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基于多相平衡模型的闪速炼铁工艺过程优化调控机制研究
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作者 冯雨辰 陈强 +6 位作者 赵鹏 张福泉 李明周 万章豪 黄金堤 汪金良 刘付朋 《有色金属(冶炼部分)》 北大核心 2025年第8期92-103,共12页
钢铁行业作为我国国民经济的重要支柱产业,具有高产业关联度、广泛应用领域和强大的消费拉动作用,在促进社会发展、支撑经济建设和保障就业稳定等方面具有不可替代的作用。然而,钢铁行业的高碳排放已成为实现“碳达峰、碳中和”战略目... 钢铁行业作为我国国民经济的重要支柱产业,具有高产业关联度、广泛应用领域和强大的消费拉动作用,在促进社会发展、支撑经济建设和保障就业稳定等方面具有不可替代的作用。然而,钢铁行业的高碳排放已成为实现“碳达峰、碳中和”战略目标的主要障碍。为了突破传统高炉冶炼工艺的高碳排放限制,国内外学者对高炉工艺优化改造和新型炼铁工艺开发进行了系统研究。其中,国内学者通过学科交叉提出了闪速炼铁新工艺,该工艺无需复杂预处理,仅需3~6 s即可完成铁精矿还原,为钢铁行业的低碳转型提供了新方案。然而,氢基闪速炼铁工艺参数优化调控机制尚不明确。鉴于此,基于化学平衡常数法构建氢基闪速炼铁多相平衡模型,并采用MetCal软件平台二次开发了氢基闪速炼铁工艺热力学计算系统,进而分别针对反应塔与熔分池两个核心反应单元过程,通过仿真试验系统考察了氢矿比、温度和熔剂添加率等关键工艺参数对还原度、产物组分含量及熔渣性质等主要技术指标的影响规律。结果表明,在反应塔内,提升还原氢矿比可增加反应塔还原粉中Fe含量及提高反应塔还原度,但当大部分FeO被还原后,反应塔内H2浓度上升,继续增加还原氢矿比会导致原料冗余和资源浪费;在温度低于1350℃时,提高反应塔温度能有效提升还原度,促进还原反应正向进行,但温度持续升高会带来不利影响。在熔分池内,熔剂添加对FeO还原反应的正向进行具有显著促进作用,可有效提升反应塔还原度并调节炉渣碱度,碱性熔剂能够提高炉渣碱度,而酸性熔剂则用于降低炉渣碱度。综合考量反应塔还原度与炉渣碱度等主要技术指标,并结合高炉炉渣碱度1.1的参考标准,建议将反应塔还原氢矿比控制在750 m^(3)/t(标准状态),反应塔温度维持在1300℃左右,熔剂率控制在以下水平:R(CaO)约为12%、R(MgO)约为1%、R(SiO_(2))约为4%和R(Al_(2)O_(3))约为2%。上述参数优化方案为氢基闪速炼铁技术产业化应用提供了理论支持。 展开更多
关键词 闪速炼铁 多相化学平衡 热力学仿真 MetCal 优化调控机制
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添加剂对褐铁矿煤基直接还原强化作用研究 被引量:10
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作者 陈伟鹏 张天睿 +3 位作者 李光卫 赵增武 李保卫 武文斐 《矿冶工程》 CAS CSCD 北大核心 2018年第1期76-80,共5页
利用热重分析法探索了碳酸钠、硼砂和氟化钙3种添加剂对褐铁矿煤基直接还原行为的影响。结果表明,3种添加剂都能使褐铁矿球团在还原过程中失重率增加;3种添加剂都可以降低褐铁矿球团达到最大反应速率时的温度,最低温度依次为984℃、964... 利用热重分析法探索了碳酸钠、硼砂和氟化钙3种添加剂对褐铁矿煤基直接还原行为的影响。结果表明,3种添加剂都能使褐铁矿球团在还原过程中失重率增加;3种添加剂都可以降低褐铁矿球团达到最大反应速率时的温度,最低温度依次为984℃、964℃和986℃;硼砂使得褐铁矿球团最大反应速率提高显著,提高幅度为0.29%/min,碳酸钠和氟化钙为0.1%/min和0.06%/min,硼砂的还原效果最优。3种添加剂的强化还原机理为:碳酸钠可以增强碳的气化反应以及产生碱金属效应;硼砂有助于还原过程中原子的传输;氟化钙改善还原动力学条件,促进离子间的相互扩散。 展开更多
关键词 褐铁矿 添加剂 直接还原 热重法 失重率 碳酸钠 硼砂 氟化钙
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低配碳比含碳球团直接还原的实验研究 被引量:6
