含铁粉尘碳酸化球团固结机理研究

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1、万方数据分类号UDC密级学位论文含铁粉尘碳酸化球团固结机理研究作者姓名：石焱J_i‘k．——。_“指导教师：张玉柱教授．东北大学材料与冶金学院申请学位级别：博士学科类别：工学学科专业名称：钢铁冶金论文提交日期：2013年12月论文答辩日期：2014年3月16日学位授予日期：答辩委员会主席：评阅人：东北大学2013年12月万方数据ADissertationinFerrousMetallurgyStudyonConsolidationMechanismofCarbonationPelletswithFerrou

2、sDustBySHIYanSupervisor：ProfessorZHANGYuzhuNortheasternUniversityDecember2013万方数据独创性声明本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签名：声文，日期：劫Iv．年．tO学位论文版权使用授权书本学位论文作者和

3、指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位论文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。作者和导师同意网上交流的时间为作者获得学位后：半年口一年口一年半口两年口导师签名：签字日期：杉h力辱谚^绐～万方数据东北大学博士学位论文摘要含铁粉尘碳酸化球团固结机理研究摘要随着我国钢铁产业的发展和钢产量的不断攀升，含铁粉尘作为钢铁生产过程中产生的大宗固体废弃物，其合理、有效的再资源化利用技术的开发

4、和应用已成为关系到我国资源、环保和经济长远协调发展的关键问题。碳酸化固结法在诸多含铁粉尘综合利用方法中具有不可比拟的优势，然而由于碳酸化反应速率缓慢、生产的球团矿强度低使其大规模工业化应用面临巨大困难。本文在含铁粉尘中配加适量活性石灰作为粘结剂，经混合造球后进行碳酸化固结实验，通过研究含铁粉尘球团质量及碳酸化特性，确定含铁粉尘碳酸化固结的工艺条件和手段；通过碳酸化球团的微观结构特征和反应动力学研究，揭示碳酸化球团的固结机理和反应机制，为提高含铁粉尘碳酸化球团矿强度和碳酸化固结生产效率提供理论依据。具体研究结

5、果如下：通过对不同工艺条件下的含铁粉尘球团强度、粒径分布、碳酸化转化率、孔隙度等特性进行实验研究得到生球制各的最佳工艺参数：CaO配比为25％，生球含水量为11．5％，造球时间为20min，生球直径为10～12．5mm；碳酸化球团的最佳反应过程参数：反应温度为8000C，气体流速为2L·min～，C02气体分压为101kPa，反应时间为20min。借助光学显微镜、场发射电子显微镜、x射线衍射分析仪、压汞仪和分形理论对含铁粉尘球团进行微观结构研究结果表明，随着CaO含量升高、造球时间延长，生球中Ca(OH)2

6、凝胶作用增强，生球结构致密性提高，孔隙度逐步降低，临界孔径、最可几孔径、孔径分布向小孔径方向发展，孔结构复杂程度增加，分形维数增大；提高反应温度和C02分压，CaC03微晶明显增加，使碳酸化球团结构致密，临界孔径、最可几孔径、孔径分布向小孔方向迁移，孔隙度下降，孔结构趋于规则和简单化，分形维数降低，COz气体在球团内的扩散逐渐以努森扩散为主。通过碳酸化反应热重实验和未反应收缩核模型进行动力学研究表明，降低原料中CaO配比和试样孔隙度，提高反应温度和C02气体分压，碳酸化反应的有效扩散系数和化学反应速率常数增

7、大，内扩散阻力和化学反应阻力减小，反应气体在产物层的扩散速率和化学反应速率加快，整个碳酸化反应速率提高；碳酸化反应过程可分为两个阶段：第一阶段内碳酸化反应快速进行，气体内扩散阻力率较小，而化学反应阻力率较大，化学反应是限制性环节：第二阶段内随着反应的进行，形成的CaC03产物摩尔体积增大导万方数据东北大学博士学位论文摘要致孔隙堵塞，限制了CO：气体的内扩散，内扩散阻力率较大，化学反应阻力率相对较小，CaO转化率略有提高，但反应速率缓慢，内扩散成为限制性环节。关键词：含铁粉尘：生球：碳酸化球团；固结机理：分形

8、维数；碳酸化转化率；未反应收缩核模型II万方数据东北大学博士学位论文AbstractStudyonConsolidationMechanismofCarbonationPelletswithFerrousDustAbstractWiththedevelopmentofChineseironandsteelindustry,thesteeloutputisrampingupcontinually．Asalargea