一、氧化铁在还原过程中的失流 失流的防止（论文文献综述）
张圣禹,李小龙,王涛,张子木,刘燕,张廷安[1]（2021）在《新型侧搅拌流化床气-固流化质量的模拟》文中研究说明在流态化炼铁的过程中,由于气-固分布不均匀,导致节涌、沟流、气体利用率低、粘结失流等现象,甚至出现死床的状况.本实验建立新型侧搅拌流化床反应器的物理模型,研究了搅拌方式、空气体积流率、搅拌器转速、搅拌器倾斜角度四个因素对流化床内颗粒与气泡运动行为及压强变化规律的影响.结果表明:侧搅拌流化床的气-固流化质量优于垂直搅拌流化床,气泡尺寸显着减小;空气体积流率的增加会使流化床内颗粒运动情况加剧,气泡尺寸增大,压强变化加剧;搅拌桨转速增加可有效地剪切、破碎床内气泡;倾斜角度为45°的侧搅拌流化床内的气-固流化质量最优.
孙贯永[2]（2021）在《外热式气基直接还原炼铁工艺的基础与应用研究》文中提出在我国政府明确提出2030年前碳达峰、2060年前碳中和目标的背景下,实现炼铁工序CO2排放的绝对减排,以及高端特钢对优质纯净海绵铁原材料的需求,促使企业及研究院所加快开发适应我国国情的气基直接还原炼铁工艺。论文是与山西某企业合作开发新型外热式加热炉在低阶煤热解及碳与水蒸气反应生成CO+H2的成功中试经验的基础上,进一步延展合作开发新型外热式气基直接还原炼铁工艺,历时十年时间,全面进行了外热式气基直接还原工艺的基础理论及实验研究,并依据基础研究结果设计了年产3000吨、8万吨、30万吨规模的工艺和装备。外热式气基直接还原炼铁设置两个各自独立的内、外系统,之间由高导热的材料（火墙）隔离,其特点是还原所需的热能由外热系统以燃气燃烧后通过火墙向炉内传热的方式提供,还原气和球团在还原炉内被外热系统加热到所需的还原温度,而不是还原气在炉外被加热到还原温度后进入还原炉,具备球团和还原气常温入炉,还原铁低温出炉,还原气压强损失小,吨铁能源消耗低等特点。外热燃烧系统具有独立的蓄热室火道加热功能,可以实现炉内还原系统温度的精准控制,提高了还原气的利用率,有效避免了还原初期高温段球团的粘结和末期得到海绵铁后的低温析碳。外热式气基竖炉所构造的高温反应容器中,还原气与铁氧化物组成多元多相体系在炉内完成平衡反应,还原铁的生产效率与CO+H2为主的还原气的成分、还原温度、外加热能源的消耗有关,而CO+H2为主的还原气在900℃的气体利用率极限只有31.098%～37.181%,还原气体还原、升温、降温、换热等过程中将引起热焓的大幅度的波动,从而影响吨铁综合能耗。有必要结合外热式气基直接还原的特点,研究提高不同还原气的利用率和降低能源消耗的机理,这是本研究的主要目的。首先根据最小自由能原理的需要,以等压比热容和热力学方程,推导了体系中物质在不同温度区间的吉布斯自由能与温度的关系式,用于编制相应温度区间的最小自由能计算程序。设定初始还原气量、各组元的浓度组成、压强、温度等条件,得到相应的平衡态组成,延伸得到还原气体的利用率、平衡态浓度、还原气参与度、反应热焓、产气比等参数。根据构建的外热式气基直接还原炼铁的能耗模型,获得不同条件下吨铁气体的升温热焓、反应热焓、固体升温热焓、总热焓需求及体系热焓输入、可回收热焓及热焓回收率等参数。通过对各种不同组成的还原气的研究发现,当还原分别处于Fe2O3→Fe3O4、Fe3O4→Fe0.947O、Fe0.947O→Fe 阶段,即发生铁氧化物逐级还原的阶段,还原气体利用率及平衡态浓度、气体的还原参与度、还原气体中CH4的转化率、产气比等参数保持不变,利用这一特点,可以反推氧化铁中的Fe完全还原时的还原气的需求量、还原后气体的组成和各组元物质的量及反应热焓。对%CO+%H2=100还原气还原Fe2O3的多元多相热力学平衡体系进行了研究:1)分析了不同组成的还原气体的初始成分与其利用率等随着还原气组成不同的演变规律,发现对于%CO=%H2=50的还原气体,研究了还原产物不含Fe3C+C+CH4体系与包含Fe3C+C+CH4体系在Fe0.947O→Fe阶段的各种反应参数的区别,发现后者的反应热焓更低,因为该阶段为吸热反应,而CH4的生成是放热反应,两者叠加,反应吸热减少;当CO初始浓度大于50%,随着温度增加,CO+H2气体利用率呈降低趋势;当CO初始浓度小于50%,随着温度增加,CO+H2气体利用率呈增加趋势。CO初始浓度越大,CO+H2气体总的利用率越小。900℃时,压强对CO+H2气体利用率有着明显的影响;当温度1000℃以上时,压强对CO+H2气体利用率的影响可以忽略。2)理论模型计算了用CO+H2气体还原Fe2O3过程的理论能源消耗,发现当CO初始浓度小于10%,体系综合热焓（即热收入与热消耗的差）随着温度的升高而减小;当CO初始浓度为20%,体系综合热焓随着温度变化的幅度很小,但总的趋势是体系综合热焓随CO初始浓度的增大而减小;当CO初始浓度大于30%,体系综合热焓随着温度的升高而增大。当CO初始浓度在65%～71%时,体系综合反应热焓为零。在热焓输入项的构成占比中,从大到小依次是气体升温吸热、固体升温吸热、反应热焓。体系的压强对吨铁能源消耗的影响较小。不同组成的CO+H2还原气还原吨铁体系的热焓输入在108.062～122.051 kgce区间,热焓回收率在65%～95%区间变化。对于还原气成分组成多样化的特点,利用多元多相的最小自由能模型研究了%CO+%H2=90,%CH4+%N2=10初始还原气还原Fe2O3的反应特征和理论能源消耗的规律。研究发现:900℃条件下,还原气中每增加1 Nm3 CH4减少吨铁还原气需求量约6.100～7.337 Nm3,减少吨铁的化学反应热焓1.940～9.666 MJ,减少吨铁还原气升温热焓6.058～7.598 MJ,减少吨铁热焓能输入4.118～17.264 MJ。利用这一特点,理论研究了使用CH4+H2构成还原气所必须的条件,减少纯H2还原体系的吸热量,整体降低局部的加热需求的热量和工艺条件;或使用CH4+CO构成还原气,减小纯CO还原体系的放热量,降低局部过热可能性所对应的工艺条件。焦炉煤气是典型的富含H2和CH4的工业气体,对焦炉煤气还原Fe2O3的热力学平衡和能源消耗模型的研究发现:焦炉煤气在热力学上具有不重整直接用于还原炼铁的可行性,但需要对焦炉煤气量、氧化铁的量、还原温度及还原的动力学条件进行精确的控制,加入过多的焦炉煤气有析出C的可能,且增加了吨铁能源消耗。Fe2O3恰好完全被还原时的焦炉煤气的利用率随温度的升高而增加,在900℃时为81.900%,吨铁热焓需求为165.416 kgce,但这两项会由焦炉气体组成的变化而改变。进一步对%CO+%H2+%CH4=100还原气在900℃下还原Fe2O3的多元多相热力学平衡和能源消耗模型的研究发现:1)随初始CH4浓度的增大,反应焓变和总热焓需求量增大,气体升温热减小,反应焓变的能耗占比持续增加,气体升温热和固体升温热的能耗占比持续减小。2)在%CH4=50时,总热焓需求量为 275.412～276.433 kgce/tFe,与不含 CH4 的%CO+%H2=100还原气相比,总热焓需求量增加量为76.668～98.420 kgce/tFe,相当于%CH4/（%CO+%H2）=0 总热焓需求量的 38.379%～55.629%。在理论模型计算的基础上,对%CO=%H2=50还原气还原Fe3O4过程的析碳情况进行了实验验证,研究发现:在400℃～750℃范围内,%CO=%H2=50还原气出现最大析碳现象,而400℃之下反而没有明显碳黑析出。这与理论计算的%CO≥30时,CO+H2还原Fe2O3在750℃以下有大量的析C生成相吻合,但在400℃以下实验发现不会析碳且与热力学理论计算结果不同,尚需进一步研究。因此,在外热式还原炉的炉型温度节点控制时,如果还原气中CO含量大于30%,在400～750℃区间要控制还原气与海绵铁接触的时间要尽可能的短;对气基还原得到的海绵铁进行了熔分精炼合一的冶炼研究,用气基还原海绵铁熔分20 min后一步得到了纯度99.9%的纯铁,为未来气基海绵铁进行纯净化冶炼提供了依据。最后在以上各种可能组成的还原气还原氧化铁进行的多元多相最小自由能理论计算的基础上,设计了由外加热方式精确控制独立的内还原体系的气基直接还原炼铁竖炉,并从理论上对其进行了物料平衡、化学平衡、热平衡、压强损失等方面的应用研究,研究发现:1)外热式竖炉气基直接还原炼铁工艺中,在还原气组成和炉型结构确定的情况下,可以通过外加热的手段调控内部体系的温度,可以预先通过热平衡法和传热法精确计算一定产量下燃气需求量,通过反复校正,可使理论计算与实际需求相等,以此提高还原气利用率、降低吨铁能耗、降低炉顶气温度、降低压降损失。2)外热式气基直接还原竖炉还原铁工艺可以满足不同CO+H2浓度组合的还原气的应用,其中H2浓度越大,则吨铁能耗越高,炉顶气温度越低,气体压强损失越少。