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作者 朱炳秀 魏国 +1 位作者 姜鑫 沈峰满 《东北大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第2期247-250,共4页
根据低配碳比含碳球团还原熔分工艺制备粒铁的技术思想,对低配碳比含碳球团的直接还原进行实验研究.结果表明,这种低配碳比的含碳球团还原速度较快,还原反应进行了10 min时表观还原度为84%,20min时表观还原度可达88%;继续延长反应时间,... 根据低配碳比含碳球团还原熔分工艺制备粒铁的技术思想,对低配碳比含碳球团的直接还原进行实验研究.结果表明,这种低配碳比的含碳球团还原速度较快,还原反应进行了10 min时表观还原度为84%,20min时表观还原度可达88%;继续延长反应时间,球团表层还原得到的少量金属铁会再次被氧化成FeO.还原反应结束后,球团内仍存在少量尚未还原的FeO,它们与脉石中的SiO2形成低熔点的铁橄榄石,有利于工艺后期渣铁的熔化及分离. 展开更多
关键词 直接还原 渣铁熔分 含碳球团 表观还原度 还原速率
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含煤球团直接还原热失重及动力学分析 被引量:6
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作者 满毅 冯俊小 +1 位作者 葛琦 李富杰 《化工进展》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第3期701-704,共4页
随着电炉炼钢的快速发展,作为其原料的直接还原铁的需求量日益增大,对直接还原特性和机理的研究变得越来越迫切,过去的研究主要集中在工艺条件和节能减排方面,对反应控速模型的比较相对较少。本文在950~1100℃的N2气氛下,研究了还原温... 随着电炉炼钢的快速发展,作为其原料的直接还原铁的需求量日益增大,对直接还原特性和机理的研究变得越来越迫切,过去的研究主要集中在工艺条件和节能减排方面,对反应控速模型的比较相对较少。本文在950~1100℃的N2气氛下,研究了还原温度对含煤球团还原速率的影响,并结合XRD技术对还原产物的物相转换进行了分析。同时基于热重实验,应用不同控速模型方程计算了直接还原过程反应动力学参数,并与实验结果进行了对比。结果表明,温度对还原过程起着至关重要的作用,Fe3O4还原生成Fe O在950℃以下已经开始了,Fe O的还原主要发生在1000℃以上,从950~1100℃还原速率迅速增加。通过模型对比,认为还原过程由三维气相扩散控制。 展开更多
关键词 含煤球团 直接还原 扩散 气化 动力学模型
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铁矿石粉煤基直接还原的热重分析 被引量:11
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作者 范莉娟 吕清刚 那永洁 《化工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第12期3228-3234,共7页
对大同烟煤-铁矿石粉的混合物进行了非等温热重-红外联用实验与分析,确定了铁矿石粉发生还原反应的温度区间范围,并结合还原产物的XRD图谱以及热重的定量计算结果,揭示了每个还原阶段完成后产物的物相及相应的还原分数。为了比较,进一... 对大同烟煤-铁矿石粉的混合物进行了非等温热重-红外联用实验与分析,确定了铁矿石粉发生还原反应的温度区间范围,并结合还原产物的XRD图谱以及热重的定量计算结果,揭示了每个还原阶段完成后产物的物相及相应的还原分数。为了比较,进一步用热重分析仪对大同烟煤、神木褐煤以及阳泉无烟煤与铁矿石粉的混合物进行了非等温失重特性的对比实验研究。结果表明,低温阶段(800~950℃)大同烟煤对铁矿石粉的还原性最好,而高温阶段(1000~1100℃)神木褐煤也表现出良好的还原性。 展开更多
关键词 铁矿石粉 直接还原
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台车连续炉直接还原法 被引量:5
