日本含碳球团技术研究进展

含碳球团技术是有效利用低价的高结晶水铁矿、实现高炉降低焦比和燃料比的技术途径之一。介绍了日本提高含碳球团冶金性能技术的研究现状,包括提高含碳球团反应性和还原性的研究进展。发现减小焦炭或者煤粉粒度、使用生物质炭、设计新型球团结构可以提高含碳球团的反应性,使用高结晶水铁矿粉可以提高含碳球团的还原性。此外,还介绍了含碳球团在高炉中的应用效果。

热压含碳球团制备及性能

采用烟煤加热时产生的胶质体作为黏结剂来压制热压含碳球团。根据胶质体的最高流动度和热稳定性,用单一煤种压制热压球团时,肥煤是最好的黏结煤。相对于同成型条件下的冷压含碳球团,热压含碳球团强度更高,相同还原条件下的反应速度更快。

含碳球团的还原熔分行为

通过高温电阻炉对含碳球团还原熔分的行为进行热态模拟研究,考察温度、配碳比、化学成分等因素对球团还原熔分的影响程度。结果表明,温度、配碳比和球团传热方向上的尺寸是控制球团还原熔分的关键;化学成分对还原速率影响不明显,但是通过改变渣的组成可对渣铁熔分起促进或抑制作用。

含碳球团生产工艺参数优化及固结机理研究

实验研究了含碳球团高温自还原特性,考察了焙烧温度、C/O、焙烧时间等工艺参数对含碳球团还原后金属化率和强度指标的影响,利用XRD和SEM显微分析研究了球团还原过程和固结机理.正交实验结果表明,焙烧温度是影响两项指标的最重要因素,C/O次之,焙烧时间的影响不显著.在焙烧温度1350℃、C/O比1.15、焙烧时间25min的最佳工艺条件下,金属化率最高为85.33%,球团的抗压强度达到2248N.

含碳球团的还原性和还原冷却后的强度

在 １２７３～１５７３ Ｋ条件下研究了不同煤种、木炭和石墨与不同种类矿石制成含碳球团 的还原速度；进而讨论了温度、配碳比（Ｃ／Ｏ）、挥发分含量等因素对含碳球团还原所需时间和 金属化率的影响．通过测定含碳球团还原冷却后的强度，对影响强度因素进行了分析．还原冷 却后的强度在温度 １２７３ Ｋ时较低，配入含挥发分较高的气煤，可以使还原冷却后的强度提高， 加快反应速度．

热压含碳球团冷态强度的实验研究

重点考察了煤种及热压工艺参数对热压含碳球团冷态强度的影响，并探讨了热压含碳球团获得高强度的机理．研究表明，煤种、配煤量、热压温度、配煤粒度及热压压力等热压工艺参数对热压含碳球团强度具有显著影响，其中热压温度是影响冷态强度最重要的因素．热压工艺利用煤的热塑性保证煤矿颗粒充分接触，增大粘结面积，从而使热压含碳球团的强度高于冷固结含碳球团．从冷态强度角度出发，以鹤岗烟煤为原料生产热压含碳球团的适宜工艺参数为配煤量25％～35％，热压温度450℃，配煤粒度〈90μm，热压压力不低于35MPa．

钒钛磁铁矿冷压含碳球团的粘结剂选择

为了提高钒钛磁铁矿冷压含碳球团的强度,选用膨润土、糖浆及玉米面作粘结剂,对比了3种粘结剂对球团性能的影响,从而确定适合转底炉工艺的较优粘结剂及最佳配加量。结果表明:膨润土加入量超过6%时,制备球团性能能够达到转底炉工艺要求,但导致球团内铁品位降低程度较大;添加糖浆作粘结剂时,在实验研究范围内,球团性能尚未达到工艺要求,且存在压球过程中脱模困难问题;而选用玉米面作粘结剂制备球团时各方面都能达到工艺要求。玉米面(含量2.5%)加入到浓度为4%的NaOH溶液中发酵15 min左右,所得球团的湿球落下强度为4.8次,湿球抗压强度为55.1 N,干球落下强度为24.8次,干球抗压强度为648.1N,湿球爆裂温度为400℃,满足转底炉生产的各项指标。

