为了阐明流态化炼铁过程黏结机理，开发抑制黏结技术。首先，研究了铁精粉和氧化铁颗粒流态化还原过程的流化、黏结特征及颗粒表面结构的演变规律，揭示了铁精粉和氧化铁颗粒流态化还原过程黏结特性。其次，利用高温在线观测系统研究了氧化铁还原过程中微观形貌和结构的演化，揭示了颗粒表面金属铁烧结作用是导致黏结的重要原因。通过多种金属烧结规律的研究，验证了纳微结构金属铁的烧结是导致流态化炼铁过程黏结的原因之一。最后，通过调控铁矿粉还原过程颗粒表面物相与金属铁的结构，抑制了表面铁原子的扩散，提出了抑制黏结的方法。采用铁矿颗粒表面包覆的措施，抑制了铁矿粉流态化还原过程中黏结的发生，延长了流态化还原时间，提高了金属化率，为开发抑制黏结技术提供了理论依据。
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《钢铁冶金新技术丛书》序
前言
第1章 铁矿粉气基流态化还原特性 1
1.1 铁精粉流态化还原特性 2
1.1.1 黏结过程中流化床的宏观现象 4
1.1.2 黏结失流时矿粉颗粒的表面变化 6
1.2 巴西精矿流态化还原特性 9
1.2.1 气氛和温度对流化时间的影响 10
1.2.2 气氛和温度对金属化率的影响 12
1.2.3 气氛和温度对床层膨胀的影响 13
1.2.4 气氛和温度对颗粒微观形态的影响 15
1.2.5 气氛对流化时间的影响动力学 22
1.2.6 还原气利用率分析 24
1.2.7 气氛和温度对瞬时利用率的影响 25
1.2.8 气氛和温度对平均利用率的影响 31
1.3 铁精粉与CVRD铁矿粉流化特性 33
1.3.1 颗粒粒度和表观气速对流化时间的影响 33
1.3.2 颗粒粒度与表观气速对金属化率的影响 35
1.3.3 粒度与气速对床层膨胀幅度的影响 36
1.3.4 颗粒粒度和表观气速对物相结构的影响 38
1.3.5 颗粒粒度和表观气速对颗粒表面形态的影响 41
1.3.6 木同粒度颗粒的黏结行为 45
1.4 铝铁共生矿流态化还原特性 50
1.4.1 铝铁共生矿和巴西精矿的比较 52
1.4.2 还原温度对黏结行为的影响 54
1.4.3 铝铁共生矿相组成的变化 56
1.4.4 还原度和金属化率的变化 59
1.4.5 铝铁共生矿气体还原固相反应热力学 60
1.4.6 铝铁共生矿还原反应热力学 63
参考文献 65
第2章 氧化铁颗粒气基流态化还原特性 67
2.1 氧化铁颗粒流态化还原特性判定 67
2.1.1 模拟流态化还原过程 67
2.1.2 氧化铁颗粒流化特性 69
2.2 氧化铁颗粒流态化还原特性演变 74
2.2.1 还原气体浓度对颗粒流化性能的影响 76
2.2.2 还原温度对颗粒流化性能的影响 79
2.2.3 还原气气速对颗粒流化性能的影响 83
2.2.4 不同还原气体系中流化时间的变化 86
2.2.5 不同还原气体系中颗粒物相组成的变化 89
2.3 氧化铁颗粒流态化还原过程中的黏结行为 93
2.3.1 CO浓度对黏结时间的影响 96
2.3.2 还原势对黏结时间的影响 99
2.3.3 气速对黏结时间的影响 101
2.3.4 温度对黏结时间的影响 102
2.3.5 还原条件对黏结时间影响 104
参考文献 107
第3章 气基还原铁氧化物颗粒表面微观形态演变 109
3.1 铁氧化物还原过程中颗粒表面微观形态演变 109
3.1.1 温度对还原后金属铁析出形态的影响 113
3.1.2 CO派度对还原后金属铁析出形态的影响 115
3.1.3 颗粒粒度对还原后金属铁析出形态的影响 117
3.1.4 CO还原铁氧化物的TGDTA 118