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作者 王尚槐 冯俊小 +3 位作者 南士卿 牛永胜 李惠朝 张美焦 《钢铁》 CAS CSCD 北大核心 2005年第3期13-16,共4页
开发了一种在台车连续炉中实现铁矿直接还原的方法。台车连续炉的炉膛是直条形,炉底由若干个台车组成。含碳球团料层铺在台车上,通过炉膛时进行还原焙烧。为了得到高金属化率,在料层表面覆盖薄焦炭层保护。此方法已经成功地用于唐钢石... 开发了一种在台车连续炉中实现铁矿直接还原的方法。台车连续炉的炉膛是直条形,炉底由若干个台车组成。含碳球团料层铺在台车上,通过炉膛时进行还原焙烧。为了得到高金属化率,在料层表面覆盖薄焦炭层保护。此方法已经成功地用于唐钢石人沟铁矿。生产线所用的炉子长70 m,宽2 8 m。炉底由26 个台车组成。用这种方法生产的海绵铁产品成分如下:金属化率大于92%,全铁约90%,硫小于0 08%。一座炉子的产量为5 t/h,总煤耗低于700 kg/t。和转底炉比较,台车连续炉的优点是:结构简单,供热点少,台车维修方便,主要缺点是台车运转速度不能太快,焙烧时间较长。 展开更多
关键词 直接还原铁 台车连续炉 内配碳铁矿球团
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铁矿石粉循环流化床煤基直接还原的实验研究 被引量:5
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作者 范莉娟 吕清刚 +1 位作者 那永洁 于旷世 《过程工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2011年第1期91-96,共6页
在小型循环流化床中对铁矿石粉在氮气气氛下用大同煤粉直接还原进行了实验研究,在800~950℃考察了反应温度对铁矿石粉的还原程度及还原产物微观结构的影响.结果表明,随反应温度提高,铁矿石粉还原产物的金属化率及还原度均增加,800~85... 在小型循环流化床中对铁矿石粉在氮气气氛下用大同煤粉直接还原进行了实验研究,在800~950℃考察了反应温度对铁矿石粉的还原程度及还原产物微观结构的影响.结果表明,随反应温度提高,铁矿石粉还原产物的金属化率及还原度均增加,800~850℃时增幅较大,850~900℃时增幅平缓,900~950℃时又出现较大增幅,950℃时达到63%的金属化率和87%的还原度;与还原前的铁矿石粉相比,还原产物的比表面积和总孔体积在800℃时均增加,而在其他温度时均减小,对应的平均孔径变化规律则相反. 展开更多
关键词 铁矿石粉 循环流化床 煤基还原
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机械力促进低温快速反应的研究 被引量:5
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作者 赵沛 郭培民 张殿伟 《钢铁钒钛》 CAS 2007年第2期1-5,共5页
研究了机械力作用下铁矿粉与碳粉的物理化学性能的变化规律。在球磨过程中,铁矿粉与碳粉的颗粒度及晶粒不断细化、比表面积不断增大,随着作用时间的延长,粉体会无定形化,甚至发生相变。在晶粒细化过程中,晶粒发生畸变和位错,形成了许多... 研究了机械力作用下铁矿粉与碳粉的物理化学性能的变化规律。在球磨过程中,铁矿粉与碳粉的颗粒度及晶粒不断细化、比表面积不断增大,随着作用时间的延长,粉体会无定形化,甚至发生相变。在晶粒细化过程中,晶粒发生畸变和位错,形成了许多活化中心,这样就可以显著降低反应活化能,同时由于粉体比表面积的不断增加,极大改善了粉体的化学反应性能,促进了气固反应和固固反应,与传统粗粉体相比,氧化铁的还原温度下降300℃左右。采用催化剂和机械力共同作用,会更加明显降低碳还原铁矿粉、气基还原铁矿粉的反应温度。 展开更多
关键词 低温冶金 机械力 铁矿粉 碳粉
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煤基还原贫菱铁矿冶炼海绵铁的实验研究 被引量:9
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作者 朱子宗 张丙怀 《重庆大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 1998年第2期101-105,共5页