孙爽[3]（2021）在《铁矿石气基直接还原过程结构演化特征及动力学研究》文中指出气基直接还原炼铁工艺可以有效解决传统炼铁过程中依赖焦炭的难题,减少炼焦产生的污染,是当前炼铁研究的重要方向之一。直接还原炼铁过程中,铁矿石的结构演变以及反应动力学的研究对于工艺顺行和生产效率影响重大。本文采用高温管式炉和高温热台显微镜,以球团矿和铁精粉为原料,研究了不同尺度铁矿石气基还原过程中的结构演变特性,并探究H2/CO混合气氛与H2气氛的反应动力学及其影响因素。主要内容如下:1.揭示了 H2、H2/CO气氛下750℃～950℃球团矿还原过程的物相结构变化规律。结果表明,还原过程中Fe2O3相、Fe3O4相和FeO相共同存在,球团矿单颗粒反应前期属于三界面反应,中后期属于FeO-Fe单界面反应。球团矿单颗粒的孔隙率由初始21.69%上升至47.72%,孔隙率扩大了 120%。生成的孔隙增大了比表面积,利于还原反应发生,孔隙增长速率呈现先上升后下降的趋势。2.获得了 750℃～950℃H2、H2/CO气氛下的球团矿单颗粒反应动力学特性。结合热力学分析发现CO还原过程放热可以给H2还原提供热量,H2/CO体积比为8/2混合气氛在750℃～850℃还原直径为14mm球团矿的还原速率优于H2气氛下还原速率,该差异随着温度的上升而减小。采用未反应核模型进行相关参数求解,H2还原的表观活化能为37.18 kJ/mol,H2/CO体积比为8/2混合气氛还原的表观活化能为26.85 kJ/mol。3.采用高温显微可视化技术揭示了 CO还原铁精粉单颗粒的高温结构演化特征机理。颗粒表面析出铁的时间自1100℃到1400℃缩短了 75%。未熔融状态下,由于CO在FeO表面依附,剥夺了氧原子后生成铁单质,铁单质集聚形成了瘤状物,瘤状物直径由1100℃的6 μm上升到1350℃的15μm;1400℃以上因生成的中间产物FeO出现熔融状态,呈液体状分散在周围,引起分层现象,内层主要是被还原的铁,中层主要是熔融氧化亚铁被还原的树根状金属铁,外层还含有Al、Ca和Si等元素集聚的熔渣。
谷张涵,柴先义,李新,吴宝国,李志平,徐其言[4]（2021）在《常压下工艺因素对巴西铁矿粉流态化还原的影响》文中研究说明以巴西铁矿粉为主要研究对象,采用单一变量方法,以金属化率和黏结比为评价指标,研究还原温度、线速度、还原时间及矿粉粒径等工艺因素对巴西铁矿粉流态还原的影响,确定铁矿粉还原的最佳方案。采用扫描电镜表征还原后铁矿粉的表面形貌,分析铁矿粉黏结机理。结果表明:常压下还原巴西铁矿粉的最佳操作参数为还原温度1 023 K、线速度0.6 m/s、还原时间50 min、矿粉颗粒粒径范围[0.15,0.18) mm;铁矿粉黏结的主要原因是生成的铁晶须相互勾连,导致颗粒团聚引起失流。
代林晴[5]（2019）在《微波场中碳热还原含铁原料基础及小规模试验研究》文中研究表明近年,全球都致力于减少温室气体排放和降低能源消耗,这引起了钢铁从业者在科学和工业上对直接还原铁技术研究的热潮。直接还原铁是通过从固态含铁原料中去除氧而产生的。基于我国煤炭资源丰富、天然气资源短缺的特点,煤基直接还原技术是发展方向。利用微波加热设备投资少、占地小、易于安装、控制和移动的特点,将微波加热技术应用到直接还原铁技术,能实现移动工厂的生产方式,在减排降耗的同时,也为快速占领、小规模开采资源,缩减运输成本带来便利。本文以铁精矿和氧化铁皮混合料作为含铁原料,无烟煤作为还原剂,采用微波加热,开展了碳热还原含铁原料的基础研究和小规模试验研究。本文的主要研究内容如下:1.研究了铁精矿、氧化铁皮、无烟煤在微波场中的升温特性和介电特性,获得微波场中物料升温速率变化情况及随着温度的升高,氧化铁皮、无烟煤配比对介电特性影响的规律;随着温度的升高,微波在料层中穿透深度的变化趋势总体是降低的,微波穿透混合料层深度范围为2.15cm75.99cm,为微波还原小规模试验设备的设计提供了依据。2.开展了微波加热还原含碳铁原料过程研究,铁氧化物的还原仍然遵循Fe2O3→Fe3O4→FeO→Fe的还原顺序,且物料的主要还原反应在750℃900℃这个温度范围;通过动力学研究得到常规加热温度在800℃950℃,反应分数为6.94%24.73%,反应表观活化能为155.66kJ/mol,而微波加热温度在600℃750℃时反应分数已达33.61%45.22%,反应表观活化能为58.33kJ/mol,与常规加热的表观活化能相比显着降低,所以微波加热能加快反应速率,降低反应表观活化能。3.系统开展了微波场中碳热还原铁原料工艺研究,得到还原温度、还原时间、煤粉配比、氧化铁皮配比和脱硫剂配比对还原产物品位和金属化率影响规律,当铁精矿∶氧化铁皮=40∶60,煤粉配比22%的混合料在还原温度1100℃,还原时间60min条件下能得到铁品位为78.36%,金属化率为96.65%的产物,为小规模试验研究提供了重要的工艺参数。4.对微波场中碳热还原铁原料的小规模试验设备主要组成部分进行了分析和设计,加工了一套小规模试验设备,该设备的特点在于微波源分别分布在腔体上侧和下侧,还原前段微波从腔体下侧加热,还原后段微波从腔体上侧加热。5.系统开展了微波加热获得直接还原铁的小规模试验。首先通过静态小规模试验,掌握物料在设备腔体内的升温情况,获得适宜的料层高度、还原时间、还原剂用量;然后通过动态小规模试验,在铁精矿∶氧化铁皮=40∶60,煤粉配比25%,还原温度1100℃,料层高度为40mm,同时加热还原6盘混合料的试验条件下,得到铁品位为91.40%,金属化率为92.76%的直接还原铁,还原工艺周期为375min,还原工艺时间缩短了91.1%,微波能热效率为75.39%。此外制定了合理的微波还原操作制度,为微波加热生产直接还原铁的进一步工业化提供了重要参考。
鲁峰[6]（2019）在《流态化直接还原炼铁过程中颗粒粘结与调控的跨尺度关系的研究》文中研究说明我国炼铁资源分布具有高品位块矿资源少,国产铁精矿粉粒度细,焦炭资源日趋匮乏,对进口铁矿石依赖度大的特点,使得高炉炼铁工艺发展受到限制,而具有直接利用细矿粉,非焦炼铁和环境友好等优势的流态化直接还原炼铁技术却十分符合我国构建资源节约型环境友好型钢铁企业的要求。但多组分复杂还原性气体条件下铁氧化物的还原机制和颗粒粘结失流现象的发生是阻碍流态化直接还原炼铁技术发展的主要因素,所以实现多组分复杂还原性气体条件下的正常流化具有重要意义。本文从原子,界面和反应器三个尺度研究多组分复杂还原性气体条件下颗粒粘结机理,并探究不同尺度之间的联系,构建跨尺度关系。通过将气固界面反应和气固流动相结合,模拟计算和实验验证相结合的研究方法,得到了还原气体分子与界面的相互作用机制,界面结构与颗粒粘结之间的内在关系,颗粒粘结对气固流动的影响。主要研究内容和研究成果如下所述:（1）第一性原理密度泛函理论（DFT）计算解释了铁晶须生长的机理,Fe2+定向扩散是铁晶须生长的必要条件。CO与FeO反应释放的化学能为铁离子扩散提供驱动力,CO对颗粒表面的Fe2+所具有的强牵引力作用确定了铁晶须生长的取向。微观剩余能量变化会影响表面新生铁形貌变化,而温度,CO/H2比例都是影响微观剩余能量的重要因素。通过计算发现900℃条件下当CO/H2混合气体中CO的比例高于82.1%时,表面新生铁的形貌为晶须状。通过SEM对表面新生铁形貌的观察验证了该结论。（2）分子动力学计算解释了CO/H2混合气体中CO和H2分子的竞争吸附行为。