利用COREX尾气还原铁矿石生产.doc

利用COREX尾气还原铁矿石生产碳化铁的实验研究王光辉　姜茂发　　(东北大学) 摘　要　根据热力学分析，在550～700 ℃范围内选择相应条件进行还原铁矿石的实验，研究温度及CO-CO2-H2系气体成分不同时矿石失重情况的变化，并论述二者对于还原、析碳以及碳化铁生成的影响，确定利用COREX尾气还原铁矿石生产碳化铁的可行性。关键词　碳化铁　COREX尾气　还原　析碳 EXPERIMENTAL STUDY ON THE PRODUCTION OF IRON CARBIDEBY COREX WASTE GAS DURING IRON ORE REDUCINGWANG Guanghui 　JIANG Maofa　　(Northeastern University) ABSTRACT　Based on thermodynamical analysis, the experiment is carried out at tempera-ture range of 550～700 ℃ under selected corresponding conditions.The change of weight loss of iron ore in different temperatures and in different CO-CO2-H2 series gas components,are investigated respectively.Based on the discussion of the effect of temperature and gas composition on reduction,carbon deposition and formation of iron carbide,the feasibility of iron carbide production by COREX waste gas in ore reduction has been proved.KEY WORDS　iron carbide,COREX waste gas,reduction,carbon deposition 1　前言 　　碳化铁作为新的电炉炼钢原料，化学性能稳定，不会自燃或再氧化；含有害元素低；所含碳可以作为炼钢热源；炼钢时碳氧化成CO造成熔池沸腾有利于降低钢中含氮、氢等有害气体和非金属夹杂量［1～3］。由于这些优点，美国Frank M.Stephens在70年代初便产生用碳化铁作炼钢原料的设想，提出了现今碳化铁生产工艺的基础［4］。1994年7月，纽柯公司日产900 t的碳化铁工厂投产，在570 ℃下成功得到了碳化三铁(Fe3C)，所用的气体成分为60 %CH4、34 %H2、2 %CO和1 %H2O(其余为CO2和N2)［5］。　　目前，碳化铁生产工艺对资源要求较高，在天然气匮乏的地区受到很大限制。而COREX熔融还原法是各种熔融还原工艺中唯一实现工业化的炼铁新技术，其预还原炉尾气含CO+H2大于60 %，具有很强的还原能力，并且前人也曾有过利用CO还原铁矿石得到碳化铁的先例［6］。本文根据热力学分析结果，在温度550～700 ℃范围内进行实验，研究CO-CO2-H2系气体对铁矿石的还原情况，探讨利用COREX尾气生产碳化铁的可能性。 2　实验方法 2.1　实验装置与条件　　实验装置示于图1。 图 1　实验装置示意图　　Fig.1　Schematic diagram of experimental apparatus 1—CO气体发生炉；2—气体清洗、检量和混合装置；3—CO、CO2红外分析仪；4—计算机数据采集系统；5—电子天平；6—吊篮；7—反应炉；8—温控仪；9—数字温度表 　　氢气、氮气、二氧化碳采用钢瓶装高纯气；一氧化碳用二氧化碳与1050 ℃左右的木炭发生反应而成；吊篮采用钻孔的钼片制作，用钼丝悬挂连接到电子天平。　　实验用矿石取澳大利亚哈默斯莱富矿，其TFe含量66.34 %、FeO为0.77 %，粒度为2～5 mm。2.2　实验过程　　将20 g矿石装入吊篮置于反应炉，在氮气氛下升温到预定温度后恒温。根据所需配比将H2、CO和CO2按体积流量在混合瓶中混合均匀，洗气后通过CO、CO2红外分析仪确定还原气体成分无误。当矿石恒重后，以流量1.0 L/min的还原气体代替N２通入反应炉并开始计时，炉口点燃。吊篮和试料的重量变化由电子天平数字显示，实验结束后将试料在氮气保护下冷却至室温，取吊篮中部还原矿进行分析研究。 3　实验结果与分析 3.1　反应条件对还原过程中矿石失重的影响　　根据矿石成分计算其含氧量为28.344 %，可用下式定义矿石失重率。 (1) ???