鐵礦煤球團(tuán)抗氧化性的研究

鐵礦煤球團(tuán)抗氧化性的研究

礦工？煤球團(tuán)的恢復(fù)是強(qiáng)烈吸收的。高溫下球團(tuán)的加熱速度是還原速度的限制因素?，F(xiàn)在使用的礦山是嗎？在煤球團(tuán)的恢復(fù)過程中，如轉(zhuǎn)爐法和垂直法，高溫?zé)煹臒崃客ㄟ^輻射（轉(zhuǎn)爐法）或?qū)ΨQ性（垂直法）傳遞給礦山。煤球團(tuán)通過加熱和回波率提供強(qiáng)吸收熱的恢復(fù)反應(yīng)，并具有高輸出熱量的特點(diǎn)。初始產(chǎn)量低，后又丟失的可燃性氣體未使用。大鐵爐的大量氣體增加了使用壽命變慢的問題。由熱力學(xué)條件可知,鐵礦?煤球團(tuán)還原時(shí)析出的揮發(fā)份和產(chǎn)生CO的二次燃燒放熱除滿足還原耗熱外,還有大量剩余.一些實(shí)驗(yàn)結(jié)果已經(jīng)證明,鐵礦?煤球團(tuán)在含O2的氛中能夠進(jìn)行還原并獲得較高的還原度.因此,本文提出了用鐵礦?煤球團(tuán)還原過程中產(chǎn)生的可燃性氣體作燃料,直接燃燒加熱球團(tuán)的自熱還原法,通過計(jì)算分析了該工藝過程的可行性.本文將根據(jù)鐵礦?煤球團(tuán)在空氣中的還原試驗(yàn)結(jié)果,揭示其自熱還原的原因,為建立自熱還原理論和自熱還原新工藝的研究開發(fā)奠定理論基礎(chǔ).1還原度的檢測實(shí)驗(yàn)用的原燃料條件、鐵礦?煤球團(tuán)的制取和實(shí)驗(yàn)方法見文獻(xiàn).為了研究鐵礦?煤球團(tuán)在空氣中的還原規(guī)律,實(shí)驗(yàn)在空氣或N2中分別進(jìn)行,流量為4L/min.在1200℃,鐵礦?無煙煤球團(tuán)(IO?HCP)和鐵礦?煙煤球團(tuán)(IO?SCP)的失重率曲線見圖1,在1050℃和1200℃,鐵礦?煙煤球團(tuán)的失重率曲線見圖2.由圖1和圖2可見,在空氣中還原速度明顯比在N2中快,達(dá)到的最大失重率(最大還原度)基本相同,表明鐵礦?煙煤球團(tuán)在空氣中不僅能夠還原,而且能夠獲得較高的還原度.在空氣中的失重曲線達(dá)到最大值后開始明顯下降,表明還原后的球團(tuán)被空氣迅速氧化.因此,還原后的球團(tuán)必須避免與含氧氣體接觸,才能獲得較高的還原度.鐵礦?煙煤球團(tuán)在1200℃還原時(shí)球團(tuán)中心溫度曲線示于圖3.由圖3可知,球團(tuán)溫度在空氣中比在N2中的上升速度明顯加快.由此可見,鐵礦?煤球團(tuán)在空氣中還原速度加快的原因是還原過程中從球團(tuán)內(nèi)排出的可燃性氣體在球面燃燒,供熱速度增加的結(jié)果.2球團(tuán)的自熱還原鐵礦?煤球團(tuán)受熱后,隨著溫度的不斷升高,煤中揮發(fā)份和還原產(chǎn)生的氣體從球團(tuán)內(nèi)排出,離開球面向外界擴(kuò)散.在空氣中,從球團(tuán)內(nèi)排出的可燃性氣體(揮發(fā)份和還原產(chǎn)生的CO)與氧氣混合,達(dá)到著火溫度便開始燃燒.燃燒放出的熱量傳遞給球團(tuán),球團(tuán)吸收熱量后還原過程繼續(xù)進(jìn)行,可燃性氣體不斷排出,直到還原結(jié)束.在此期間,可燃性氣體不斷從球內(nèi)排出,在球面附近邊混合、邊燃燒,在球團(tuán)表面形成一個(gè)球型火焰面,在火焰面上可燃性氣體與氧氣相遇燃燒.當(dāng)燃燒放出的熱量滿足還原耗熱時(shí),自熱還原過程發(fā)生.當(dāng)鐵礦?煤球團(tuán)在靜止的高溫空氣中還原時(shí),在球團(tuán)周圍形成一同心的球狀擴(kuò)散火焰.圖4示出了單個(gè)鐵礦?煤球團(tuán)的自熱還原模型.鐵礦?煤球團(tuán)被加熱升溫達(dá)到揮發(fā)份析出或還原產(chǎn)生CO的溫度時(shí),可燃性氣體從球內(nèi)向外排出,在球團(tuán)表面被點(diǎn)燃,因而在球團(tuán)周圍出現(xiàn)一層球型高溫燃燒區(qū),稱為“火焰面前鋒”.由于火焰面上燃燒反應(yīng)速度非?？?可燃性氣體和氧氣在火焰面上一相遇就立即反應(yīng)完畢,所以火焰面把可燃性氣體和氧氣完全分開.在火焰面內(nèi)側(cè)只有可燃性氣體,沒有氧氣,可燃性氣體由球面向外擴(kuò)散,它的濃度向著火焰面逐漸降低,在火焰面上幾乎等于零;在火焰面外側(cè)則相反,只有氧氣而無可燃性氣體,氧化不斷向火焰面擴(kuò)散,故在火焰面上氧氣濃度亦幾乎為零.