铁氧化物的表面,CO在吸附量要大于H2,CO分子吸附受表面O2-和Fe2+离子的共同作用,而H2分子吸附只受到表面O2-离子的作用。同时CO在表面的吸附能量随温度的升高而降低。通过热重实验,发现还原过程中当铁氧化物内Fe2+离子的含量高于0.57时,CO分子吸附的控制因素由O2-浓度变为Fe2+离子浓度,使得表面CO吸附量呈现先下降后上升的趋势。（3）相场理论模拟了铁晶须生长的过程和颗粒周围的对流对铁晶须生长的影响。CO浓度的增加会促进铁晶须的生长速率和形核数的增加,同时减小铁晶须形核孕育时间。而对流气体速度的增加也会促进铁晶须生长速率的增加,减少形核孕育时间,但对形核数影响较小。（4）通过热膨胀实验测量颗粒的新生铁表面粘度,计算得到微观铁原子表面扩散系数,分析发现铁原子表面扩散系数与温度的关系符合阿雷尼乌斯公式,CO还原铁氧化物过程中释放的化学能会降低析出的新生铁原子在表面扩散所需的活化能,且析出的新生铁原子会形成具有较高表面能的网状结构,而H2还原氧化铁过程中所吸收的化学能会增加析出的新生铁原子在表面扩散所需活化能,且析出的新生铁原子会形成具有较低表面能的桥状结构。建立了有关微观铁原子表面扩散行为的固桥力计算模型,并通过对颗粒在流化床内的受力分析预测了多组分复杂还原性气体条件下颗粒的流化区间范围。发现稳定流化区间随着添加H2摩尔分数的增加会先增加后小幅度降低。而高CO浓度,高金属化率和高温是引起粘结失流的重要原因,通过添加H2可以提高临界金属化率,从而提高直接还原铁纯度。（5）采用耦合传质和传热的CFD-DEM模型,模拟了颗粒在流化床直接还原过程中的粘附行为。分析了气固流动、颗粒温度分布和气相组分浓度分布特性。将气固流动状态分为两部分。一种是稳定流化,另一种是不稳定流化。相对于不稳定流化,稳定流态化使颗粒的温度和气相浓度更加均匀。在稳定流化状态下,气固两相流动表现为底部进气孔附近的双环流。当金属化率达到一定值时,颗粒发生团聚,气固流动状态由稳定流化转变为不稳定流化。不稳定流化状态下存在大量的气体通道,使压降迅速下降。同时,发现添加H2会增加稳定流化时间所对应的临界金属化率。在低温条件下,添加H2会延长稳定流化时间,在高温条件下添加H2会降低稳定流化时间（6）第一性原理密度泛函理论计算得到了CO在新生铁表面的裂解吸附路径和H2催化CO裂解反应的机理。通过热重实验测量了新生铁表面CO吸附能和CO裂解反应活化能。结果表示温度和CO/H2比例都会影响表面CO吸附能和CO裂解反应活化能。建立动力学模型预测了CO在有无H2催化下的裂解析碳速率,并通过实验验证了模型。理论计算和实验验证都说明一定范围内增加H2浓度可以有效降低CO在新生铁表面裂解反应的活化能,扩大附碳温度区间和促进表面碳壳层的形成。但过高的H2浓度和温度都不利于CO在新生铁表面的吸附过程。
徐其言[7]（2018）在《高压和添加塑料颗粒抑制铁矿粉流态化黏结/失流机理研究》文中研究说明流态化直接还原工艺具有气固相际接触面积大,温度、浓度均匀,传热传质条件好,运行效率高等优点。但是,铁矿粉在高温流态化还原过程中容易出现黏结/失流问题,降低还原效率,阻碍流程连续化操作。针对这一问题,本论文对常压下铁矿粉流态化还原实验,高压抑制铁矿粉颗粒黏结行为,高压和塑料颗粒耦合抑制铁矿粉颗粒黏结,还原过程中还原压力和还原时间的优化等进行了系统研究。主要研究内容和结论如下:（1）利用流化床热态实验装置,系统研究了常压下巴西矿粉流态化还原的最佳操作参数,并对动力学进行了分析。最佳操作参数为:还原温度923K1023K、颗粒粒径大小0.63mm1.00mm、线速度为0.6m/s、氢气含量80%的CO-H2混合气体、选取占巴西矿粉总量2%的MgO粉末作为添加剂;表观活化能为22.48kJ/mol,内扩散控速。（2）流态化还原过程中,铁矿粉发生黏结/失流的机理是矿粉表面还原出的铁原子发生接触,在塔曼温度范围上发生重结晶过程,致使铁矿粉颗粒之间发生黏结。从气体对颗粒的曳力、颗粒间的黏结力以及颗粒自身的重力三个方面,分析了颗粒的力学特性,建立了铁矿粉还原黏结过程的数学模型:ΣF=π/（6ε3）[1.75ρgu2dp2+150（1-ε）μgudp]-0.31πx2σmaterial(T/Tmelt12.77（SPg/mv）(1/（0.21）Pg0.24(T/Tmelt))2.93-mg其中x=（56γδ4/（kT）Dsrg3t）1/7。（3）设计并研制出高压可视流化床实验装备,可用于铁矿粉流态化还原过程实验研究,具有可视化特色,并系统研究了高压条件下纯CO和纯H2还原澳大利亚矿粉的最佳操作参数以及两者的还原效果。研究发现:纯CO还原铁矿粉的最佳操作参数为:线速度0.8m/s、还原压力0.2MPa、还原温度1023K、矿粉粒径0.18mm0.66mm;纯H2还原铁矿粉的最佳的操作参数为:线速度0.8m/s、还原压力0.2MPa、还原温度1073K、矿粉粒径0.18mm0.66mm;纯H2的还原效果明显高于纯CO,但是流化性能低于纯CO。（4）研究了高压条件下纯CO和纯H2抑制铁矿粉颗粒黏结的机理。研究发现:纯CO作为还原气时,适当提高还原压力可以促进析碳反应,增加游离碳沉淀量,有效阻碍铁原子的扩散,避免铁原子间的直接接触或阻隔铁晶须勾连;在纯H2作为还原气时,在0.2MPa范围内,适当提高还原压力可以促进铁矿粉表面对氢气的吸附,加快还原反应,有助于提高金属化率;化学反应阻力和内扩散阻力同时存在,在反应的初始阶段化学反应阻力高于内扩散阻力,为化学反应控速,在后面的阶段中内扩散阻力超过化学反应的阻力,为内扩散控速;铁原子或铁晶须的接触面积随还原温度的变化关系满足曲线方程:Y=AX+BX2+CX3,其中A=-0.39079,B=3.45083×10-4,C=-1.01037×10-7;铁原子或铁晶须的接触面积随还原压力的升高逐渐减小,黏结趋势逐渐变小,且最佳的还原压力范围是0.2MPa0.45MPa。（5）借助正交实验和综合平衡分析法,系统研究了高压和塑料颗粒体系还原的最佳操作参数。研究发现:在高压和塑料颗粒条件下,氢气还原添加了塑料颗粒铁矿粉的最佳操作参数为:还原温度923K973K、线速度0.8m/s、还原压力0.15MPa、塑料颗粒粒径范围0.18mm0.66mm、塑料颗粒质量含量8%。（6）利用XPS研究了析碳反应中碳的赋存状态和含量变化,并分析了它们对黏结的影响,进而解析了高压和塑料颗粒耦合抑制铁矿粉颗粒黏结的作用机制。研究发现:塑料颗粒裂解析出碳的赋存状态分为两种:游离碳和Fe3C中的碳;Fe3C中的碳可以减缓铁矿粉的黏结/失流,而游离碳可以阻隔铁-铁颗粒间的接触和抑制铁晶须勾连,有效抑制黏结/失流的发生。（7）在高温条件下,系统研究了还原压力和还原时间对还原效果的影响规律,并对抑制黏结/失流方法有了一定掌握之后,对流态化工艺处理巴西矿、国王矿、张庄矿、纽曼矿和姑山矿进行了研究。研究发现:纯H2还原铁矿粉的最佳还原压力和还原时间分别为0.2MPa和50min;高压和塑料颗粒条件下,纯H2还原铁矿粉的最佳还原压力和还原时间分别为0.1MPa和65min。在高压、高压和塑料颗粒条件下,还原五种矿粉的金属化率和黏结比都能达到较好效果,高压、高压和塑料颗粒流态化还原工艺有望成为处理国内矿的一种高效可行的工艺方法。
孙昊延,朱庆山,李洪钟[8]（2018）在《钒钛磁铁矿流态化直接还原技术现状与发展趋势》文中研究表明钒、钛是重要的生产生活资料,90%以上赋存于钒钛磁铁矿中.我国钒钛磁铁矿资源储量丰富,但在当前高炉-转炉工业流程中,受高炉冶炼条件限制,钒钛磁铁精矿中的钛元素未能得到回收利用.面对钒钛磁铁精矿铁钒钛资源全面提取利用难题和资源环保集约综合利用的迫切需求,直接还原-电炉熔分两步法流程受到广泛关注,其中流化床法因直接采用粉矿入炉、工序流程短、低温综合反应效率高,在直接还原工序中优势突出.本工作阐述并对比了钒钛磁铁精矿流化床直接还原工艺,分析了钒钛磁铁精矿难还原的原因,重点介绍了流态化预氧化强化还原方法,同时归纳流化床直接还原过程中影响粘结失流的主要因素,总结了5种抑制铁矿粉粘结失流的直接方法,并提出了添加MgO惰性添加剂、碳包覆及改进床型结构的研究发展方向.
