工程科学学报，第37卷，第2期：157-162,2015年2月 Chinese Journal of Engineering,Vol.37,No.2:157-162,February 2015 DOI:10.13374/j.issn2095-9389.2015.02.003:http://journals.ustb.edu.cn 印度尼西亚海砂氧化性球团氢气还原机理 李永麒”，郭汉杰)区，李林12) 1)北京科技大学治金与生态工程学院，北京1000832)北京首钢国际工程技术有限公司，北京100043 ☒通信作者，E-mail:guohanjie@ustb.edu.cn 摘要对印度尼西亚海砂刊矿氧化性球团氢气还原的规律做了较详细的研究.实验采用失重的方法，通过对反应过程的物相 变化、热力学以及动力学方面的分析，探究了海砂球团矿氢气还原的机理.结果表明：温度在800℃和850℃，还原反应的最终产 物主要是FT0,整个反应限制环节是由两个不同阶段的过程组成，反应开始阶段由界面化学反应控制，之后由界面化学反应 与内扩散共同控制：在900、950和1000℃三个温度下，反应产物中有钛氧化物出现，整个还原反应由三个不同的限制性环节组 成，开始由界面化学反应控制，反应中间阶段是由界面化学反应和内扩散共同控制，反应后期则是由内扩散控制为主. 关键词海砂矿：球团：矿物还原：化学反应：内扩散 分类号T554 Hydrogen reduction mechanism of Indonesia ironsand oxidized pellets LI Yong-qi,GUO Hanjie,LI Lin') 1)School of Metallurgical and Ecological Engineering,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 2)Beijing Shougang Intemational Engineering Technology Co.,Ld.,Beijing 100043,China Corresponding author,E-mail:guohanjie@ustb.edu.en ABSTRACT This article is focused on the reduction law of Indonesia ironsand oxidized pellets by hydrogen.Reduction experiment was performed with a thermogravimetric analyzer.The hydrogen reduction mechanism of the oxidized pellets was studied by the phase change,thermodynamic and kinetic analyses of the reaction process.It is found that the final products are FeTiO,at 800C and 850 C,and the restrictive step of reduction is composed of two different stages,which are chemical reaction in the early stage of reduction and the mixed-control of chemical reaction and intraparticle diffusion in the subsequent reaction.Titanium oxide appears at 900,950 and 1000C,and the restrictive step of reduction is composed of three stages,which are chemical reaction,the mixed-control of chem- ical reaction and intraparticle diffusion,and intraparticle diffusion. KEY WORDS ironsand:pellets;ore reduction:chemical reaction:diffusion 随着世界上优质铁矿石资源的不断减少，加大对产生的碳氮化合物以及含钛氧化物加大了炉渣的黏 非优质矿的利用和研究成为当前世界各国研究的热度，给出铁造成不利影响.气基还原是一种较为清洁 点。东南亚和澳大利亚、新西兰等沿海国家的砂矿，储 的还原方法，它的还原温度较低，能够克服上述煤基还 量丰富，并且开采相对容易，成本较低，近年来逐渐受 原海砂矿的缺点.目前对于气基还原方面的研究已经 到人们的关注.但是，目前除了新西兰北海岸的海砂 有许多的成果2，但对于海砂矿的相关研究不是很 矿采用煤基还原得到部分利用外四，其他的均未得到充分.由于氢气在还原动力学方面的优势使得其在气 大规模的利用.煤基还原海砂矿存在许多问题：首先， 基还原工艺中起着非常重要的作用，因此研究海砂矿 煤中的灰分增加了渣量，煤中过高的疏含量也给铁水 在氢气条件下的还原情况，将有助于人们更好地研究 的质量带来不利影响：其次，碳和海砂矿的过还原反应 和理解氢气在混合还原气中的还原行为.本文对产自 收稿日期：201408-25工程科学学报，第 37 卷，第 2 期: 157--162，2015 年 2 月 Chinese Journal of Engineering，Vol． 