·1170· 北京科技大学学报 第36卷 1.2 min时在碳颗粒的边缘形成一层金属铁，但铁的含 量较少；3min时球团中大部分仍为浮氏体、渣相和 1.0L 炭，此时可观察到各颗粒间的孔隙度变大，有利于 焦粉 0.8 C0气体在球团中的扩散，使间接还原反应快速进 行，金属铁开始不断增加；4min时铁含量进一步增 0.6 煤粉 加，金属铁颗粒不断聚集、长大并逐渐包裹住碳颗粒 0.4 的表面，此时渣相也开始聚集；当还原到5min时， 大部分金属铁已经聚集成一个较大尺寸的铁块，渣 0.2 石墨 铁分离的现象非常明显，球团中仍有少量的碳颗粒 200 400 600800100012001400 残留. 温度℃ 2.1.5含碳球团还原过程物相变化 图7还原剂反应性曲线 采用X射线衍射对以煤粉为还原剂的含碳球 Fig.7 Reactivity curves of reductants 团（碳氧摩尔比1.2）在1400℃下还原过程中物相 变化进行了分析，金属化球团的X射线衍射图谱如 100 煤粉 石墨 焦粉 图11所示.根据实验结果可知：生球中铁氧化物为 Fe,O3;lmin时，Fe0a、Fe0和Fe的衍射峰出现；2 7 min时，Fe的峰逐渐增强，FezO,和FeO,的峰已经 完全消失，FeO的峰开始减弱，此时Fe成为球团中 50 主要的物相；3min时，Fe0的峰消失，Fe的峰进一步 长大：4~6min,球团中物相基本不发生变化，随时 30 间的延长，Fe的峰略有降低，这期间还原反应已完 20 成，球团中发生造渣反应，从结构上看是渣铁分别聚 集并分离的过程.由图11可以看到煤粉球团熔分 45678910 时间/min 后形成的渣为非晶态的玻璃相，因此X射线衍射图 谱不能反映球团的造渣过程. 图8金属化率随还原剂种类及时间的变化 Fig.8 Variation of metallization degree with time for different reduc- 2.2含碳球团还原熔分机理 tants 含碳球团的还原熔分可分为如下反应[9-]) 直接还原反应： 于1500℃，阻碍球团熔分；石墨球团还原和渗碳速 3Fez03+C=2Fe04+C0, (1) 率过快，熔化时间提前，F0未还原完全并进入渣 Fe304+C=3Fe0+C0, (2) 相，最终金属化率仅为88.9%.综合熔分时间和效 Fe0+C=Fe +CO. (3) 果认为适宜的还原剂为煤粉. 间接还原反应： 2.1.4含碳球团还原过程显微组织 3Fez03+C0/H2=2Fe304+C02/H20,(4) 1400℃下，碳氧摩尔比为1.2的煤粉球团还原 Fe04+C0/H2=3Fe0+C02/H20, (5) 过程中结构变化如图10所示.从图中可以看出：2 Fe0+C0/H2=Fe+C02/H20. (6) h 图9不同还原剂球团熔分后形貌.(a)煤粉；(b)焦粉；(c)石题 Fig.Morphologies of the pellets after melting with different reductants:(a)pulverized coal;(b)fine coke;(c)graphite? 1 1 7 0 ? 北 京 科 技 大 学 学 报 第 卷 时在碳颗 粒的 边 缘形 成一 层金 属 铁 但铁 的 含 量 较少 时 球 团 中 大部 分仍 为 浮 氏 体 、 渣相 和 ° 炭 此时可观 察到 各颗粒 间 的孔 隙度 变大 , 有 利 于 。 气体在球 团 中 的 扩散 使间 接还 原 反应 快 速 进 行 , 金属 铁开始不断 增 加 时 铁含 量 进一 步增 “ 加 金属 铁颗粒不 断聚 集 、 长大并逐渐包裹住碳颗粒 毋 的表 面 , 此 时渣 相 也开始 聚 集 ； 当 还 原到 时 , 大部 分金属 铁 已 经 聚集 成 一 个较大尺寸 的 铁块 渣 右 墨 铁分离 的 现象非常 明 显 球 团 中 仍 有少量 的 碳 颗粒 ° 温度 含碳球 团 还原过程 物 相变 化 图 还 原剂反 应性 曲 线 采用 射线 衍射对 以 煤粉为 还 原剂 的 含 碳球 团 ( 碳氧摩 尔 比 在 下 还 原过 程 中 物 相 变 化进行了 分析 , 金属 化球 团 的 射线衍 射 图谱如 石 鍾 图 所示 根 据实验结果可 知 ： 生 球中 铁 氧化物为 “ ； 时 , 、 和 的 衍射 峰 出 现 ； 时 , 的 峰逐 渐增 强 , 和 的 峰 已 经 完 全消 失 的 峰开 始减 弱 , 此时 成为 球 团 中 “ 主要 的 物相 时 的 峰消 失 的 峰进 一 步 长大 , 球团 中 物 相 基本不 发 生变 化 , 随 时 “ 间 的 延 长 , 的 峰 略有 降低 这 期 间 还 原 反 应 已 完 成 , 球团 中发生造渣反应 从结 构上看 是渣 铁分别聚 集 并分离 的 过 程 由 图 可 以 看 到 煤粉 球 团 熔 分 后 形成 的 渣 为 非 晶 态 的 玻璃 相 , 因 此 射线衍射 图 ▲ ■遞 普 不 能反 映球 团 的 造、渣 过程 图 金 属 化 率随还 原剂种 类及时 间的 变化 , 、 含碳球 团 原 溶分机 理 含碳球 团 的还 原熔分可分 为如 下反 应 — 直接还 原反应 ： 于 , 阻碍球团 熔分 ； 石墨 球 团 还 原 和渗 碳速 率过快 熔 化时 间 提前 , 未 还 原完 全并 进入渣 相 最终金属 化率仅为 综 合熔分 时 间 和效 果 认为适宜的 还原剂 为煤粉 间 接还 原反应 ： 含碳球 团还 原过程显 微组织 , ； 下 , 碳氧摩 尔 比 为 的 煤粉 球团 还 原 过程 中结构 变 化 如 图 所示 从 图 中 可 以 看出 ： ‘ ” ’ ； 春 图 不 同 还原剂 球 团熔分后 形貌 ( 煤粉 ； ( 焦 雇 粉 ； ( 石墨 ： ；