安卓卿[9]（2018）在《颗粒流体粘性表征及流化床粘结失流行为预测分析》文中研究指明流化床是冶金、化工等领域的重要单元生产工序。流态化技术在工业生产中应用的最大技术瓶颈是粉体颗粒粘结失流问题。粘结失流问题本质上由颗粒间相互作用力（粘结力）大于所受到的气体曳力导致的。目前,关于气固两相流中颗粒所受到的曳力前人做了较为完善的研究工作,有多种成熟的模型能够描述颗粒所受曳力大小。但关于颗粒间相互作用力的大小长期以来一直缺乏有效的参数进行表征。这也是尽管人们对粘结失流的机理做了大量研究,但却无法对其进行准确预测的主要原因。为了对颗粒间作用力的大小进行有效表征,本论文提出了颗粒流体表观粘度的基本概念,它本质上反应的是颗粒抵抗运动的阻力系数,是颗粒间多种作用力相互作用的合力。同时基于能量耗散原理和颗粒运动方程设计了表观粘度测试方法。基于表观粘度建立了流化床粘结失流预测模型,对初始流化速率和粘结失流温度进行了预测。最后,探讨研究了鼓泡流化床和循环流化床的表观粘度,并设计开发了流化床还原过程表观粘度原位在线测定系统,论文主要研究内容和结果如下:（1）本研究提出颗粒表观粘度的基本概念。它借鉴了液体粘度的定义,用以表征颗粒间相互作用力的大小,同时基于能量耗散原理和颗粒运动方程设计了颗粒表观粘度测试方法。测试过程中将桨叶放入粉体中旋转,在线记录桨叶受到扭矩。据理论推导,颗粒表观粘度与桨叶力矩之间关系如下所示:η=A·T/πNrD式中,η为颗粒表观粘度（Pa·s）,T为扭矩（N·m）,Nr为转速（s-1）,D为桨叶直径（m）,A为常数取决于桨叶形状。（2）利用上述方法,获得了铁粉和铜粉等金属粉体的表观粘度,结果显示,室温条件下颗粒形状对表观粘度起主导作用,颗粒形状越接近于球形,表观粘度越小。高温条件下,表观粘度主要受颗粒大小影响,粉体颗粒越小,表观粘度越大。同时发现,对于75μm的金属铁粉,其表观粘度对数与温度的倒数在不同温度范围内有良好的线性关系。（3）利用粉体颗粒的表观粘度,基于粘性力和曳力的平衡,建立了流化床粘结失流预测模型,对流化床初始流化速率和粘结失流温度进行预测。实验测定了球形铜粉的表观粘度并用高温可视流化床对初始流化速率和粘结失流温度进行测定。模型预测结果与实验室流化床试验装置测得数据基本一致,相对误差在15%以内。（4）研究了纳米SiO2添加剂对于流化床粘结失流的抑制作用。在200r/min条件下,随着纳米SiO2添加剂加入量由0增加到1.5%（质量百分数）,铁粉表观粘度由90 Pa·s降低到42 Pa·s。实验室流态化试验,当纳米SiO2添加剂加入量由0增加到1.5%（质量百分数）,铁粉的粘结失流温度由520℃升高到870℃,证明纳米添加剂在流态化条件可以有效降低颗粒表观粘度进而抑制粘结失流发生。（5）论文同时探索了循环流化床中气固两相流表观粘度的表征方法。通过测得的下行循环流化床中充分发展区的压降计算得到摩擦系数,结合管道粗糙度和雷诺数求得气固两相流表观粘度。结果显示,表观粘度随着固含率的增大而增大;在过渡区,随着气速增大气固两相流表观粘度逐渐减小;湍流区,气速的影响可以忽略。最后回归得到下行循环流化床气固两相流表观粘度预测模型,如下所示:湍流区:μs = 1.81 × 10-5 ×（8 × εs-1）过渡区:μs = εs ×（4.87 × 10-3 × e-v/2.5 + 3.39 × 10-4）+ 1.03 × 10-7×v/e0.64-2.01 × 10-4式中,μs为气固两相流表观粘度（Pa·s）,εs为固含率,V为气速（m/s）。（6）基于以上研究,建立了铁矿粉流化床还原过程表观粘度在线测试系统。该系统可在铁矿粉还原过程中对气固两相流的表观粘度进行在线测试,并结合气相质谱仪在线提供的气体成分掌握反应进程。实验同时获得气固两相流的表观粘度、床层压降以及质谱仪提供的尾气成分,实时判断和预测铁矿粉还原过程中粘结失流状况。
何盛一[10]（2017）在《锥形流化床中细铁粉矿直接还原过程强化》文中研究表明流化床作为主体反应器用于炼铁工艺中,除具有非高炉炼铁工艺所共有的优势——摆脱对冶金焦的依赖以外,还具有可以直接利用粉矿,气固接触效率高,传质传热快等优点,从而被认为是最高效的直接还原流程反应器。但是,铁矿粉在流态化直接还原过程中存在的粘结失流问题严重阻碍了流态化工艺的连续稳定运行。尤其是粒径小于100μm的细铁精矿粉,虽然此类矿粉在我国具有更高的产量和更低的价格,并且使用过程中具有更快的反应动力学性能,但是因为极易发生粘结失流,而难以应用于流态化直接还原过程中。针对上述问题,本文采用锥形流化床,解决了小于100 μm细铁精矿粉直接还原过程中的失流问题,并系统研究了防止失流的机理,考察了锥形流化床设计参数对细铁粉矿直接还原过程中流化行为的影响,通过锥形流化床低温预还原造粒-高温深还原的"两步法"工艺,进一步实现细铁粉矿直接还原过程强化,取得的主要创新性成果如下:（1）对比了细铁粉矿在锥形流化床和普通柱形流化床内的流化行为和还原性能。研究发现,在柱形流化床内,该粒级的细铁精矿粉由于终端气速的限制,只能在不超过700℃的温度范围内实现稳定流化,当温度高于700℃时,将会在金属化率40.0%以下发生失流;而采用锥形流化床,可以将细铁精矿粉的直接还原温度提升至800℃而不发生失流。在较高的温度和气速下,细铁精矿粉的还原速率大幅度提高,可以在20 min内得到金属化率高于90.0%的直接还原铁产品。锥形流化床可以在不添加任何惰性物质的前提下,防止细铁粉矿直接还原过程中的失流问题,为强化直接还原过程提供了一种清洁、高效的方法。（2）发现了锥形流化床内,H2还原气氛下,直接还原铁表面晶须的生长规律,并分析了其生长机理。与现有研究结果不同,本文结果证实,H2气氛并非抑制铁晶须生长的充分条件;而铁晶须在H2条件下是否生长,与还原气中H2含量,流化气速,操作温度等均有关系。研究发现,H2含量越低,气速越小,还原温度越高,越容易生成晶须状形貌。进一步分析证实,只有当还原速率相比颗粒表面铁原子扩散速率占优时,才能够消除铁晶须的生长。锥形流化床内采用高气速还原,可以有效抑制高温下巴西精矿表面晶须的生长,从而调控直接还原铁表面形貌,实现防止失流的目的。（3）系统研究了锥形流化床内直接还原铁颗粒的团聚行为,结果表明,细铁粉矿在粘性作用下自造粒生成团聚体,发现了三种不同的团聚行为,分别为聚团的快速形成、稳定生长和二次团聚,其中二次团聚行为国内外未见报道。分析了二次团聚行为的产生机理,发现此特殊团聚行为与锥形流化床特殊流体力学性质有关,当颗粒进入部分流化状态,在锥形床边壁环隙处,所受到的破碎力将大幅降低,从而导致二次聚团现象。进一步研究发现,二次聚团是导致锥形流化床逐渐失流的主要原因;而将团聚体尺寸控制在完全流化流域内,可以实现长时间稳定的聚团流态化。明晰了聚团形成与生长规律,为了解锥形流化床失流机理以及优化操作提供了基础。（4）考察了锥形流化床的设计参数（床高、锥角）对细铁矿粉直接还原过程中流化行为的影响。发现随着锥角和床高的增加,细铁粉矿的流化时间及金属化率都会有所下降,防止失流所需的底部流速相应增加。建立了修正聚团流化模型,深入分析了流化床内细铁精矿粉在直接还原过程中的受力,解释了流化床内不同阶段的聚团流化行为。将该模型应用于预测不同设计参数下的临界流化气速,与实验值吻合良好,对直接还原锥形流化床设计提供指导。（5）探究了锥形流化床预还原自造粒-高温深还原的"两步法"细铁粉矿直接还原强化工艺。探究了不同预还原条件对高温深还原阶段流化行为的影响,发现降低体系内单颗粒比例是防止高温失流的主要原因。高温还原结果显示,经过预还原自造粒后的粉体可以在高达900℃的温度下稳定流化。仅需流化10min,细铁矿粉的金属化率即可超过90.0%,单程气体利用率超过20.0%。相比"一步法"工艺,总的还原时间可以降低50.0%以上,即相同气体停留时间下的气体利用率可以提高100%以上。"两步法"工艺可以大幅度提高工艺的直接还原效率,进一步强化细铁粉矿直接还原过程。
二、氧化铁在还原过程中的失流 失流的防止（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、氧化铁在还原过程中的失流 失流的防止（论文提纲范文）
（1）新型侧搅拌流化床气-固流化质量的模拟（论文提纲范文）
| 1 实验装置与方法 |
| 1.1 实验设备 |
| 1.2 实验方案 |
| 1.3 数据处理方法 |
| 2 实验结果与讨论 |