37，No． 2: 157--162，February 2015 DOI: 10． 13374 /j． issn2095--9389． 2015． 02． 003; http: / /journals． ustb． edu． cn 印度尼西亚海砂氧化性球团氢气还原机理 李永麒1) ，郭汉杰1) ，李 林1，2) 1) 北京科技大学冶金与生态工程学院，北京 100083 2) 北京首钢国际工程技术有限公司，北京 100043  通信作者，E-mail: guohanjie@ ustb． edu． cn 摘 要 对印度尼西亚海砂矿氧化性球团氢气还原的规律做了较详细的研究． 实验采用失重的方法，通过对反应过程的物相 变化、热力学以及动力学方面的分析，探究了海砂球团矿氢气还原的机理． 结果表明: 温度在 800 ℃和 850 ℃，还原反应的最终产 物主要是 FeTiO3，整个反应限制环节是由两个不同阶段的过程组成，反应开始阶段由界面化学反应控制，之后由界面化学反应 与内扩散共同控制; 在 900、950 和 1000 ℃三个温度下，反应产物中有钛氧化物出现，整个还原反应由三个不同的限制性环节组 成，开始由界面化学反应控制，反应中间阶段是由界面化学反应和内扩散共同控制，反应后期则是由内扩散控制为主． 关键词 海砂矿; 球团; 矿物还原; 化学反应; 内扩散 分类号 TF554 Hydrogen reduction mechanism of Indonesia ironsand oxidized pellets LI Yong-qi1) ，GUO Han-jie1)  ，LI Lin1，2) 1) School of Metallurgical and Ecological Engineering，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China 2) Beijing Shougang International Engineering Technology Co． ，Ltd． ，Beijing 100043，China  Corresponding author，E-mail: guohanjie@ ustb． edu． cn ABSTＲACT This article is focused on the reduction law of Indonesia ironsand oxidized pellets by hydrogen． Ｒeduction experiment was performed with a thermogravimetric analyzer． The hydrogen reduction mechanism of the oxidized pellets was studied by the phase change，thermodynamic and kinetic analyses of the reaction process． It is found that the final products are FeTiO3 at 800 ℃ and 850 ℃，and the restrictive step of reduction is composed of two different stages，which are chemical reaction in the early stage of reduction and the mixed-control of chemical reaction and intraparticle diffusion in the subsequent reaction． Titanium oxide appears at 900，950 and 1000 ℃，and the restrictive step of reduction is composed of three stages，which are chemical reaction，the mixed-control of chem￾ical reaction and intraparticle diffusion，and intraparticle diffusion． KEY WOＲDS ironsand; pellets; ore reduction; chemical reaction; diffusion 收稿日期: 2014--08--25 随着世界上优质铁矿石资源的不断减少，加大对 非优质矿的利用和研究成为当前世界各国研究的热 点． 东南亚和澳大利亚、新西兰等沿海国家的砂矿，储 量丰富，并且开采相对容易，成本较低，近年来逐渐受 到人们的关注． 但是，目前除了新西兰北海岸的海砂 矿采用煤基还原得到部分利用外［1］，其他的均未得到 大规模的利用． 煤基还原海砂矿存在许多问题: 首先， 煤中的灰分增加了渣量，煤中过高的硫含量也给铁水 的质量带来不利影响; 其次，碳和海砂矿的过还原反应 产生的碳氮化合物以及含钛氧化物加大了炉渣的黏 度，给出铁造成不利影响． 气基还原是一种较为清洁 的还原方法，它的还原温度较低，能够克服上述煤基还 原海砂矿的缺点． 目前对于气基还原方面的研究已经 有许多的成果［2--5］，但对于海砂矿的相关研究不是很 充分． 由于氢气在还原动力学方面的优势使得其在气 基还原工艺中起着非常重要的作用，因此研究海砂矿 在氢气条件下的还原情况，将有助于人们更好地研究 和理解氢气在混合还原气中的还原行为． 本文对产自