氧化球团竖炉直接还原中微波作用机理的研究

论文摘要

微波加热是依靠物料在微波场中的介质损耗而产生热效应的,具有快速性、选择性、均匀性等其他加热方法无法比拟的优点。针对传统直接还原方法中还原反应时间长和还原过程中传热传质不均等问题,开发了微波竖炉加热氧化球团直接还原工艺。但目前对微波的作用机理尚不明确,本文通过将微波加热与常规加热作用于氧化球团直接还原的效果和显微结构进行对比研究,探讨了微波对直接还原的作用机理。用MW-L0316V工业微波炉对原料的升温性能进行了研究,结果表明,原料的升温速率随着微波功率的提高而提高,当微波功率为1300w时,氧化球团的升温速率为0.32。C/s,焦粉的升温速率为0.38℃/s,说明原料的微波性能较好。还原物料（氧化球团与焦粉按C/Fe为0.354混合）在微波竖炉中的升温速率较快,微波功率为10.5kw,下料电机转速为1000r/min的条件下,平均升温速率为0.21℃/s。将氧化球团在微加热作用下与常规加热作用下直接还原效果进行了对比,结果表明：微波加热能缩短还原时间,还原温度为1050℃、球团金属化率为80%左右时,常规加热需要120min,而微波加热只需74min。用显微维氏硬度计对以上两种方法球团还原过程中金属铁的显微硬度进行了对比,微波加热作用下金属铁颗粒的显微硬度为169.73kg/mm2,比常规加热作用下球团的（126.64kg/mm2）高很多。运用扫描电镜以上两种方法下直接还原过程中球团微观结构进行了对比研究,发现微波加热还原过程中球团的显微结构变化的不同点在于：还原初期由于还原反应速率非常快,球团内部铁氧化物从原来的板状变成了“树枝状”,随着反应的进行,由于炉内焦粉变细,炉内气压增大,碳的气化反应受挫,球团中心浮氏体出现“浑圆状”,铁橄榄石出现液相将浮氏体部分包裹,抑制了浮氏体的还原,降低了还原反应的速率,球团内部显微结构明显出现分层现象。金属化率为60%以上时,球团内部显微结构由外而内明显被分为“金属铁层”、“铁环包渣层”和“浮氏体层”三层。为了强化微波竖炉中氧化球团的直接还原,将一根直径为20mm、长为3m的不锈钢圆管从炉顶插入缓冷段,增强炉内的透气性,使炉内气压减小,碳的气化反应能顺利进行,从而使整个直接还原反应能顺利进行。强化直接还原后,球团内部显微结构不再出现“浑圆状”的浮氏体,铁橄榄石的含量明显减少,还原效果明显得到提高。将微波强化氧化球团直接还原后的结果与常规加热作用进行了对比研究,研究表明：微波作用下氧化球团在温度为1050℃的条件下还原65min,金属化率可以达到92.67%,比常规还原时间（150min）缩短了一半以上；球团的抗压强度达到1445N/个,是常规加热作用（742N/个）的近2倍；金属铁颗粒的显微硬度为197.39kg/mm2,是常规加热作用下球团的（136.84kg/mm2）近1.5倍。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 文献综述
• 1.1 钢铁工业发展现状
• 1.2 直接还原工艺的现状及发展方向
• 1.2.1 直接还原的现状
• 1.2.2 直接还原工艺
• 1.2.3 直接还原工艺发展方向
• 1.3 直接还原法存在的问题
• 1.4 微波加热技术的应用
• 1.4.1 微波在碳热还原中的优势
• 1.4.2 微波的非热效应
• 1.5 本研究的目的和研究思路
• 1.5.1 研究目的
• 1.5.2 研究内容
• 第二章 原料性能及研究方法
• 2.1 实验原料的性能
• 2.1.1 氧化球团
• 2.1.2 焦粉
• 2.2 研究方法
• 2.2.1 微波加热直接还原铁矿氧化球团
• 2.2.2 常规加热直接还原铁矿氧化球团
• 2.3 分析与检测
• 2.3.1 化学成分检测
• 2.3.2 显微结构分析
• 2.3.3 吸波性能的测试
• 2.3.4 显微硬度的测定
• 2.3.5 球团抗压强度检测
• 第三章 微波对物质的作用原理及原料的吸波特性研究
• 3.1 微波加热基本原理
• 3.1.1 微波与物料相互作用关系
• 3.1.2 微波的加热机制
• 3.1.3 微波能的吸收
• 3.2 原料的吸波性能
• 3.2.1 氧化球团的吸波性能
• 3.2.2 焦粉的吸波性能
• 3.3 还原物料在微波竖炉中的升温
• 3.4 本章小节
• 第四章 微波加热作用下氧化球团直接还原机理研究
• 4.1 氧化球团煤基还原热力学基础
• 4.2 氧化球团煤基还原动力学基础
• 4.3 氧化球团直接还原实验与结果
• 4.4 氧化球团微波加热直接还原过程中结构和物质的变化
• 4.4.1 还原过程中铁氧化物显微结构的变化
• 4.4.2 还原过程中球团横截面显微结构的变化
• 4.4.3 还原过程中金属铁颗粒显微硬度的变化
• 4.4.4 还原过程中脉石矿物的变化
• 4.5 强化微波加热作用下煤基直接还原
• 4.5.1 强化前后还原速率的变化
• 4.5.2 强化后球团显微结构的变化
• 4.5.3 强化后与常规加热作用下还原效果的比较
• 4.6 微波加热对氧化球团直接还原的作用机理的探讨
• 4.7 小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间主要成绩