| 2.1 垂直搅拌与侧搅拌的对比 |
| 2.2 空气体积流率对流化质量的影响 |
| 2.3 搅拌转速对流化质量的影响 |
| 2.4 倾斜角度对流化质量的影响 |
| 3 结 论 |
（2）外热式气基直接还原炼铁工艺的基础与应用研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 引言 |
| 2 文献综述 |
| 2.1 国内外气基直接还原炼铁工艺的发展 |
| 2.1.1 竖炉工艺基本特点 |
| 2.1.2 Midrex工艺流程 |
| 2.1.3 HYL-Ⅲ/Energiron工艺 |
| 2.1.4 CSDRI工艺 |
| 2.1.5 煤制气-气基竖炉直接还原工艺 |
| 2.1.6 使用焦炉煤气生产还原铁工艺 |
| 2.1.7 外热式竖炉工艺 |
| 2.1.8 氢冶金研究进展 |
| 2.2 气体还原铁氧化物的研究现状 |
| 2.3 课题研究的目的和意义 |
| 3 研究内容和研究方法 |
| 3.1 外热式气基直接还原炼铁工艺的设想 |
| 3.2 多元多相平衡的研究 |
| 3.2.1 多元气体还原铁氧化的反应特点 |
| 3.2.2 热力学平衡的研究方法 |
| 3.2.3 最小自由能法 |
| 3.3 多元多相气基直接还原炼铁的热力学平衡模型 |
| 3.3.1 气基直接还原铁氧化物的最小自由能模型 |
| 3.3.2 吉布斯自由能函数的推导 |
| 3.3.3 初始反应条件的设置 |
| 3.3.4 多元多相平衡状态的解析 |
| 3.4 金属铁完全还原时平衡态组成和反应热焓的计算方法 |
| 3.5 还原过程能量消耗模型 |
| 3.6 小结 |
| 4 CO+H_2还原气对Fe_2O_3还原的热力学研究 |
| 4.1 还原气量对平衡状态的影响 |
| 4.1.1 还原气量对平衡态产物的影响 |
| 4.1.2 还原气量对气体利用率的影响 |
| 4.1.3 还原气量对气体平衡态浓度的影响 |
| 4.1.4 还原气量对气体平衡浓度的影响 |
| 4.1.5 还原气量对还原参与度的影响 |
| 4.1.6 还原气量对体系反应热焓的影响 |
| 4.1.7 体系设定对平衡态产物的影响 |
| 4.1.8 体系设定对平衡状态的影响 |
| 4.2 还原温度对平衡产物的影响 |
| 4.2.1 体系设定中不含Fe_3C+C+CH_4对平衡状态的影响 |
| 4.2.2 体系设定中包含Fe_3C+C+CH_4对平衡状态的影响 |
| 4.3 对平衡状态影响因素的分析 |
| 4.3.1 温度和压强对还原参与度的影响 |
| 4.3.2 温度和压强对平衡浓度的影响 |
| 4.3.3 温度和压强对平衡态浓度的影响 |
| 4.3.4 温度和压强对气体利用率的影响 |
| 4.4 气基还原过程能源消耗影响因素的分析 |
| 4.4.1 还原温度对能源消耗的影响 |
| 4.4.2 体系压强对能源消耗的影响 |
| 4.4.3 初始浓度对能源消耗的影响 |
| 4.4.4 还原温度900℃时的气基直接还原炼铁的能耗分析 |
| 4.4.5 热回收率的影响因素分析 |
| 4.5 小结 |
| 5 含CH_4还原气对Fe_2O_3还原的热力学研究 |
| 5.1 还原气量对平衡状态的影响 |
| 5.1.1 还原气量对平衡态下产物的影响 |
| 5.1.2 还原气量对气体利用率的影响 |
| 5.1.3 还原气量对气体平衡态浓度的影响 |
| 5.1.4 还原气量对气体平衡浓度的影响 |
| 5.1.5 还原气量对还原参与度的影响 |
| 5.1.6 还原气量对体系反应热焓的影响 |
| 5.1.7 还原气量对CH_4转化率的影响 |
| 5.1.8 还原气量对产气比的影响 |
| 5.2 平衡态的影响因素分析 |
| 5.2.1 温度对平衡态的影响 |
| 5.2.2 压强对平衡态的影响 |
| 5.2.3 CO初始浓度对平衡态的影响 |
| 5.2.4 CH_4初始浓度对平衡态的影响 |
| 5.3 CH_4初始浓度对能源消耗的影响 |
| 5.3.1 CH_4初始浓度对还原气需求量的影响 |
| 5.3.2 CH_4初始浓度对体系反应热焓的影响 |
| 5.3.3 CH_4初始浓度对还原气升温显热的影响 |
| 5.3.4 CH_4初始浓度对体系热效应的影响 |
| 5.4 焦炉煤气还原Fe_2O_3的研究 |
| 5.4.1 焦炉煤气量对还原Fe_2O_3的影响 |
| 5.4.2 压强对焦炉煤气还原Fe_2O_3的影响 |
| 5.4.3 温度对焦炉煤气还原Fe_2O_3的影响 |
| 5.5 CO+H_2+CH_4还原Fe_2O_3的能源消耗研究 |
| 5.6 小结 |
| 6 多元多相气基直接还原平衡的实验验证 |
| 6.1 还原-熔分实验 |
| 6.1.1 实验原料 |
| 6.1.2 实验方法 |
| 6.1.3 实验结果与讨论 |
| 6.2 气基直接还原过程析碳现象实验 |
| 6.2.1 实验方法与过程 |
| 6.2.2 实验结果与讨论 |
| 6.3 小结 |
| 7 外热式气基直接还原炼铁工艺的应用研究 |
| 7.1 外热式还原竖炉的构成 |
| 7.2 外加热下气基还原体系的物料平衡的研究 |
| 7.2.1 碳酸钙球团在还原过程的分解研究 |
| 7.2.2 原料铁品位对还原铁的铁含量的影响 |
| 7.2.3 气体利用率对还原气量的影响 |
| 7.2.4 气体利用率对炉顶气成分的影响 |
| 7.3 外热式气基还原体系的热平衡的研究 |
| 7.3.1 炉顶段热平衡研究 |
| 7.3.2 还原段热平衡研究 |
| 7.3.3 炉下段热平衡研究 |
| 7.3.4 炉底段热平衡研究 |
| 7.3.5 还原体系所需的能量补充和燃气需求量的分析 |
| 7.4 外热式气基还原体系中还原气体压强变化的研究 |
| 7.4.1 外热式还原竖炉的温度分布和气体分布 |
| 7.4.2 气体压降模型的基本原理 |
| 7.4.3 气体压降模型的应用 |
| 7.4.4 气基还原炉体系内部压降分析 |
| 7.4.5 气体利用率对炉内压降的影响 |
| 7.5 外热式气基还原体系中各系统间传热的研究 |
| 7.5.1 火道燃烧室的供热研究 |
| 7.5.2 外加热火道燃烧室与炉壳间散热损失的研究 |
| 7.5.3 火道蓄热室的换热损失研究 |
| 7.5.4 火道导热壁的传热研究 |
| 7.5.5 气体与球团的换热研究 |
| 7.6 讨论 |
| 7.6.1 球团尺寸对气体压降的影响 |
| 7.6.2 还原气浓度组成对外热式竖炉工艺参数的影响 |
| 7.6.3 Fe产量对外热式竖炉工艺参数的影响 |
| 7.7 小结 |
| 8 结论和展望及创新点 |
| 8.1 结论 |
| 8.2 展望 |
| 8.3 创新点 |
| 参考文献 |
| 附录A 以Lingo求解最小自由能问题的程序和结果 |
| 作者简历及在学研究成果 |
| 学位论文数据集 |
（3）铁矿石气基直接还原过程结构演化特征及动力学研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.2 研究内容 |
| 1.3 创新点 |
| 第2章 文献综述 |
| 2.1 非高炉炼铁发展现状 |
| 2.1.1 直接还原法 |
| 2.1.2 熔融还原法 |
| 2.2 气基还原过程中微观形貌演变 |
| 2.2.1 CO还原过程铁矿石的形貌演变 |
| 2.2.2 H_2还原过程铁矿石的形貌演变 |
| 2.2.3 H_2和CO混合气氛还原过程铁矿石的形貌演变 |
| 2.3 铁矿石气体还原动力学 |
| 2.3.1 铁矿石还原动力学模型 |
| 2.3.2 铁矿石动力学研究现状 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 气基还原球团矿单颗粒过程研究 |
| 3.1 实验方法 |
| 3.1.1 实验样品 |
| 3.1.2 实验装置 |
| 3.1.3 实验步骤 |
| 3.1.4 产物分析 |
| 3.2 结果与讨论 |
| 3.2.1 气体流量的影响 |
| 3.2.2 温度的影响 |
| 3.2.3 还原气体成分的影响 |
| 3.2.4 演化结构特征 |
| 3.3 本章小结 |
