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影响铁矿石还原速率的因素有哪些?

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影响铁矿石还原速率的因素有哪些?

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(1)还原气体的浓度
气相中还原气体CO和H2浓度的提高对化学反应速度和扩散过程都是有利的。因为初始浓度提高后,还原气体扩散速度加快,界面上还原气体浓度与平衡浓度差值增大,化学反应速度也随之加快。
(2)温度
随着温度的升高,化学反应速度常数与扩散系数都会增大。在800~1000℃范围内,温度对反应的加速作用最为重要。因为高出此范围如矿球达到软化、熔融温度后,将引起体积收缩和孔腺度减小,反应过程转入扩散范围,总反应速度反而会减慢。
(3)煤气流速
当反应处于气相边界层中的外扩散范围时,增加煤气流速,气相边界层减薄,反应速度加快。当反应过程处于内扩散或动力学范围时,煤气流速对反应速度几乎无影响。高炉生产则属于这种情况。
(4)煤气压力
压力是通过对还原气体浓度的影响而起作用的。因此,当反应过程处于内扩散或动力学范围时,提高压力有利于还原。同时提高压力还会使碳素溶损反应变慢,使CO2消失的温度区域,由800℃提高到1000℃左右,有利于中温区间接还原的发展。随着压力的不断提高,这种影响效果减弱。
(5)矿石粒度、组成与孔隙度
矿石粒度减小,内扩散阻力降低,同时矿石的比表面积增大,结果使反应速度加快,还原时间缩短。但当粒度缩小到一定程度后,使反应过程转变到动力学范围时将不再起作用,此时的粒度称为“临界粒度”,高炉冶炼条件下为3~5mm。
矿石的孔隙度在很大程度上决定了矿石的还原性,因为在很多情况下,内扩散往往成为反应过程的限制性环节。孔隙度大,开放型孔隙多,以及还原产物层产生裂缝等均会加速内扩散过程促进还原进行。反之,结构致密,孔隙度小或多为封闭型孔,还原性显著降低。
浮氏体的性状和形态对还原产物金属铁层的结构有很大影响。当浮氏体的纯度高及还原温度较高时,生成的金属铁层则较为疏松,内扩散阻力小。此外,铁矿物结构不同,其还原的难易程度有很大差别,一般由易到难的顺序为:球团矿-褐铁矿-高碱度烧结矿-菱铁矿-赤铁矿磁铁矿-均热炉渣等。
铁的复合化合物,如烧结矿及均热炉渣中的硅酸铁(FezSi0,),钛磁铁矿中的钛铁矿(Feo.TiO2)、钛尖晶石(2Feo.Ti02)和钛磁铁矿(FesO..
TiO2)等的还原,首先要分解成自由的铁氧化物才能被还原,因此要在高温时进行,属于难还原的铁矿物。
(6)煤气成分
高炉煤气是由CO,H2,N2组成的。由于H2的扩散系数和反应速度常数都大
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