工程科学学报，第37卷，第1期：1319,2015年1月 Chinese Journal of Engineering,Vol.37,No.1:13-19,January 2015 D0l:10.13374/j.issn2095-9389.2015.01.003;http://journals..ustb.edu.cn 氢气还原褐铁矿实验研究与动力学分析 李 林12，牛犁”，郭汉杰)四，段生朝”，李永麒”，孟祥龙2) 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 摘要本文旨在研究不同温度下氢气对褐铁矿还原度和还原速率的影响，并以此为基础分析动力学相关问题.通过热重 分析深入了解褐铁矿失水状况.使用粒度为8-12mm褐铁矿焙烧后，分别在750-950℃五个不同温度下使用4L·minH2 进行还原，并分析还原率和还原速率随时间的变化关系.研究发现：随着反应进行，试样还原率逐渐增大，五条还原率曲线在 t>28min后与还原温度排序一致.通过动力学研究计算得反应表观活化能E=15.323kJ·mol',从而确定扩散为还原反应的 限制环节。 关键词炼铁：褐铁矿：氢还原：还原动力学：热重分析 分类号TF562 Experimental research and kinetics analysis on hydrogen reduction of limonite LI Lin),NIU Li),GUO Han-jie,DUAN Sheng-chao,LI Yong-qi,MENG Xiang-ong? 1)School of Metallurgical and Ecological Engineering,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 2)Beijing Shougang Intemational Engineering Technology Co.Lid.,Beijing 100043,China Corresponding author,E-mail:guohanjie@ustb.edu.cn ABSTRACT This article presents experimental studies on the effects of H2 on the reduction degree and rate of limonite at different temperatures and kinetic analysis during the hydrogen reduction.The water loss of limonite was investigated by thermal gravimetric analysis.Limonite of 8 to 12 mm in granularity was reduced with 4L.minH2 at five temperatures of 750 to 950C.As the reduction reaction proceeded,the reduction degree increased,and the sequence of 5 reduction degree curves was consistent with that of reaction temperature when 28 min.The apparent activation energy was kinetically calculated to be 15.323 kJmol-,so diffusion is the re- strictive step of the reduction reaction. KEY WORDS ironmaking:limonite:hydrogen reduction;reduction kinetics;thermal gravimetric analysis 治金行业是我国国民经济的重要基础产业，而直的相关问题 接还原是我国炼铁技术发展中最活跃、最受关注的方 实验原料使用粒度为8~12mm的褐铁矿块矿进 向之一，气基直接还原是非高炉炼铁工艺的主要方 行脱水实验，通过热重分析深入了解褐铁矿失水状况， 向Ⅱ-刀.通常褐铁矿中铁质量分数为37%~55%，低 还原实验采用褐铁矿块矿焙烧完全脱水后试样，分别 品位褐铁矿经还原焙烧后可有效提高其磁性，且使矿在750~950℃五个不同温度下，使用4L·miH,进 石疏松易于治炼，但目前国内褐铁矿利用率极低，因此 行还原，并分析还原率和还原速率随时间的变化关系： 褐铁矿气基还原研究对实现资源综合利用意义重大. 研究褐铁矿在H,中还原的转变过程，剖析褐铁矿在各 氧化铁的还原反应是炼铁学最重要且基本的化学反 种不同实验条件下的还原过程及反应机理5a:解析 应.实验旨在研究不同温度下氢气对褐铁矿的还 铁氧化物还原的气固反应动力学原理，论述未反应核 原度和还原速率的影响，在此基础上分析治金动力学 模型并分析其限制性环节对还原反应的影响. 收稿日期：2014-10-08工程科学学报，第 37 卷，第 1 期: 13--19，2015 年 1 月 Chinese Journal of Engineering，Vol． 37，No． 1: 13--19，January 2015 DOI: 10． 13374 /j． issn2095--9389． 2015． 01． 003; http: / /journals． ustb． edu． cn 氢气还原褐铁矿实验研究与动力学分析 李 林1，2) ，牛 犁1) ，郭汉杰1) ，段生朝1) ，李永麒1) ，孟祥龙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 本文旨在研究不同温度下氢气对褐铁矿还原度和还原速率的影响，并以此为基础分析动力学相关问题． 通过热重 分析深入了解褐铁矿失水状况． 使用粒度为 8 ～ 12 mm 褐铁矿焙烧后，分别在 750 ～ 950 ℃五个不同温度下使用 4 L·min － 1 H2 进行还原，并分析还原率和还原速率随时间的变化关系． 研究发现: 随着反应进行，试样还原率逐渐增大，五条还原率曲线在 t ＞ 28 min 后与还原温度排序一致． 通过动力学研究计算得反应表观活化能 E = 15. 323 kJ·mol － 1，从而确定扩散为还原反应的 限制环节． 关键词 炼铁; 褐铁矿; 氢还原; 还原动力学; 热重分析 分类号 TF562 Experimental research and kinetics analysis on hydrogen reduction of limonite LI Lin1，2) ，NIU Li1) ，GUO Han-jie1)  ，DUAN Sheng-chao1) ，LI Yong-qi1) ，MENG Xiang-long2) 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 presents experimental studies on the effects of H2 on the reduction degree and rate of limonite at different temperatures and kinetic analysis during the hydrogen reduction． The water loss of limonite was investigated by thermal gravimetric analysis． Limonite of 8 to 12 mm in granularity was reduced with 4 L·min － 1 H2 at five temperatures of 750 to 950 ℃ ． As the reduction reaction proceeded，the reduction degree increased，and the sequence of 5 reduction degree curves was consistent with that of reaction temperature when t ＞ 28 min． The apparent activation energy was kinetically calculated to be 15. 323 kJ·mol － 1，so diffusion is the re￾strictive step of the reduction reaction． KEY WOＲDS ironmaking; limonite; hydrogen reduction; reduction kinetics; thermal gravimetric analysis 收稿日期: 2014--10--08 冶金行业是我国国民经济的重要基础产业，而直 接还原是我国炼铁技术发展中最活跃、最受关注的方 向之一，气基直接还原是非高炉炼铁工艺的主要方 向［1 － 2］． 通常褐铁矿中铁质量分数为 37% ～ 55% ，低 品位褐铁矿经还原焙烧后可有效提高其磁性，且使矿 石疏松易于冶炼，但目前国内褐铁矿利用率极低，因此 褐铁矿气基还原研究对实现资源综合利用意义重大． 氧化铁的还原反应是炼铁学最重要且基本的化学反 应［3 － 4］． 实验旨在研究不同温度下氢气对褐铁矿的还 原度和还原速率的影响，在此基础上分析冶金动力学 的相关问题． 实验原料使用粒度为 8 ～ 12 mm 的褐铁矿块矿进 行脱水实验，通过热重分析深入了解褐铁矿失水状况， 还原实验采用褐铁矿块矿焙烧完全脱水后试样，分别 在 750 ～ 950 ℃五个不同温度下，使用 4 L·min － 1 H2进 行还原，并分析还原率和还原速率随时间的变化关系; 研究褐铁矿在 H2中还原的转变过程，剖析褐铁矿在各 种不同实验条件下的还原过程及反应机理［5 － 6］; 解析 铁氧化物还原的气固反应动力学原理，论述未反应核 模型并分析其限制性环节对还原反应的影响．