| 第4章 气基还原球团矿单颗粒动力学研究 |
| 4.1 热力学分析 |
| 4.2 还原动力学方程 |
| 4.3 反应动力学机理 |
| 4.3.1 氢气还原动力学 |
| 4.3.2 混合气体动力学 |
| 4.4 反应动力学参数 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 气基还原铁精粉单颗粒高温演化特征 |
| 5.1 实验过程 |
| 5.1.1 实验样品 |
| 5.1.2 高温还原反应实验 |
| 5.1.3 结构形貌分析 |
| 5.2 还原产物的结构特征 |
| 5.2.1 产物种类的确定 |
| 5.2.2 还原过程中铁元素价态变化 |
| 5.2.3 温度对还原过程的影响 |
| 5.2.4 熔融颗粒产物结构分布 |
| 5.2.5 未熔融颗粒产物结构分布 |
| 5.3 结构演变机理 |
| 5.3.1 未熔融颗粒演变机理 |
| 5.3.2 熔融颗粒演变机理 |
| 5.4 本章小结 |
| 第6章 结论与展望 |
| 6.1 研究结论 |
| 6.2 研究展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 硕士期间工作成果 |
（4）常压下工艺因素对巴西铁矿粉流态化还原的影响（论文提纲范文）
| 1 实验 |
| 1.1 实验材料 |
| 1.2 实验设备 |
| 1.3 实验过程 |
| 2 实验结果与分析 |
| 2.1 还原温度对铁矿粉流态化还原效果的影响 |
| 2.2 还原时间对铁矿粉流态化还原效果的影响 |
| 2.3 还原气体线速度对铁矿粉流态化还原效果的影响 |
| 2.4 铁矿粉粒径对铁矿粉流态化还原效果的影响 |
| 2.5 还原气氛对铁矿粉流态化还原效果的影响 |
| 3 结论 |
（5）微波场中碳热还原含铁原料基础及小规模试验研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 “低碳经济”发展中我国钢铁生产现状 |
| 1.2 直接还原炼铁生产现状与工艺 |
| 1.2.1 直接还原炼铁法生产现状 |
| 1.2.2 直接还原炼铁法工艺评述 |
| 1.3 直接还原炼铁法发展方向 |
| 1.3.1 国外煤基直接还原法研究现状 |
| 1.3.2 国内煤基直接还原法研究现状 |
| 1.3.3 我国煤基直接还原铁法发展方向 |
| 1.4 微波加热原理及在铁矿还原中的研究 |
| 1.4.1 微波加热原理及特点 |
| 1.4.2 微波加热在铁矿还原中的研究 |
| 1.5 研究目的、意义及主要研究内容 |
| 第二章 原料性能及研究方法 |
| 2.1 实验原料 |
| 2.1.1 含铁原料 |
| 2.1.2 还原剂 |
| 2.1.3 脱硫剂 |
| 2.1.4 粘结剂 |
| 2.2 实验设备 |
| 2.2.1 造球设备 |
| 2.2.2 微波加热还原设备 |
| 2.3 分析及表征方法 |
| 2.3.1 金属化率计算 |
| 2.3.2 粒度分析 |
| 2.3.3 介电常数测试 |
| 2.3.4 XRD分析和SEM分析 |
| 第三章 微波场中原料升温特性及介电特性研究 |
| 3.1 微波与物质的作用 |
| 3.1.1 微波与物质的作用原理 |
| 3.1.2 微波加热能量传递 |
| 3.2 原料在微波场中的升温特性及介电特性 |
| 3.2.1 含铁原料升温特性和介电特性 |
| 3.2.2 无烟煤升温特性和介电特性 |
| 3.2.3 混合料升温特性和介电特性 |
| 3.3 小结 |
| 第四章 微波加热还原含碳铁原料过程研究 |
| 4.1 微波加热还原含碳铁原料过程分析 |
| 4.2 微波加热还原含碳铁原料动力学研究 |
| 4.2.1 研究方法 |
| 4.2.2 还原反应动力学方程 |
| 4.2.3 微波加热还原热重试验研究 |
| 4.3 常规加热下热分析动力学研究 |
| 4.4 小结 |
| 第五章 微波场中碳热还原铁原料工艺研究 |
| 5.1 微波场中碳热还原铁矿对比试验 |
| 5.2 微波场中碳热还原铁原料工艺研究 |
| 5.2.1 还原温度对铁品位、金属化率的影响 |
| 5.2.2 还原时间对铁品位、金属化率的影响 |
| 5.2.3 煤粉配比对铁品位、金属化率的影响 |
| 5.2.4 氧化铁皮配比对铁品位、金属化率的影响 |
| 5.2.5 脱硫剂对铁品位、金属化率的影响 |
| 5.3 还原产物的XRD和 SEM分析 |
| 5.4 小结 |
| 第六章 微波场中碳热还原铁原料小规模试验设计 |
| 6.1 小规模试验方法 |
| 6.2 小规模试验设备设计 |
| 6.2.1 微波高温材料处理系统组成 |
| 6.2.2 微波谐振腔 |
| 6.2.3 微波源 |
| 6.2.4 腔体保温层 |
| 6.2.5 测温装置 |
| 6.2.6 排气系统 |
| 6.2.7 物料输送系统 |
| 6.2.8 总控制单元 |
| 6.2.9 微波高温材料处理反应器安全性测量 |
| 6.2.10 微波高温材料处理反应器 |
| 6.3 小结 |
| 第七章 微波场中碳热还原铁原料小规模试验研究 |
| 7.1 试验工艺流程 |
| 7.2 静态试验 |
| 7.2.1 升温速率试验 |
| 7.2.2 料层高度试验 |
| 7.2.3 还原时间试验 |
| 7.2.4 还原剂配比试验 |
| 7.3 动态连续性试验 |
| 7.4 产量及微波能热效率计算 |
| 7.4.1 产量计算 |
| 7.4.2 微波能热效率计算 |
| 7.5 小结 |
| 第八章 结论及创新点 |
| 8.1 结论 |
| 8.2 创新点 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 附录 |
（6）流态化直接还原炼铁过程中颗粒粘结与调控的跨尺度关系的研究（论文提纲范文）
| 中文摘要 |
| 英文摘要 |
| 1 绪论 |
| 1.1 流态化直接还原炼铁的研究背景 |
| 1.1.1 炼铁工艺未来发展的趋势 |
| 1.1.2 流态化直接还原炼铁的优势和应用价值 |
| 1.2 流态化直接还原炼铁的发展过程 |
| 1.2.1 国内外流态化直接还原炼铁发展过程和现状 |
| 1.2.2 流态化直接还原炼铁在工业应用中存在的问题 |
| 1.3 流态化直接还原过程中颗粒粘结失流的研究现状 |
| 1.3.1 颗粒粘结失流的机理模型 |
| 1.3.2 颗粒粘结失流的影响因素 |
| 1.3.3 颗粒粘结失流的抑制方法 |
| 1.3.4 研究存在的问题和不足 |
| 1.4 论文的研究思路和研究内容 |
| 1.4.1 研究思路 |
| 1.4.2 主要研究内容 |
| 2 新生金属铁的形貌特征和形成的微观机理过程 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 第一性原理计算 |
| 2.2.1 计算模型的建立 |
| 2.2.2 FeO的还原和Fe离子的扩散过程中的结构和能量变化 |
| 2.2.3 CO和 H_2 分子与FeO中铁离子的相互作用力 |
| 2.2.4 铁晶须生长的微观机理过程和数学模型的建立 |
| 2.3 实验验证 |
| 2.3.1 实验设备与条件 |
| 2.3.2 等温条件下Fe O表面上CO和 H_2 的吸附量的差异 |
| 2.3.3 等温条件下新生铁的形貌特征与混合气体中CO/H_2配比的关系 |
| 2.4 本章小结 |
| 3 CO与H_2分子在颗粒表面的竞争还原行为 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 分子动力学计算 |
| 3.2.1 计算模型的建立 |
| 3.2.2 CO和 H_2 分子在FeO表面扩散运动的微观过程 |
| 3.2.3 影响CO和H_2分子在铁氧化物颗粒表面吸附的影响因素 |
| 3.3 实验验证 |
| 3.3.1 实验设备与条件 |
| 3.3.2 CO和 H_2在Fex O表面的吸附常数的测量 |
| 3.3.3 CO和 H_2 分子在Fex O表面的吸附常数随还原反应进程和温度变化的关系 |
| 3.4 本章小结 |