在实验室的系列研究表明:采用固定床罐式法煤基还原贫菱铁矿,得到高金属化率的还原矿,经球磨磁选得到TFe>80%,SiO2<6%的海绵铁(铁粉)。从而为开发利用低品位矿提供了理论依据。
关键词 菱铁矿 海绵铁 煤基还原
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低配碳含碳球团组分对低温熔分性能的影响 被引量:2
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作者 朱炳秀 姜鑫 +1 位作者 魏国 沈峰满 《材料与冶金学报》 CAS 北大核心 2012年第1期1-5,共5页
根据低配碳直接还原—低温熔分工艺制备粒铁的技术思想,考察了渣相成分对熔分开始时间及熔分后铁收得率的影响.试验结果表明,随着CaO添加量的增加,球团熔分开始时间先减小后增加.当CaO添加量为2.0%时,熔分开始时间最短.n(C)/n(O)为0.8时... 根据低配碳直接还原—低温熔分工艺制备粒铁的技术思想,考察了渣相成分对熔分开始时间及熔分后铁收得率的影响.试验结果表明,随着CaO添加量的增加,球团熔分开始时间先减小后增加.当CaO添加量为2.0%时,熔分开始时间最短.n(C)/n(O)为0.8时,渣相熔点较低,流动性较好,有利于渣铁分离.综合考虑熔分时间、铁收得率及能耗等,实验室条件下的最佳工艺参数为n(C)/n(O)=0.8,CaO添加量为2.0%,反应时间40 min(熔分开始时间30 min+熔分时间10 min).该条件下铁收得率约为85%,铁粒中铁含量约为94%,金属化率达95%以上,可作为优质的电炉炼钢原料. 展开更多
关键词 含碳球团 低配碳 低温熔分 渣铁分离
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贫杂难选铁矿高效生态化利用的现状与前景 被引量:2
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作者 饶衍冰 崔雅茹 +3 位作者 李小明 赵俊学 陈傲黎 袁方 《钢铁研究》 CAS 2015年第1期60-62,共3页
分析了我国贫杂铁矿石以及超贫表外矿等资源的特点,综述了高效选矿-深度还原一体化技术、流态化磁化焙烧、低品质难选矿转底炉制粒铁等贫杂难选铁矿资源高效利用方法的发展现状,同时分析了各种贫杂铁矿利用技术的优缺点。
关键词 贫杂难选铁矿 深度还原 磁化焙烧 生态化利用
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农作物废弃物含碳球团还原行为研究 被引量:2
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作者 刘竹林 王发龙 +2 位作者 王建丽 高泽平 刘汉辉 《湖南工业大学学报》 2014年第1期87-92,共6页
将农作物废弃物炭化产品与铁精矿粉制成含碳球团,进行直接还原试验研究。试验结果表明,含碳球团在1200-1300℃范围内,铁氧化物能在15-20 min内迅速被还原,高温保持时间以15-20 min为宜;随温度的升高球团的还原度逐渐增大,球团还... 将农作物废弃物炭化产品与铁精矿粉制成含碳球团,进行直接还原试验研究。试验结果表明,含碳球团在1200-1300℃范围内,铁氧化物能在15-20 min内迅速被还原,高温保持时间以15-20 min为宜;随温度的升高球团的还原度逐渐增大,球团还原适宜温度为1200℃;球团的失重率和还原度随球团配炭比的增加呈上升趋势,较合理的球团碳氧比为0.9;生物炭较高的含碳量和适当的挥发分含量均有利于球团的还原;含碳球团在空气中能快速还原,但存在部分再氧化现象。 展开更多
关键词 农作物废弃物 含碳球团 失重率 还原度
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含碳球团的低温熔分 被引量:1
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作者 朱炳秀 魏国 +1 位作者 姜鑫 沈峰满 《东北大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第4期537-541,共5页