燃燒生成的高溫燃燒產(chǎn)物則向火焰面內(nèi)外擴(kuò)散,而燃燒產(chǎn)生的熱量亦同時(shí)向火焰面兩側(cè)傳遞,球團(tuán)因火焰面?zhèn)鬟f的熱量使溫度升高并發(fā)生反應(yīng),排出可燃性氣體.因球團(tuán)內(nèi)的還原反應(yīng)是強(qiáng)烈的,球團(tuán)溫度上升緩慢,而火焰面上溫度為燃燒溫度,該處溫度最高,因此燃燒過程的進(jìn)行加快了向球團(tuán)傳遞熱量的速度.由于燃燒發(fā)生的必要條件是可燃性氣體首先從球內(nèi)排出,然后在氣相中燃燒,所以在還原過程中,火焰面不可能位于球面上,而是位于離開球面一定距離處的氣相環(huán)境中.火焰面距離球面的距離由從球團(tuán)內(nèi)排出的可燃性氣體速度,即反應(yīng)速度所決定.反應(yīng)速度愈快,排出的可燃性氣體速度愈快,火焰面的距離愈遠(yuǎn);到還原后期,隨著反應(yīng)速度的降低,火焰面逐漸縮小并靠近球面,直到還原結(jié)束.鐵礦?煤球團(tuán)團(tuán)自熱還原期間,火焰面內(nèi)側(cè)是從球團(tuán)內(nèi)排出的可燃性氣體和燃燒產(chǎn)物氣體的混合氣體.這種混合氣體的氧化性比空氣低的多,稱為“弱氧化性氣氛”.研究結(jié)果證明,鐵礦?煤球團(tuán)在弱氧化性氣氛中存在一個(gè)無氧化反應(yīng)發(fā)生的抗氧化還原階段,在這個(gè)階段球團(tuán)內(nèi)還原產(chǎn)生的氣體從球團(tuán)內(nèi)排出,抑制了氣相中氧化性氣流向球面的擴(kuò)散.因此,鐵礦?煤球團(tuán)能夠自熱還原的原因歸結(jié)為:從球團(tuán)排出的可燃性氣體在球面附近的火焰面上燃燒,在火焰面內(nèi)側(cè)是氧化性較弱的可燃性氣體和燃燒產(chǎn)物的混合物,鐵礦?煤球團(tuán)在弱氧化氣氛中還原具有抗氧化性;在火焰面燃燒放出的熱量向球團(tuán)傳遞,進(jìn)行自熱還原.隨著溫度的升高,鐵礦?煤球團(tuán)內(nèi)可燃性氣體的排出首先是揮發(fā)份,只有當(dāng)球團(tuán)被加熱到碳的還原作用開始激烈進(jìn)行溫度,才能產(chǎn)生CO.因此,要實(shí)現(xiàn)鐵礦?煤球團(tuán)的自熱還原,必須保證:(1)熱空氣把球團(tuán)加熱到揮發(fā)份析出溫度,并能使揮發(fā)份燃燒;(2)揮發(fā)份燃燒放出的熱量加熱球團(tuán),使其達(dá)到碳的還原作用開始激烈進(jìn)行的溫度,產(chǎn)生CO并燃燒;(3)產(chǎn)生的CO不完全燃燒放出的熱量保證球團(tuán)還原至終了;(4)從球團(tuán)排出的可燃性氣體在球團(tuán)周圍的燃燒過程持續(xù)進(jìn)行.3球團(tuán)內(nèi)溫度上升和球團(tuán)內(nèi)溫度上升速度,球團(tuán)內(nèi)溫度上升迅速,球團(tuán)內(nèi)溫度上升迅速,球團(tuán)內(nèi)溫度上升迅速,球團(tuán)內(nèi)溫度上升迅速,球團(tuán)內(nèi)溫度上升迅速,球團(tuán)內(nèi)溫度上升迅速,球團(tuán)內(nèi)溫度上升迅速,球團(tuán)內(nèi)溫度上升迅速,球團(tuán)內(nèi)溫度上升迅速,球團(tuán)內(nèi)溫度上升迅速,球團(tuán)內(nèi)溫度上升迅速,球團(tuán)內(nèi)部溫度上升迅速,球團(tuán)內(nèi)溫度上升迅速,球團(tuán)內(nèi)溫度上升迅速,球團(tuán)內(nèi)溫度上升迅速,球團(tuán)內(nèi)溫度上升迅速,球團(tuán)內(nèi)溫度上升迅速,球團(tuán)內(nèi)溫度上升迅速,球團(tuán)內(nèi)溫度上升迅速,球團(tuán)內(nèi)溫度上升迅速,球團(tuán)內(nèi)溫度上升迅速,球團(tuán)內(nèi)溫度上升迅速,球團(tuán)內(nèi)溫度上升迅速,球團(tuán)內(nèi)溫度上升迅速,球團(tuán)內(nèi)溫度上升迅速,球團(tuán)內(nèi)溫度上升迅速,球團(tuán)內(nèi)溫度上升迅速,煤球團(tuán).鐵礦?煤球團(tuán)在空氣中還原時(shí),從球團(tuán)內(nèi)排出的可燃性氣體在位于球面附近的火焰面上燃燒,火焰面的溫度高于球面溫度,加快了熱量向球團(tuán)的傳遞速度,還原速度和球團(tuán)內(nèi)溫度上升速度明顯加快.在火焰面內(nèi)側(cè)是從球團(tuán)排出的可燃性氣體和燃燒產(chǎn)物氣體的混合物,它是比空