| 4 相场法模拟铁晶须的生长过程 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 相场法 |
| 4.2.1 相场原理 |
| 4.2.2 铁晶须生长模型的建立 |
| 4.2.3 控制方程 |
| 4.2.4 模型参数和几何结构的设置 |
| 4.3 模拟结果与分析 |
| 4.3.1 铁晶须在介尺度下的生长过程 |
| 4.3.2 CO浓度对铁晶须生长的影响 |
| 4.3.3 气体对流过程对铁晶须生长的影响 |
| 4.4 本章小结 |
| 5 直接还原过程中颗粒粘结的机理和流化区间的预测 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 颗粒粘结模型的建立 |
| 5.2.1 颗粒粘结的原因和形成条件 |
| 5.2.2 固桥力的计算和表面粘度的测量 |
| 5.2.3 曳力模型的计算 |
| 5.3 实验结果与分析 |
| 5.3.1 实验设备与条件 |
| 5.3.2 新生铁表面粘度的测量 |
| 5.3.3 新生铁表面铁原子的扩散 |
| 5.3.4 颗粒团聚的调控 |
| 5.4 本章小结 |
| 6 CFD-DEM方法耦合还原反应和传热过程模拟流化床内颗粒粘结行为 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 CFD-DEM模拟计算方法和控制方程 |
| 6.2.1 气体流动控制方程 |
| 6.2.2 颗粒运动控制方程 |
| 6.2.4 气固相控制方程的耦合方法 |
| 6.2.5 传热和化学反应控制方程 |
| 6.3 几何模型和参数设置 |
| 6.4 模拟结果与分析 |
| 6.4.1 颗粒在流态化还原过程中的流动,传质和传热行为 |
| 6.4.2 颗粒在流态化还原过程中的团聚行为 |
| 6.4.3 气体组分和温度与对流化床内颗粒团聚行为的影响 |
| 6.5 本章小结 |
| 7 H_2催化CO在颗粒新生铁表面析碳的机理过程和控制方法 |
| 7.1 引言 |
| 7.2 第一性原理计算 |
| 7.2.1 计算模型的建立 |
| 7.2.2 新生铁表面CO裂解析碳路径的研究 |
| 7.2.3 H_2分子对CO在新生铁表面析碳的催化机理 |
| 7.3 实验验证 |
| 7.3.1 实验设备与条件 |
| 7.3.2 CO在新生铁表面裂解吸附的动力学模型 |
| 7.3.3 新生铁表面附碳的过程 |
| 7.3.4 新生铁表面附碳速率的控制 |
| 7.3.5 H_2浓度对颗粒表面碳壳层形成的影响 |
| 7.4 本章小结 |
| 8 结论 |
| 参考文献 |
| 附录 |
| A.作者在攻读学位期间发表的论文目录 |
| B.作者在攻读学位期间取得的科研成果目录 |
| C.学位论文数据集 |
| 致谢 |
（7）高压和添加塑料颗粒抑制铁矿粉流态化黏结/失流机理研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 引言 |
| 2 文献综述 |
| 2.1 课题研究背景 |
| 2.1.1 铁矿石资源供求关系 |
| 2.1.2 焦煤资源供求关系 |
| 2.1.3 铁矿石粒度的影响关系 |
| 2.2 流态化炼铁工艺概述 |
| 2.2.1 流化床在炼铁工艺中的应用 |
| 2.2.2 流态化还原炼铁的技术优势 |
| 2.2.3 流态化还原炼铁技术面临的问题 |
| 2.3 流态化炼铁黏结/失流机理及抑制机制的研究现状 |
| 2.3.1 氧化铁还原热力学和动力学的研究现状 |
| 2.3.2 黏结/失流机理的研究现状 |
| 2.3.3 黏结/失流的表征参数及影响因素 |
| 2.3.4 抑制黏结/失流机制的研究现状 |
| 2.4 黏结/失流及抑制机理的研究现状小结 |
| 2.5 论文的研究目标、研究内容及拟解决的关键科学问题 |
| 2.5.1 研究目标 |
| 2.5.2 研究内容 |
| 2.6 课题的实验方法手段、技术路线 |
| 2.6.1 课题的实验方法手段 |
| 2.6.2 拟采取的技术路线 |
| 3 常压下铁矿粉流态化还原实验研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 实验部分 |
| 3.2.1 实验材料 |
| 3.2.2 实验装置 |
| 3.2.3 实验方案和方法 |
| 3.3 实验结果与分析 |
| 3.3.1 操作参数的优化确定 |
| 3.3.2 最佳操作参数下的动力学分析 |
| 3.4 铁矿粉颗粒黏结机理分析 |
| 3.4.1 铁矿粉颗粒的微观变化分析 |
| 3.4.2 铁矿粉流态化还原黏结过程的数学模型 |
| 3.5 本章小结 |
| 4 高压抑制铁矿粉颗粒黏结的研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 实验部分 |
| 4.2.1 实验材料 |
| 4.2.2 实验装置及可靠性分析 |
| 4.2.3 实验方案和方法 |
| 4.3 实验结果 |
| 4.3.1 纯CO还原的实验结果 |
| 4.3.2 高压析碳抑制铁矿粉颗粒黏结的机理研究 |
| 4.3.3 纯H2还原的实验结果 |
| 4.3.4 高压条件下氢气还原铁矿粉的机理研究 |
| 4.3.5 纯CO和纯H2的对比实验研究 |
| 4.4 本章小结 |
| 5 高压和塑料颗粒耦合抑制铁矿粉颗粒黏结的研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 实验部分 |
| 5.2.1 实验材料及实验装置 |
| 5.2.2 预实验实验结果与分析 |
| 5.2.3 实验方案和方法 |
| 5.3 实验结果与分析 |
| 5.4 最佳操作参数条件下添加与未添加塑料颗粒的对比实验研究 |
| 5.5 析碳抑制矿粉颗粒黏结的机制分析 |
| 5.5.1 塑料颗粒析碳反应机理分析 |
| 5.5.2 析碳抑制黏结机理分析 |
| 5.6 本章小结 |
| 6 高温还原过程中还原压力和还原时间的优化及应用 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 高压、高压和塑料颗粒条件下还原压力的优化研究 |
| 6.2.1 实验材料与设备 |
| 6.2.2 实验方案、分析方法和实验装置 |
| 6.2.3 实验结果与分析 |
| 6.3 最佳还原压力条件下还原时间的优化研究 |
| 6.3.1 高压条件下还原时间的优化研究 |
| 6.3.2 高压和塑料颗粒条件下还原时间的优化研究 |
| 6.4 两种工艺的对比实验研究 |
| 6.5 最佳工艺的应用 |
| 6.6 本章小结 |
| 7 结论 |
| 7.1 结论 |
| 7.2 论文创新点 |
| 7.3 展望 |
| 参考文献 |
| 作者简历及在学研究成果 |
| 致谢 |
（9）颗粒流体粘性表征及流化床粘结失流行为预测分析（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 引言 |
| 2 文献综述 |
| 2.1 流态化冶炼工艺的发展及应用 |
| 2.1.1 采用流化床的冶炼工艺 |
| 2.1.2 流态化冶炼技术的优点 |
| 2.1.3 流态化工艺存在的问题 |
| 2.2 粘结失流研究进展 |
| 2.2.1 粘结失流的影响因素 |
| 2.2.2 粘结失流的机理分析 |
| 2.2.3 粘结抑制技术研究进展 |
| 2.2.4 颗粒粘结失流过程中颗粒之间的相互作用力 |
| 2.2.5 颗粒粘结失流数学预测模型 |
| 2.3 颗粒粘结表征方法 |
| 2.3.1 颗粒粘结指数 |
| 2.3.2 颗粒表面粘度 |
| 2.3.3 流化床表观粘度研究现状 |
| 2.4 论文研究意义和研究内容 |
| 2.4.1 研究目的及意义 |
| 2.4.2 研究思路 |
| 2.4.3 主要研究内容 |
| 3 粉体表观粘度实验测定原理研究和表征方法确定 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 实验 |
| 3.2.1 实验原料与设备 |
| 3.2.2 表观粘度测定原理 |
| 3.3 粉体表观粘度测定的影响因素 |