根据低nC/nO含碳球团直接还原-低温熔分工艺制备粒铁的技术思想,进行了低nC/nO含碳球团低温条件下的熔分实验研究.实验结果表明,1 300℃,nC/nO为0.8的含碳球团,还原熔分时间为55 min时,得到的铁粒中存有少量熔渣2FeO.SiO2;60 min时渣铁... 根据低nC/nO含碳球团直接还原-低温熔分工艺制备粒铁的技术思想,进行了低nC/nO含碳球团低温条件下的熔分实验研究.实验结果表明,1 300℃,nC/nO为0.8的含碳球团,还原熔分时间为55 min时,得到的铁粒中存有少量熔渣2FeO.SiO2;60 min时渣铁则完全分离,铁粒中几乎没有熔渣存在.nC/nO为0.8和0.85的含碳球团还原后渣相FeO质量分数较高,熔点较低,易于渣铁熔化分离.nC/nO为0.9的含碳球团渣相FeO的质量分数较低,熔点较高,需要较长时间或在较高温度下才能进行渣铁分离.在1 320℃,nC/nO为0.8,还原熔分时间为60 min时,铁的收得率可达86.1%以上,铁粒中金属铁的质量分数约为94.8%. 展开更多
关键词 含碳球团 低配碳 低温熔分 渣铁分离 铁粒
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铁矿粉和煤粉复合等温还原 被引量:2
14
作者 傅念新 张圣弼 《北京科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 1995年第5期464-468,共5页
通过铁矿粉和煤粉复合圆柱试样在1100~1250℃等温还原,研究了还原温度、还原时间和W煤粉/W矿粉比对还原度的影响,确定了适宜配煤量。用积分法计算了不同还原阶段的表现活化能。通过化学分析和电镜观察,检查了试样沿直径... 通过铁矿粉和煤粉复合圆柱试样在1100~1250℃等温还原,研究了还原温度、还原时间和W煤粉/W矿粉比对还原度的影响,确定了适宜配煤量。用积分法计算了不同还原阶段的表现活化能。通过化学分析和电镜观察,检查了试样沿直径方向的还原均匀程度。 展开更多
关键词 直接还原 还原度 铁矿石 铁矿粉 煤粉
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2种气氛下铁矿石粉煤基直接还原的热重研究 被引量:1
15
作者 范莉娟 吕清刚 那永洁 《化学工程》 CAS CSCD 北大核心 2011年第9期74-78,共5页
采用热重分析仪对大同煤、神木煤以及阳泉煤分别与铁矿石粉的混合物进行了氮气和二氧化碳2种气氛下的非等温质量损失特性的对比实验研究。研究结果表明:二氧化碳气氛下3个煤种分别同铁矿石粉混合物的反应阶段均为扩散控速,其中大同烟煤... 采用热重分析仪对大同煤、神木煤以及阳泉煤分别与铁矿石粉的混合物进行了氮气和二氧化碳2种气氛下的非等温质量损失特性的对比实验研究。研究结果表明:二氧化碳气氛下3个煤种分别同铁矿石粉混合物的反应阶段均为扩散控速,其中大同烟煤-铁矿石粉混合物的反应起始温度较低,阳泉无烟煤-铁矿石粉混合物的反应温度范围较大,反应的起始温度、反应温度范围以及表观活化能参数均由煤种的气化特性决定;反应气氛对混合物中煤的挥发分析出过程无显著影响;二氧化碳气氛下的反应阶段对应氮气气氛下的第1个反应阶段,且在这个反应阶段中,碳的气化反应同铁氧化物的还原反应相互抑制。 展开更多
关键词 铁矿石粉 直接还原
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津布巴铁精矿含碳球团还原实验研究 被引量:1
16
作者 刘健 王子豪 +4 位作者 沈汉 刘润藻 朱荣 郭亚光 王云 《辽宁科技大学学报》 CAS 2016年第2期89-93,103,共6页
高炉炼铁工艺中炼焦、球团、烧结工序是主要污染源,本实验模拟转底炉工艺采用煤粉为还原剂实现直接还原铁的清洁生产。实验以津布巴铁精矿为原料,对该铁精矿进行XRD分析、扫描电镜分析和热失重分析。实验采用含碳球团焙烧还原工艺,通过... 高炉炼铁工艺中炼焦、球团、烧结工序是主要污染源,本实验模拟转底炉工艺采用煤粉为还原剂实现直接还原铁的清洁生产。实验以津布巴铁精矿为原料,对该铁精矿进行XRD分析、扫描电镜分析和热失重分析。实验采用含碳球团焙烧还原工艺,通过四因素三水平正交实验研究各因素对焙烧球团的金属化率的影响。结果表明:在含碳球团焙烧还原过程中,对金属化率的影响程度从大到小的因素分别为焙烧温度、碱度、焙烧时间和配碳量,其中,当配碳量为1.0,温度为1 150℃,碱度为0.37,焙烧时间为25 min是得到高金属化率焙烧球团的最佳条件,球团焙烧后的残炭量与焙烧温度和碱度也有较大关系,最终球团金属化率均在80%以上。 展开更多