粘结剂对某高铁尾矿含碳球团强度的影响

CMC、糖浆、淀粉、膨润土、水玻璃、标准水泥等单一及复合粘结剂对某高铁尾矿压球球团强度的影响。结果表明,CMC、膨润土为粘结剂时生球效果较佳,落下次数大于4次,湿球抗压大于40 N,干球抗压大于180 N;糖浆作为粘结剂时能显著提高球团干球强度,其落下次数大于20次,抗压强度达到730 N;高温强度试验表明,球团强度在焙烧初期急速下降,焙烧后期随着烧结现象的发生和金属铁的生成,球团强度逐渐增强;球团孔隙率测定试验表明,在焙烧初期球团孔隙率迅速增大,在焙烧5 min时达到最大,超过50%;最终确定0.4%CMC和8%膨润土为该矿的最佳粘结剂配比组合,在此条件上压球,并将球团矿直接还原磁选,可得到全铁品位95.64%,回收率88.42%的直接还原铁。

微波加热钛精矿含碳球团制取初级富钛料的研究

基于微波加热的优点和钛精矿良好的吸波性能，提出了微波加热还原钛精矿含碳球团制取初级富钛料的工艺路线并进行了试验，发现微波还原的最佳工艺条件：还原时间为1．5h，还原温度为1100～1150℃，复合添加剂的用量为钛精矿的5％。试验得到了杂质酸溶性好的初级富钛料。

热压含碳球团自还原过程限制性环节的实验研究

在传热条件一定的前提下,于900～1150℃反应温度范围内进行了热压含碳球团的自还原实验.通过分析热压含碳球团还原失重和产物气体的变化规律,阐述了热压含碳球团的自还原机理.结果表明,热压含碳球团的自还原可用多孔物料反应模型进行描述.整个过程分为两个阶段,第一阶段还原速率明显大于第二阶段.在本研究条件下,热压含碳球团自还原过程两个阶段的限制性环节均为气体通过还原产物层的内扩散.

CO/CO_2气氛下含碳球团还原动力学模型及其应用

分析了 CO/CO2 气氛下含碳球团的还原步骤 ,以此为基础建立了含碳球团还原动力学的微分方程组 ,并编制了相应的计算机程序 ,在验证了该数学模型准确性的基础上 ,对 CO/CO2 气氛中含碳球团的还原行为进行了计算机模拟。该模型全面考虑了 FASTMET工艺条件下还原过程中的各种影响因素 ,模拟计算结果与文献 [1]的实测结果相符合 ,证明用此模型可以优化含碳球团的直接还原工艺条件。

含碳球团还原过程中反应分数、还原度和金属化率的关系

推导了含碳球团的反应分数、还原度和金属化率间的关系。根据这些关系处理失重试验的数据可确定含碳球团中金属Fe、FeO、Fe2O3的变化。

赤泥含碳球团还原动力学

在900~1 200℃范围内,通过还原失重试验研究了赤泥含碳球团的还原特性。结果表明,还原得到的金属化球团中铁元素总含量在60.7%以上,金属化率在83.48%以上。赤泥含碳球团的金属化率和还原速率均随温度的升高而增大,赤泥含碳球团的还原速率由碳的气化反应和界面化学反应混合控制,表观活化能为110.16~111.42kJ/mol。

含碳球团冷固结成型试验

采用正交试验方法研究了以糖浆作为粘结剂,钒钛磁铁矿和煤粉为原料,在不同的粘结剂配比、成型压力和水分加入量下含碳球团的冷固结成型性能。结果表明:制得球团在300℃下烘干30 min后,抗压强度随粘结剂加入量的增加先增加后减少;随成型压力的增加一直增加,但增加幅度越来越小;水分加入量在3%以下时,对球团的抗压强度影响不大,继续增加水分加入量,球团的强度急剧下降。试验获得最佳工艺参数为,粘结剂加入量6%,成型压力18 MPa,水分加入量2%。在该工艺条件下球团的平均抗压强度可以达到2 723 N。