| 3.3.1 桨叶形状对粉体表观粘度的影响 |
| 3.3.2 桨叶位置对粉体表观粘度的影响 |
| 3.3.3 桨叶转速对粉体表观粘度的影响 |
| 3.4 本章小结 |
| 4 粉体表观粘度测定及研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 实验 |
| 4.2.1 实验材料和设备 |
| 4.2.2 实验条件和方法 |
| 4.3 实验结果与讨论 |
| 4.3.1 初始颗粒形状和尺寸对粉体表观粘度的影响 |
| 4.3.2 温度对粉体表观粘度的影响 |
| 4.3.3 与粘结失流温度的对比分析 |
| 4.3.4 粉体颗粒表观粘度活化能解析 |
| 4.3.5 基于表观粘度的颗粒粘结机理分析 |
| 4.3.6 室温条件下金属化率对于Fe_2O_3粉体表观粘度测影响 |
| 4.3.7 Fe_3O_4粉体表观粘度与温度关系研究 |
| 4.4 本章小结 |
| 5 基于粉体表观粘度的粘结失流预测模型 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 实验 |
| 5.2.1 实验装置和材料 |
| 5.2.2 实验条件和方法 |
| 5.3 粘结失流预测模型建立 |
| 5.3.1 基本假设 |
| 5.3.2 模型建立 |
| 5.4 模型理论预测值与实验值对比分析 |
| 5.4.1 初始流化速率预测 |
| 5.4.2 粘结失流温度预测 |
| 5.5 本章小结 |
| 6 纳米添加剂对于颗粒流动性改善的探索研究 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 实验 |
| 6.2.1 实验装置和材料 |
| 6.2.2 实验条件和方法 |
| 6.2.3 纳米添加剂对于颗粒包覆效果微观分析 |
| 6.2.4 室温条件下纳米添加剂对于颗粒流动性的改善研究 |
| 6.2.5 高温条件下纳米添加剂对于颗粒流动性改善的研究 |
| 6.2.6 流态化条件下纳米添加剂对于粘结失流的抑制研究 |
| 6.3 本章小结 |
| 7 流化床表观粘度测定及预测 |
| 7.1 引言 |
| 7.2 实验 |
| 7.2.1 实验装置 |
| 7.2.2 实验材料 |
| 7.2.3 实验条件和方法 |
| 7.3 下行流化床表观粘度计算方法 |
| 7.4 实验结果与讨论 |
| 7.4.1 鼓泡流化床表观粘度初步研究 |
| 7.4.2 下行流化床表观粘度预测模型回归 |
| 7.4.3 气体单相流管道摩擦压降CFD模拟验证 |
| 7.4.4 下行流化床表观粘度预测模型验证 |
| 7.5 本章小结 |
| 8 流化床还原过程表观粘度在线测定系统调试研究 |
| 8.1 引言 |
| 8.2 实验 |
| 8.2.1 实验装置 |
| 8.2.2 实验材料 |
| 8.3 实验结果与讨论 |
| 8.3.1 流化床表观粘度与床层压降对比分析 |
| 8.3.2 流化床表观粘度与质谱仪尾气成分信号对比分析 |
| 8.3.3 流化床还原过程表观粘度原位在线分析研究 |
| 8.4 本章小结 |
| 9 结论与工作展望 |
| 9.1 结论 |
| 9.2 主要创新点 |
| 9.3 展望 |
| 参考文献 |
| 作者简历及在学研究成果 |
| 学位论文数据集 |
（10）锥形流化床中细铁粉矿直接还原过程强化（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 引言 |
| 1.1 流态化直接还原炼铁技术 |
| 1.1.1 典型的流态化炼铁工艺 |
| 1.1.2 流态化炼铁技术存在的主要问题 |
| 1.2 粘结失流研究现状 |
| 1.2.1 粘结失流影响因素 |
| 1.2.2 粘结失流机理 |
| 1.2.2.1 粘结研究历程 |
| 1.2.2.2 粘结失流模型 |
| 1.2.3 防止失流措施 |
| 1.2.4 锥形流化床特征及其在防止失流中应用 |
| 1.3 本论文研究思路 |
| 2 细铁矿粉在锥形流化床和柱形流化床中直接还原对比研究 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 实验 |
| 2.2.1 实验材料 |
| 2.2.2 实验装置及方法 |
| 2.2.3 表征及计算方法 |
| 2.3 结果与讨论 |
| 2.3.1 气速对直接还原的影响 |
| 2.3.1.1 气速对柱形流化床内直接还原的影响 |
| 2.3.1.2 气速对锥形流化床内直接还原的影响 |
| 2.3.2 温度对直接还原的影响 |
| 2.4 本章小结 |
| 3 锥形流化床内H_2还原铁矿粉表面形貌规律及其对粘结失流的影响 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 实验 |
| 3.3 结果与讨论: |
| 3.3.1 H_2气氛下直接还原铁表面形貌 |
| 3.3.2 H_2气氛下表面形貌生成机制 |
| 3.3.3 H_2含量及流速对流化行为的影响,及其与表面形貌的关系 |
| 3.4 本章小结: |
| 4 锥形流化床内聚团行为及其机理分析 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 实验 |
| 4.3 结果与讨论 |
| 4.3.1 柱形流化床失流特征 |
| 4.3.2 锥形床内聚团行为规律 |
| 4.3.2.1 聚团快速生成阶段 |
| 4.3.2.2 聚团稳定生长阶段 |
| 4.3.2.3 聚团二次生长阶段 |
| 4.4 本章小结 |
| 5 锥形流化床设计参数对直接还原的影响及聚团流化模型 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 实验 |
| 5.2.1 实验装置与实验材料 |
| 5.2.2 表征及计算方法 |
| 5.3 实验结果 |
| 5.4 理论模型 |
| 5.4.1 模型计算结果 |
| 5.4.2 修正聚团流化模型在锥形流化床中的应用 |
| 5.5. 本章小结 |
| 6 锥形流化床直接还原过程强化 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 实验 |
| 6.2.1 实验材料和设备 |
| 6.2.2 实验步骤及分析方法 |
| 6.3 结果与讨论 |
| 6.3.1 高温直接还原流化行为 |
| 6.3.2 预还原条件对高温深还原的影响 |
| 6.3.3 深还原条件对过程强化的影响 |
| 6.4 本章小结 |
| 7 结论与展望 |
| 7.1 主要结论 |
| 7.2 创新点 |
| 7.3 展望 |
| 参考文献 |
| 个人简历及发表文章目录 |
| 致谢 |
四、氧化铁在还原过程中的失流 失流的防止（论文参考文献）
- [1]新型侧搅拌流化床气-固流化质量的模拟[J]. 张圣禹,李小龙,王涛,张子木,刘燕,张廷安. 材料与冶金学报, 2021(02)
- [2]外热式气基直接还原炼铁工艺的基础与应用研究[D]. 孙贯永. 北京科技大学, 2021(08)
- [3]铁矿石气基直接还原过程结构演化特征及动力学研究[D]. 孙爽. 华东理工大学, 2021(08)
- [4]常压下工艺因素对巴西铁矿粉流态化还原的影响[J]. 谷张涵,柴先义,李新,吴宝国,李志平,徐其言. 安徽工业大学学报(自然科学版), 2021(01)
- [5]微波场中碳热还原含铁原料基础及小规模试验研究[D]. 代林晴. 昆明理工大学, 2019(06)
- [6]流态化直接还原炼铁过程中颗粒粘结与调控的跨尺度关系的研究[D]. 鲁峰. 重庆大学, 2019(01)
- [7]高压和添加塑料颗粒抑制铁矿粉流态化黏结/失流机理研究[D]. 徐其言. 安徽工业大学, 2018(06)
- [8]钒钛磁铁矿流态化直接还原技术现状与发展趋势[J]. 孙昊延,朱庆山,李洪钟. 过程工程学报, 2018(06)
- [9]颗粒流体粘性表征及流化床粘结失流行为预测分析[D]. 安卓卿. 北京科技大学, 2018(08)
- [10]锥形流化床中细铁粉矿直接还原过程强化[D]. 何盛一. 中国科学院大学(中国科学院过程工程研究所), 2017(01)