铁酸钙改性抑制流化床氢气直接还原黏结机理

流化床氢气直接还原炼铁是钢铁工业低碳发展的重要方向之一,而解决还原过程中颗粒黏结失流问题是推动其规模化应用的关键所在。以化学试剂为原料,通过高温焙烧合成不同的铁酸钙,并对铁精矿粉进行改性处理,考察了合成铁酸钙的氢气还原特性和改性铁精矿的流态化还原性能,揭示了铁酸钙改性铁精矿抑制黏结的机理,从而为突破黏结失流难题奠定理论基础。氢气还原特性表明,不同铁酸钙物相的氢气还原性能和还原路径存在明显差异,铁酸一钙(CaFe_(2)O_(4),CF)和磁铁酸钙(CaFe_(3)O_(5),CWF)均为多步还原,而铁酸二钙(Ca_(2)Fe_(2)O_(5),C_(2)F)为一步还原,试验结果与热力学分析结果吻合;铁酸钙提高了铁氧化物在氢气还原过程中的稳定性,其中C_(2)F最难被还原;表面形貌分析结果表明,焙烧处理后的Fe_(2)O_(3)其还原产物颗粒表面仍保持致密结构,而铁酸钙经过氢气还原后颗粒均呈现多孔结构,随着CaO质量分数的增加,CWF、CF和C_(2)F的表面形貌由长约5μm的近柱状逐渐演化成尺寸约1μm的小颗粒;还原产物呈现固溶体内析出纳米铁颗粒结构,可有效降低颗粒表面黏性。添加氧化钙的铁精矿经过焙烧改性后其表面形成分布均匀的铁酸钙,具有良好的抗黏结性能。因此,通过添加氧化钙并焙烧处理实现铁矿表面铁酸钙改性,可有效抑制黏结失流,从而支撑流化床氢气直接还原炼铁技术的发展应用。