自熔性烧结含碳球团铁连晶形成动力学过程

铁连晶是保持含碳球团热强度的金属骨架。在还原气氛条件下 ,反应温度 6 0 0～ 70 0℃时 ,金属铁雏晶形成 ;铁连晶的形成存在一个临界温度 70 0～ 75 0℃。实验表明 ,低于这个临界温度 ,即使长时间保温 ,铁连晶也不易形成 ;只有当加热速率足够大时才会导致铁连晶的形成。在温度确定后 ,碳的固溶过程是时间的函数 。

配碳比对热压含碳球团软熔滴落性能的影响

在碱度固定为1.20的条件下,系统研究了配碳比n(FC)/n(O)对热压含碳球团软熔滴落性能的影响,并进行了理论分析.研究表明,配碳比对软化区间、熔化区间、滴落率等软熔滴落性能参数有显著的影响.随着配碳比增加,软化区间t40～t4先变窄后加宽,在配碳比为1.00时最窄,降至348℃;熔化区间tD～tS也先变窄而后加宽,当配碳比为1.00时最窄,降至46℃;滴落率先增加后降低,在配碳比为1.08时滴落率最高,达到24.66%.从软熔滴落性能角度综合考虑,实际生产热压含碳球团时其配碳比宜定在1.00左右.

含碳球团在氧化性气氛中的还原机理

根据Ｓｔｅｆａｎ流理论，研究了含碳球团在氧化性气氛中的还原机理，建立了极限抗氧化还原速度ｖＲＬ的计算式。结果表明：当还原速度大于ｖＲＬ时，还原过程不受氧化性气氛的影响。加热温度一定时，ｖＲＬ随气相中ＣＯ浓度增加和气流速度减小而降低，加热温度对ｖＲＬ的影响不大。

提高尘泥含碳球团烘干后强度的实验研究

针对尘泥含碳球团烘干后强度降低进行实验研究,通过改变原料配比、粘结剂种类、球团烘干制度和造球方法提高含碳球团烘干后强度。结果表明:使用钙基含碳球团粘结剂配合复式法造球,钙基含碳球团粘结剂加入量为原料总质量的1.8%,造球时间30 min,球团烘干风温180℃,风速1.0 m/s。该实验条件下烘干后球团平均抗压强度为152.1 N,落下强度为4.5次/0.5 m。

低配碳比含碳球团直接还原的实验研究

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.

含碳球团还原熔分综合利用硼铁精矿新工艺

基于硼铁矿资源综合利用的现状和转底炉珠铁工艺的基本特点,提出了含碳球团还原熔分综合利用硼铁精矿的新工艺。在实验室条件下,以硼铁精矿和碳质还原剂为原料,系统研究了焙烧温度、配碳量(C/O摩尔比)、还原剂种类、熔融保持时间等因素对球团还原熔分过程的影响,以及熔分产物的基本特性。试验结果表明:焙烧温度过高或过低均不利于熔分;提高配碳量有助于缩短还原熔分时间;煤灰熔点对熔分有较大影响;随着熔融保持时间的延长渣中FeO含量降低。优化的工艺参数为:以无烟煤为还原剂,配入量为C/O=1.2,焙烧温度为1400℃,焙烧时间为15 min。此时,渣铁分离彻底,得到含硼元素0.065%的纯净珠铁和B2O3品位为20.01%的富硼渣,珠铁中铁的收得率在96.5%以上,富硼渣中硼的收得率在95.7%以上。经缓冷处理,富硼渣主要由遂安石和橄榄石两相组成,活性达86.46%。含硼珠铁和富硼渣分别是钢铁和硼化工工业的优质原料,该工艺可为我国低品位硼铁矿的综合利用提供一种新思路。