第9期 宁晓宇等：含碳球团直接还原熔分机理 ·1171· a m Slag 20μm 204m 图10煤粉球团在不同还原时间下的显微照片，(a)2min;(b)3min:(c)4min;(d)5min Fig.10 Microstructures of pulverized coal pellets for different time:(a)2 min;(b)3 min;(c)4min;(d)5min a FeoF0*fe0,口Fe0, (7)和(8)，生成还原性气体C0和H2.因此，含碳 球团的还原包括两类反应Ⅲ121：(1)铁氧化物和碳 在固-固界面发生的直接还原反应，受渗碳反应支 9只 尺2min月 配；(2)气-固界面上发生一系列的间接还原反应， 受碳素熔损反应(7)和(8)影响.由于固-固反应相 兄3min只 比气-固反应进行非常缓慢，因此反应主要通过气 只4min女 体中间产物C0、C02、H,和H,0进行 只5ming 铁的渗碳反应是促使铁熔化的重要过程，还原 6 min 铁一方面通过直接接触从固态或熔融碳中吸收碳元 102030405060708090100 素3)，另一方面熔损反应产生的C0气体也会向铁 20/ 中渗碳，使铁的熔点降低，促进铁的熔化.随后液态 图11含碳球团还原过程X射线衍射图谱 铁和熔渣逐渐分离开来. Fig.11 XRD patters of the pellets during reduction process Kim等t]采用高温共聚焦激光显微镜对Ca0- 碳的气化反应： SiO2-AL,0,三元渣系和金属铁的熔分过程进行了研 C+C02=2C0, (7) 究.结果表明：液态的熔渣接触到固态铁时，熔渣润 H20+C=H2+C0. (8) 湿铁的表面并逐渐覆盖整个固态铁，期间表现出渣 渗碳反应： 铁间良好的润湿作用；且熔渣的润湿作用产生的吸 C=[c]. (9) 引力会一直拖拽着碳向铁靠近，当碳和铁接触时固 铁的熔化反应： 态铁开始熔化，随着熔化过程中界面能的增加， Fe()=Fe(). (10) Ca0-Si02-Al,0,熔渣逐渐从Fe-C熔体中分离出 含碳球团可以看成是铁氧化物和碳的固态混合 来.整个熔分过程如图12所示. 物，随着加热温度的升高，铁氧化物与碳发生直接还 熔分后珠铁中碳含量如表4所示，可见，珠铁中 原反应(1)~(3)，反应生成产物引发间接还原反应 碳质量分数在1.73%~2.84%范围内.由图13可 (4)~(6),这些反应的产物又引发碳的气化反应 以看出该碳含量的珠铁在Fe-C相图[5]中位于固-第 期 宁晓 宇 等 ： 含 碳球团 直接 还原熔 分机理 “。 ,■國 — — 图 煤粉球 团 在不 同还 原 时 间 下 的显 微 照 片 ( ； ； ； ： ； 和 ( 生成还 原性气 体 和 因 此 , 含碳 」 」 〕 球 团 的 还原包括两 类 反 应 铁氧 化物和 碳 。 在 固 固 界 面发 生 的 直接还 原反 应 受 渗碳 反应 支 配 ； ( 气 固 界 面 上 发 生一 系 列 的 间 接 还原 反 应 , 受碳素 熔损 反应 和 影 响 由 于 固 固 反应相 ° ？ 比气 固 反应 进行非 常 缓慢 , 因 此 反 应 主 要 通 过气 体 中 间 产物 、 、 和 进行 ？ 铁 的渗 碳 反 应是促 使 铁熔 化 的 重 要过程 还原 铁 一 方面通 过直接接 触从 固 态 或熔融碳 中 吸收碳元 素 ⑴ , 另 一 。 方面 熔损 反 应产生 的 气体也 会 向 铁 ) 中 渗碳 , 使铁的 熔点 降低 , 促 进铁 的熔化 随后 液态 图 含 碳球 团还 原过程 射线 贿图谱 铁 和熔渣逐 渐分离 开来 一 、 、 等 采用 高温共聚焦 激 光显微 镜对 碳的 气 化反应 ： 三元渣 系 和金属 铁 的熔 分过程进行 了研 究 结果表明 ： 液态 的熔渣 接 触到 固 态铁时 熔 渣润 湿铁的 表面 并逐渐覆 盖整 个固 态铁 , 期 间 表 现 出 渣 渗碳反应 ： 铁 间 良 好的 润湿作 用 ； 且熔渣 的 润 湿作用 产 生 的 吸 引 力 会一 直拖 拽着碳 向 铁 靠近 , 当 碳和 铁接 触 时 固 铁 的熔 化反应 ： 态 铁 幵 始 熔 化 , 随 着 熔 化 过 程 中 界 面 能 的 增 加 , 熔 渣 逐 渐从 熔 体 中 分 离 出 含碳球 团 可 以 看成是铁氧化物和 碳 的 固 态 混合 来 整个熔分过程如 图 所示 物 随着 加热温度 的升 高 , 铁氧化物与 碳发生 直接还 熔 分后珠铁 中 碳含量如 表 所示 , 可见 , 珠 铁 中 原 反应 ( 反应生 成产 物 引 发 间 接还 原 反应 碳质量 分数在 范 围 内 由 图 可 这 些 反 应 的 产 物 又 引 发 碳 的 气化 反 应 以看出 该碳含量的 珠 铁在 相 图 中 位 于 固