3.1.5 CO还原过程中金属铁析出行为 119
3.2 析碳对铁氧化物气基还原过程中颗粒微观形态的影响 124
3.2.1 CO-Fc体系对析碳反应影响的热力学 125
3.2.2 CO浓度对析碳的影响 125
3.2.3 CO浓度对Fe2C-Fec平衡的影响 126
3.2.4 CO浓度对析碳和渗碳平衡的影响 126
3.2.5 析碳对CO还原时金属铁析出形貌的影响 127
3.2.6 温度对析碳的影响 130
3.2.7 掺入Ca2+或Mg2-对析碳的影响 131
3.2.8 析碳对还原后铁析出形态转变的作用机理 132
3.3 掺人碱土金属氧化物后还原过程颗粒微观形态演变 134
3.3.1 Ca0对金属铁的形貌与还原速率的影响 136
3.3.2 Ca0对金属铁析出形态转变的作用机理 141
3.3.3 Mg0对金属铁析出形貌与还原速率的影响 143
3.3.4 Mg0对还原后铁析出形态转变的作用机理 148
3.3.5 碱土金属氧化物对铁氧化物还原形态的影响 151
3.3.6 碱土金属氧化物对金属铁析出形态与还原速率的影响 153
3.3.7 碱土金属氧化物对析出铁形态转变的作用 157
3.4 铁矿中杂质氧化物对还原颗粒微观结构的影响 159
3.4.1 Al2O3对金属铁析出形貌和还原速率的影响 160
3.4.2 Al2O3对还原后铁析出形态转变的作用机理 165
3.4.3 磷酸钙对气基还原过程金属铁析出形貌的影响 167
3.4.4 磷酸钙对铁氧化物气基还原动力学及机理 170
3.4.5 碱金属氧化物对CO还原时金属铁析出形貌的影响 172
3.4.6 碱金属氧化物对还原速率的影响 175
3.4.7 掺入同配比的矿质氧化物对还原动力学的影响 178
3.4.8 掺入矿质氧化物对金属铁析出形态变化的作用机理 179
参考文献 183
第4章 金属及其氧化物高温流化黏结特性 189
4.1 金属及其氧化物高温流化特性 189
4.1.1 高温可视流化床 189
4.1.2 颗粒流化实验 190
4.2 金属氧化物的黏结失流行为 191
4.2.1 黏结温度的演变规律 191
4.2.2 金属氧化物表面金属化的演变规律 192
4.2.3 化学反应热效应对黏结行为的影响 193
4.3 金属的黏结失流行为 195
4.3.1 金属高温流化特性 195
4.3.2 金属的黏结温度演变规律 196
4.3.3 金属与材料熔点的关系 197
4.3.4 材料晶体类型对黏结的影响 199
4.4 不同温度下流态化金属铁颗粒的黏结行为 199
4.4.1 温度对床层压降的影响 200
4.4.2 温度对颗粒粒度的影响 201
4.4.3 温度对颗粒微观结构的影响 204
4.4.4 搅拌床层对黏结失流的影响 205
4.5 金属铁颗粒高温流化特性 206
4.5.1 粒度与气速对金属铁黏结温度的影响 206
4.5.2 流化介质对金属铁黏结温度的影响 207
4.6 金属铁烧结行为与高温流化特性的关系 212
4.6.1 初始流化速率与温度的关系 212
4.6.2 流化特性转变温度与黏结温度的关系 214
4.6.3 最小烧结温度的测定 215
4.6.4 最小烧结温度与黏结温度的关系 216
4.7 金属铁高温黏性的表征 217
4.7.1 金属铁表面能的理论计算与颗粒聚团热力学 217
4.7.2 金属铁表面黏度与颗粒黏性力 222
参考文献 226
第5章 氧化铁颗粒流态化还原黏结机理 228
5.1 流态化还原过程中颗粒的演变 228
5.1.1 流态化还原过程中床层温度变化 228