关键词 津布巴铁精矿 含碳球团 金属化率 残炭量
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钒钛磁铁矿转底炉直接还原投资探析 被引量:4
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作者 翁庆强 黄斌 《四川冶金》 CAS 2011年第4期11-14,共4页
介绍了转底炉直接还原技术的工艺、优点及演变过程,针对川威集团自有的钒钛磁铁矿资源,对钒钛磁铁矿转底炉直接还原投资进行了探析。
关键词 转底炉 直接还原 优点 投资 探析
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利用铜渣直接还原炼铁试验研究 被引量:5
18
作者 经文波 李胜利 《中国有色冶金》 CAS 2018年第1期78-81,共4页
本研究的目的是利用废弃含铁铜渣资源直接还原炼铁,降低能耗,减少CO_2排放,降低成本。通过铜渣球团直接还原炼铁试验,控制低熔点产物的量,必须做到迅速降低产物中的亚铁含量和快速去除K、Na,去掉NCP、适当提高焙烧温度和延长焙烧时间,... 本研究的目的是利用废弃含铁铜渣资源直接还原炼铁,降低能耗,减少CO_2排放,降低成本。通过铜渣球团直接还原炼铁试验,控制低熔点产物的量,必须做到迅速降低产物中的亚铁含量和快速去除K、Na,去掉NCP、适当提高焙烧温度和延长焙烧时间,提高铜渣球团直接还原金属化率及还原铁粉品位和金属回收率。通过优化试验,DRI球团金属化率>92%,金属回收率>89%,按95%铁品位折算每吨铁:能耗<380.00 kgce,CO_2排放<1.10 t,炉料成本<490元。利用铜渣作为二次资源直接还原炼铁,可扩大炼铁资源应用范围,减少铜渣对环境污染,节能减排效果显著。 展开更多
关键词 铜渣 球团 直接还原 炼铁
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含碳锰矿团块及铬矿团块还原过程的检测和研究方法 被引量:1
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作者 蒋国昌 徐建伦 徐匡迪 《铁合金》 北大核心 1990年第2期27-29,19,共4页
本文介绍了含碳铬矿团块和锰矿团块还原过程中还原率的在线检测方法。通过化学物相分析可分别测出金属还原率和金属化率,矿相和结构研究可揭示铬、锰矿团块还原过程的进展程度及反应机制。简介了团块内部气孔特性的测定及全方位信息在... 本文介绍了含碳铬矿团块和锰矿团块还原过程中还原率的在线检测方法。通过化学物相分析可分别测出金属还原率和金属化率,矿相和结构研究可揭示铬、锰矿团块还原过程的进展程度及反应机制。简介了团块内部气孔特性的测定及全方位信息在固相还原研究中的重要性。 展开更多
关键词 锰矿 铬矿 团块 还原 检测
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反应热对钛铁矿铝热还原的影响 被引量:1
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作者 兰尧中 《云南师范大学学报(自然科学版)》 1997年第2期47-50,共4页
研究了反应热对钛铁矿铝热还原过程的影响,不同反应热对钛铁矿铝热还原反应产物钛铁与钛收率的影响及渣的形貌分析结果表明,当反应热的绝对值|ΔH|<2583.24KJ/Kg时,钛铁与钛收率随|ΔH|的增加而增大,钛铁中的铝... 研究了反应热对钛铁矿铝热还原过程的影响,不同反应热对钛铁矿铝热还原反应产物钛铁与钛收率的影响及渣的形貌分析结果表明,当反应热的绝对值|ΔH|<2583.24KJ/Kg时,钛铁与钛收率随|ΔH|的增加而增大,钛铁中的铝含量则降低;当|ΔH|>2583.24KJ/Kg时,钛铁与钛收率随|ΔH|的增加而减少,铝含量则增大,因此钛铁矿铝热还原反应的反应热应严格控制在-2584.24KJ/Kg。 展开更多
关键词 钛铁矿 反应热 铝热还原
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