王广等：硼铁精矿的碳热还原动力学 ·625 温度的时间越短，则该温度下的还原度就越低，终点时 (800℃焙烧) (1300℃左右)的还原度基本相同，且此时还原度基本 98 不再发生变化：升温速率越低，起始还原温度越低，5、 10、15和20℃·min时的起始还原温度分别为992、 96 1007、1018和1029℃.由微分热重曲线可知，还原过 94 程大致经历了还原开始阶段的加速反应→较大温度区 间的加速还原一→较大温度区间的减速还原→还原反应 92 趋于平缓至结束四个主要反应阶段.5、10、15和 20℃·min时还原反应的峰值温度分别为1041、 906 200 400 600 80010001200 1063、1076和1088℃，表明还原温度在1100℃以上足 温度℃ 以保证球团较高速率的还原， 图3培烧硼铁精可矿的热重曲线 Fig.3 TG curve of the roasted boron-bearing iron concentrate 100 气氛为高纯N2,流量为4L·min.实验装置如图4 20℃·min4 所示. 90 15℃min' 非等温热重分析：为了确定适宜的等温还原温度， 85 10℃min 在高温综合热分析(TAQ600)中进行了非等温热重分 5℃·min 80H 析.将适量（矿+石墨）粉混合料(~20mg)放入刚玉 坩埚中，以一定升温速率升至预定温度，保护气氛为高 纯N2,流量为100mL·min.升温速率为5、10、l5和 70 20℃·min1,终点温度1300℃. 700 8009001000110012001300 电子天平 温度℃ 图5硼铁精矿-高纯石墨混合物不同升温速率下的热重曲线 Fe-Cr-Al-Mo Fig.5 TG curves of the boron-bearing iron concentrate/graphite at 电脑 different heating rates 流量计 电阻加热炉 刚玉坩埚 -0.1F D=质量分数（温度） oo 5℃minl- 20℃·minl 0.2 10℃·minl- 控温柜 15℃min4 进气口 -0.3 热电偶 图4等温还原实验装置示意图 -0.4 Fig.4 Schematic illustration of the experimental apparatus 0.5 1041℃1063e'1076℃1088℃ 假设还原过程中气体产物均为C0,球团（或混合 700 800 9001000110012001300 料)的还原度计算公式如下： 温度/℃ 1时刻失重量 △m 图6硼铁精矿一高纯石墨混合物不同升温速率下的微分热重 a=理论最大失重量m。+mc (1) 曲线 式中：为还原度：△m为从开始还原到某一时刻t(或 Fig.6 DTG curves of the boron-bearing iron concentrate/graphite at 温度)球团失去的质量，g:m。为还原前铁氧化物中氧 different heating rates 原子的质量，gmc为还原前石墨粉中碳的质量，g 依据热重分析结果，确定等温还原的温度为 2实验结果 1000、1050、1100、1150、1200、1250和1300℃，还原时 2.1还原温度的选择 间不做具体限定，以球团基本不再失重时为还原终点 不同升温速率下的热重曲线和微分热重曲线分别 2.2等温还原行为 如图5和图6所示.随着升温速率的增加，达到某一 不同温度下硼铁精矿/石墨球团的还原度曲线如王 广等: 硼铁精矿的碳热还原动力学 图 3 焙烧硼铁精矿的热重曲线 Fig． 3 TG curve of the roasted boron-bearing iron concentrate 气氛为高纯 N2，流量为 4 L·min － 1 ． 实验装置如图 4 所示． 非等温热重分析: 为了确定适宜的等温还原温度， 在高温综合热分析( TA Q600) 中进行了非等温热重分 析． 将适量( 矿 + 石墨) 粉混合料( ～ 20 mg) 放入刚玉 坩埚中，以一定升温速率升至预定温度，保护气氛为高 纯 N2，流量为 100 mL·min － 1 ． 升温速率为 5、10、15 和 20 ℃·min － 1，终点温度 1300 ℃ ． 图 4 等温还原实验装置示意图 Fig． 4 Schematic illustration of the experimental apparatus 假设还原过程中气体产物均为 CO，球团( 或混合 料) 的还原度计算公式如下: α = t 时刻失重量 理论最大失重量 = Δm mO + mC ． ( 1) 式中: α 为还原度; Δm 为从开始还原到某一时刻 t( 或 温度) 球团失去的质量，g; mO 为还原前铁氧化物中氧 原子的质量，g; mC 为还原前石墨粉中碳的质量，g． 2 实验结果 2. 1 还原温度的选择 不同升温速率下的热重曲线和微分热重曲线分别 如图 5 和图 6 所示． 随着升温速率的增加，达到某一 温度的时间越短，则该温度下的还原度就越低，终点时 ( 1300 ℃左右) 的还原度基本相同，且此时还原度基本 不再发生变化; 升温速率越低，起始还原温度越低，5、 10、15 和 20 ℃·min － 1 时的起始还原温度分别为 992、 1007、1018 和 1029 ℃ ． 由微分热重曲线可知，还原过 程大致经历了还原开始阶段的加速反应→较大温度区 间的加速还原→较大温度区间的减速还原→还原反应 趋于平缓至结束四个主要反 应 阶 段． 5、10、15 和 20 ℃·min － 1时 还 原 反 应 的 峰 值 温 度 分 别 为 1041、 1063、1076 和 1088 ℃，表明还原温度在 1100 ℃ 以上足 以保证球团较高速率的还原． 图 5 硼铁精矿--高纯石墨混合物不同升温速率下的热重曲线 Fig． 5 TG curves of the boron-bearing iron concentrate /graphite at different heating rates 图 6 硼铁精矿--高纯石墨混合物不同升温速率下的微分热重 曲线 Fig． 6 DTG curves of the boron-bearing iron concentrate /graphite at different heating rates 依 据 热 重 分 析 结 果，确 定 等 温 还 原 的 温 度 为 1000、1050、1100、1150、1200、1250 和 1300 ℃，还原时 间不做具体限定，以球团基本不再失重时为还原终点． 2. 2 等温还原行为 不同温度下硼铁精矿/石墨球团的还原度曲线如 · 526 ·