276 北京科技大学学报 第35卷 上发展直至整个床层失去流态化.内为随着还原反 还原反应速率明显低于下部，使得H2还原失流后 应的进行，H2还原后的产物H20能在反应界面活 床层朵现出一定的不均匀性.笔者前期研究12！表 性点上吸附，H2O分子有较大的极化性，易于变形， 明，与H2相比，由C0参与的还原反应在还原失 所以H2O分子更容易被吸附，不易脱附逸出，其 流后，床层膨胀幅度大，床层结构疏松，下部反应 结果是下部的还原产物大大减小了上部的还原反应产物C02也相对易脱附，并迅速被气体带走，并几 的推动力.同时，由于H2参与的还原反应为吸热 C0还原金属氧化物多为放热反应，下部试样的还 反应，底部试样优先发生还原反应后必定会消耗部 原还会为上部反应提供热量补偿.内此，总体上CO 分热量，造成床层上下存在一定的温度差降，上部 还原失流时床内反应程度比H2更为均匀 30r 30 (a) -973K (b) 4-973K ·-1073K 2 →-1073K 20 +-1173K 2 +-1173K 5 1 10 10 5 -5 -5 -10 -10 -15 -15 -2 2030405060708090100110 -20 030405060708090100110 Cco/% C2/% 30 30 2 (c) 一-973K (d) 4-1073K 一-1073K +-1173K 2 15 1 c 10 0 -5 -5 -10 -10 -15 15 -20一 -201 -100102030405060708090100110 5060708090100110 Cco/% Cco/% 图4铁粉在不同气氛中失流时的金化举(Rm).(a)C0-N2:(b)H2-N2:(c)CO-H2:(d)CO-C02 Fig.4 Metallization rate of iron ore fines when defluidization occurs in different atmospheres:(a)CO-N2:(b)H2-N2;(c)CO-H2; (d)co-CO2 23气氛对失流矿粉颗粒微观形态的影响 格将发生很大变形和畸变，几比容增大，颗粒受 图5为铁矿粉原样扫描电镜照片.可见还原前 到较大的膨胀应力，也易产生裂纹和微孔3.此外， 试样多军致密的平板状，表面平整且杂质较少.图6 铁矿粉颗粒在还原时，还原产物的体积一般都小于 和图7为973K时在C0-N2气氛和H2-N2气氛中失 原始体积.在a-Fe2O3中每个铁原子（包括与其结 流的矿粉颗粒微观形态.与图5相比可发现，两种 合的氧原子)对应的体积为0.0251nm3,Fe0中为 还原气还原后的颗粒形貌差别较大，相同还原气时 0.0210nm3,而金属铁每一铁原子的体积为0.0113 组分的体积分数对颗粒微观形态影响不大.图6所 nm314.随着颗粒内外×域化学反应的进行，体积 示的CO还原后颗粒表面变得复杂，出现了许多直 缩小，所以还原后的颗粒产生了大量逐渐变大变宽 径约1um的凹坑和孔洞，相邻四坑之间为许多形状 的裂纹和孔隙，形成多孔和（或）长裂缝的产物. 不规则的F,O.图7所示的H2-N2气氛中，颗粒表 此外，从如图6中还可看出，许多颗粒表面部 面有许多约0.2um的微孔和多个微孔连成的裂纹， 分区域出现了较长的铁品须.颗粒之间依靠长铁晶 颗粒表面仍较为平整.Fe2O3是六方品格，FegO4和 须相互勾连一起，使颗粒间的间隙大大增加.由图 Fe0是立方晶格，在a-Fe2O3→Fe3O4转变阶段，晶7发现，颗粒表面分布一定量的锥形瘤状物，并将· · 北 京 科 技 大 学 学 报 第 卷 上发展直至整个床层失去流态化 因为随着还原反 应 的进行, 还原后的产物 能在反应界面活 性点上吸附, 分子有较大的极化性, 易 变形, 所 以 分子更容易被吸附, 不易脱附逸 出 ` 其 结果是下部的还原产物大大减小了上部的还原反应 的推动力 同时, 由于 参与的还原反应为吸热 反应, 底部试样优先发生还原反应后必定会消耗部 分热量, 造成床层上下存在一定的温度差降, 上部 还原反应速率明显低 飞下部 , 使得 还原失流后 床层呈现 出一定的不均匀性 笔者前期研究 表 明, ` 相比, 由 参与的还原反应在还原失 流后, 床层膨胀幅度大 , 床层结构疏松 下部反应 产物 也相对易脱附, 并迅速被气体带走 , 并且 还原金属氧化物多为放热反应, 下部试样的还 原还会为上部反应提供热量补偿 因此 , 总体上 还原失流时床 内反应程度 比 更为均匀 一 一 一 一`一 巧 一 一 一 一 `尸 甘享 享才︻ 一解肺阶对贯 一 一 一 一 砧享尸 巧 叫享洲目 一 肠。 ﹄ 一白﹄为︶︸一 图 铁矿粉在不同气氛中失流时的金属化率 几 。 一 一 一 一 一 一 一 一 气氛对失流矿粉颗粒微观形态的影响 图 为铁矿粉原样扫描 电镜照片 可见还原前 试样多呈致密的平板状 , 表面平整且杂质较少 图 和图 为 日寸在 一 气氛和 一 气氛中失 流的矿粉颗粒微观 形态 与图 相 比可发现 , 两种 还原气还原后的颗粒形貌差别较大, 相同还原气时 组分的体积分数对颗粒微观形态影响不大 图 所 示的 还原后颗粒表面变得复杂, 出现了许多直 径约 林 的凹坑和孔洞, 相邻凹坑之间为许多形状 不规 则的 二 图 所示的 一 气氛中, 颗粒表 面有许多约 卜 的微孔和多个微孔连成的裂纹, 颗粒表面仍较为平整, 是六方晶格 , 和 是立方晶格 , 在 一 转变阶段, 晶 格将发生很大变形和崎变 , 而且比容增大 , 颗粒受 到较大的膨胀应力 , 也易产生裂纹和微孔 ` 〕此外 , 铁矿粉颗粒在还原时, 还原产物的体积一般都小 于 原始体积 在 一 中每个铁原子 包括与其结 合的氧原子 对应的体积为 。刀 “, 中为 , 自金属铁每一铁原子的体积为 “ 随着颗粒 内州 又域化学反应的进行, 体积 缩小, 所以还原后的颗粒产生了大 最逐渐变大变宽 的裂纹和孔隙, 形成多孔和 或 长裂缝的产物 此外, 从如图 中还 可看出, 许 多颗粒表面部 分区域出现 了较 长的铁晶须 颗粒之间依靠 长铁晶 须相互勾连一起, 使颗粒 间的间隙大大增加 由图 发现, 颗粒表面分布一定量的锥 形瘤状物 , 并将