF工艺,分别减少碳排放84.54%、81.35%和68.28%。100 MW光伏电站规模下,以上海为代表的高电价地区难以回收投资成本,地区电网电价是影响可再生能源氢基DRI-EAF工艺经济性的关键因素之一。制氢成本一定时,碳价由90 CNY/t上涨到1614 CNY/t,新疆乌鲁木齐2500 MW光伏电站回收期由8.28年降低至3.45年。 展开更多
关键词 光伏 电网 制氢 直接还原铁 炼钢 技术经济分析
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铁浴熔融还原炉冶炼过程能质输运模型 被引量:1
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作者 贾利军 秦德越 +1 位作者 姜山 李宝宽 《中国冶金》 北大核心 2025年第3期76-85,122,共11页
HIsmelt是熔融还原炼铁中的一种代表性工艺,取消球团、烧结和焦化流程以降低污染物排放是该工艺的突出特点。基于物料平衡和能量平衡建立了铁浴熔融还原炉内冶炼过程能质输运模型,模型中着重考虑了水煤气反应对质量输运和能量输运的影... HIsmelt是熔融还原炼铁中的一种代表性工艺,取消球团、烧结和焦化流程以降低污染物排放是该工艺的突出特点。基于物料平衡和能量平衡建立了铁浴熔融还原炉内冶炼过程能质输运模型,模型中着重考虑了水煤气反应对质量输运和能量输运的影响。比较了有无水煤气反应对铁水、铁渣和烟气成分的影响,与实际生产数据相比,烟气成分模型预报准确性得到提升。与未考虑水煤气反应的模型相比,考虑水煤气反应提高了冶炼能质输运模型的合理性。模型能够准确计算铁水产量、铁渣产量、烟气体积、铁水成分、铁渣成分和烟气成分,计算结果与实际生产结果吻合。在此基础上探究并得出结论,随着铁水温度的升高,铁水中的铁、碳、硫元素含量以及铁渣中锰元素含量逐渐下降,铁渣中氧化亚铁含量逐渐升高;铁渣产量呈先下降后上升的趋势,并在1748 K达到最低,每吨铁水产生0.47 t铁渣。能质流转模型的建立为生产预测提供了有力的依据。 展开更多
关键词 熔融还原 HIsmelt工艺 能质输运模型 水煤气反应 非高炉炼铁
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煤中高挥发分促进Fe_(3)O_(4)非等温还原动力学机制研究
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作者 杨永坤 王冠杰 +4 位作者 周欣 申雯婷 王伟安 王国华 李小明 《钢铁研究学报》 北大核心 2025年第3期307-316,共10页
随电炉炼钢的发展,对于直接还原铁的需求也将增加,使用煤低温还原优选磁铁矿是直接还原铁的重要来源。为了研究煤中高挥发分对直接还原Fe_(3)O_(4)的促进机制,使用气相色谱仪和热重-质谱联用装置分析了广汇煤热解气体成分与热解特性,采... 随电炉炼钢的发展,对于直接还原铁的需求也将增加,使用煤低温还原优选磁铁矿是直接还原铁的重要来源。为了研究煤中高挥发分对直接还原Fe_(3)O_(4)的促进机制,使用气相色谱仪和热重-质谱联用装置分析了广汇煤热解气体成分与热解特性,采用非等温热分析方法对活性炭与广汇煤还原Fe_(3)O_(4)进行了研究,利用FWO、KAS、Starink3种方法计算了反应活化能,使用Satava-Sestak法拟合反应模型,着重比较了活性炭与广汇煤还原Fe_(3)O_(4)的动力学机制差异。结果表明:广汇煤的干馏煤气组成主要为H_(2)、CH_(4)、CO和CO_(2),在还原温度区间H_(2)体积分数可达55%、CO体积分数可达25%,为Fe_(3)O_(4)的还原提供了良好的气氛条件;活性炭还原温度区间在980~1140℃,初始阶段活化能为319.66k J/mol,而广汇煤还原温度区间为680~1030℃,初始阶段活化能为288.62k J/mol,表明广汇煤中挥发分在还原过程中起到了促进作用,显著降低了还原温度及活化能。 展开更多
关键词 煤基 挥发分 还原动力学 活化能 机制函数
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气基竖炉内直接还原铁黏结机理研究
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作者 唐恩 陈洋杨 +3 位作者 吕维嘉 张瑞 王坤 胡一迪 《烧结球团》 北大核心 2025年第4期106-113,共8页
为探究气基竖炉内直接还原铁(DRI)的黏结机理,分析黏结现象与生产工艺的内在联系,本文通过冷固结球团高温还原试验模拟竖炉直接还原过程,采用扫描电镜(SEM)和能谱分析(EDS)对还原后球团的形貌、成分及黏结结构进行观察与表征。结果表明... 为探究气基竖炉内直接还原铁(DRI)的黏结机理,分析黏结现象与生产工艺的内在联系,本文通过冷固结球团高温还原试验模拟竖炉直接还原过程,采用扫描电镜(SEM)和能谱分析(EDS)对还原后球团的形貌、成分及黏结结构进行观察与表征。结果表明,球团间黏结物的TFe质量分数高达93.56%,碎屑黏结物因脉石富集导致TFe质量分数较低为53.88%;球团之间的黏结主要由还原后铁元素的聚集与长大导致,其过程可分为低于800℃的低温固相烧结和800~900℃的高温还原融合两个阶段。黏结形态受颗粒接触、扩散及高温融合共同影响,其中,高温阶段铁原子的扩散与再结晶是黏结强化的关键。DRI的黏结现象不可避免,但可通过控制原料强度、还原温度、金属化率等条件减轻黏结程度。本文研究成果可为优化气基竖炉生产工艺、提高DRI产品质量提供理论依据。 展开更多
关键词 气基竖炉 直接还原铁 黏结机理 高温还原 铁元素聚集
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