5.1.2 流态化还原过程中颗粒物相组成 232
5.2 析出铁和黏结的关系 235
5.2.1 金属铁在惰性气氛中的黏结 235
5.2.2 金属铁表面特征与温度的关系 236
5.2.3 表面金属纳微结构的尺寸效应 238
5.2.4 界面反应强化表面扩散效应 241
5.3 析出铁对氯化铁颗粒表面黏性的影响 242
5.3.1 最小烧结温度 245
5.3.2 表面黏度与颗粒黏性力 247
5.4 铁晶须对黏结的贡献 249
5.4.1 铁晶须对黏结温度的影响 250
5.4.2 金属铁表面空位型缺陷 252
5.5 金属铁颗粒烧结临界固体桥 254
5.5.1 金属铁颗粒烧结临界固体桥半径 254
5.5.2 固体桥生长规律 256
参考文献 257
第6章 微型流化床还原铁矿粉动力学 261
6.1 还原动力学模型 261
6.1.1 气基还原铁氧化物 263
6.1.2 动力学分析方法 264
6.1.3 非等温动力学 264
6.1.4 等温动力学 265
6.2 微型流化床还原铁矿粉 267
6.3 矿粉在微型流化床中的还原行为 271
6.3.1 矿粉在微型流化床中的还原度 271
6.3.2 流态化还原产物形貌 275
6.3.3 铁矿粉流态化还原活化能 279
6.3.4 铁矿粉流态化还原机理模型 282
6.4 铁矿粉CO还原动力学 286
6.4.1 CO浓度对还原度的影响 286
6.4.2 反应产物形貌 287
6.5 包裹氧化物矿粉的还原行为 289
6.5.1 包裹MgO对还原度的影响 290
6.5.2 反应产物形貌 291
6.5.3 包裹MgO对活化能的影响 291
6.5.4 动力学模型机理 295
6.6 CO还原铁氧化物动力学 297
6.6.1 CO还原FexOy、动力学 297
6.6.2 FeO的H2-CO还原动力学 297
6.6.3 氢还原过程中产物结构的变化 298
6.7 析碳对CO还原过程动力学的影响 301
参考文献 304
第7章 氧化铁颗粒碳包覆流态化还原特性 306
7.1 碳包覆氧化铁颗粒流态化逐原黏结特性 306
7.1.1 析碳反应对流化时间的影响 307
7.1.2 析碳反应对颗粒金属化率的影响 309
7.1.3 析碳反应对颗粒碳含量的影响 309
7.2 流态化还原过程中析碳特性 311
7.2.1 析碳的赋存状态 311
7.2.2 析碳在颗粒表面的消耗和积累 313
7.2.3 碳的赋存状态对金属铁性能的影响 314
7.2.4 碳的赋存状态对颗粒形貌的影响 317
7.3 碳包覆抑制氧化铁颗粒流态化还原黏结机理 320
参考文献 322
第8章 铁矿粉包覆氧化物流态化还原特性 324
8.1 铁精粉包覆氧化物流态化还原黏结特性 324
8.1.1 包覆氧化物对流化时间的影响 325
8.1.2 包覆氧化物对金属化率的影响 326
8.1.3 包覆氧化物对物相结构的影响 327
1.4 包覆氧化物对颗粒表面微观形态的影响 327
8.2 铁精粉颗粒表面包覆抑制黏结机理 331
8.3 铁精粉包覆氧化物床层膨胀 333
8.4 氧化铁颗粒包覆氧化物流态化还原特性 334
8.4.1 表面改性对还原产物金属化率的影响 335
8.4.2 表面改性对黏结时间的影响 337
8.4.3 表面改性对颗粒黏性的影响 338
8.5 表面改性颗粒物相组成与形貌 341
8.5.1 表面改性颗粒物相组成 341
8.5.2 表面改性颗粒表面形貌与元素分布 343
参考文献 347
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