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第一篇 研究背景3

第1章 炼铁炉料的发展现状3

1.1钢铁产业发展现状3

1.2铁矿资源及其供应现状7

1.2.1世界铁矿资源7

1.2.2我国铁矿资源特点及现状9

1.3钢铁产业与煤炭资源12

1.3.1世界煤炭资源概况12

1.3.2我国煤炭资源概况13

1.3.3煤炭的分类及作用14

1.3.4钢铁产业与焦炭资源状况14

1.4高炉炼铁炉料生产现状及主要问题17

1.4.1烧结矿的主要弊端17

1.4.2氧化球团的主要问题18

1.5含碳球团20

1.5.1含碳球团分类20

1.5.2含碳球团还原特性21

1.5.3冷固结含碳球团及其应用24

1.5.4含碳球团在冶金资源综合利用的应用现状25

1.5.5热压含碳球团26

参考文献29

第二篇 铁矿热压含碳球团制备及其冶金性能33

第2章 铁矿热压含碳球团的制备33

2.1铁矿含碳球团33

2.1.1热压含碳球团33

2.1.2热压含碳球团性能及应用分析34

2.1.3煤的工艺特性对热压含碳球团性能的影响35

2.2热压含碳球团制备37

2.2.1热压实验原料37

2.2.2热压实验设备38

2.3热压工艺基准参数的确定40

2.4热压实验结果及分析41

2.4.1煤种对热压含碳球团强度的影响41

2.4.2煤的粒度对热压含碳球团强度的影响43

2.4.3配煤量对热压含碳球团强度的影响44

2.4.4热压温度对热压含碳球团强度的影响45

2.4.5热压对热压含碳球团强度的影响45

2.4.6配加熔剂对热压含碳球团强度的影响46

2.5热压参数综合分析47

2.6热压含碳球团强度机理探讨48

2.7与冷固结含碳球团的对比49

2.8本章小结50

参考文献51

第3章 热压含碳球团还原性能及还原动力学52

3.1还原性概述52

3.1.1还原性定义52

3.1.2间接还原与直接还原52

3.1.3还原过程及其限制环节53

3.1.4还原速率影响因素54

3.2热压含碳球团的还原性56

3.2.1热压含碳球团还原速率的影响因素56

3.2.2含碳球团还原动力学研究现状57

3.2.3热压含碳球团还原动力学研究方案61

3.3热压含碳球团自还原过程还原率计算式的推导和验证62

3.3.1实验方案63

3.3.2实验原料和设备63

3.3.3还原率计算式的推导和验证63

3.3.4小结67

3.4气氛和温度对热压含碳球团还原反应的影响67

3.4.1温度对热压含碳球团还原的影响68

3.4.2气氛对热压含碳球团还原的影响69

3.4.3小结70

3.5热压含碳球团自还原动力学70

3.5.1热压含碳球团自还原实验70

3.5.2热压含碳球团自还原限制环节分析71

3.5.3小结76

3.6物性因素对热压含碳球团还原性的影响77

3.6.1孔隙率的影响77

3.6.2配煤粒度的影响78

3.6.3配碳量的影响80

3.6.4热压含碳球团与氧化球团还原性能的比较82

3.6.5小结84

3.7本章小结84

参考文献84

第4章 热压含碳球团的软熔滴落性能86

4.1软熔滴落性能研究目的及原理86

4.2软熔滴落性能研究方案87

4.3软熔滴落实验原料和设备87

4.3.1热压用料87

4.3.2软熔滴落实验设备87

4.3.3软熔滴落实验步骤89

4.4碱度对热压含碳球团软熔滴落性能的影响90

4.4.1试样准备90

4.4.2研究结果及分析91

4.4.3理论分析96

4.4.4小结99

4.5配碳量对热压含碳球团软熔滴落性能的影响100

4.5.1实验条件100

4.5.2研究结果及分析100

4.5.3理论分析104

4.5.4与常见炼铁炉料的比较105

4.5.5配碳量影响软熔滴落性能的小结107

4.6本章小结107

参考文献108

第5章 热压含碳球团的高温冶金性能109

5.1低温还原粉化性能109

5.1.1实验设备109

5.1.2实验步骤110

5.1.3实验结果及分析112

5.2热压含碳球团高温还原行为113

5.2.1还原行为实验方案113

5.2.2还原行为实验方法114

5.2.3还原行为实验结果及分析114

5.3热压含碳球团还原膨胀性能118

5.3.1还原膨胀实验118

5.3.2还原膨胀实验结果及分析121

5.4热压含碳球团还原冷却后强度123

5.4.1还原率的测定123

5.4.2还原实验步骤123

5.4.3还原冷却后强度实验结果及分析124

5.5热压含碳球团高温强度127

5.5.1高温强度研究方案127

5.5.2高温强度实验结果127

5.5.3热压含碳球团高温强度的机理分析130

5.6本章小结131

参考文献132

第三篇 铁矿热压含碳球团应用于高炉炼铁135

第6章 热压含碳球团对高炉综合炉料熔滴性能的影响135

6.1引言135

6.2实验目的及原理135

6.3实验过程136

6.3.1实验设备136

6.3.2实验步骤136

6.3.3实验原料136

6.3.4综合炉料化学组成的变化137

6.4实验结果及分析138

6.4.1综合炉料软化性能的变化138

6.4.2综合炉料熔化性能的变化140

6.4.3综合炉料滴落性能变化140

6.4.4综合炉料最高压差变化142

6.4.5综合炉料软熔带温度区间变化142

6.5机理分析143

6.5.1加入热压含碳球团对炉料软化收缩的影响143

6.5.2加入热压含碳球团对炉料熔化、滴落性能的影响144

6.5.3加入热压含碳球团对料柱最大压差的影响147

6.6本章小结147

参考文献147

第7章 高炉使用热压含碳球团的数学模拟149

7.1多流体高炉数学模型149

7.1.1基本框架149

7.1.2模型的求解153

7.2模拟条件154

7.3模拟结果及分析155

7.3.1炉内温度场分布变化及分析155

7.3.2烧结矿和热压含碳球团的还原155

7.3.3高炉操作指标的变化157

7.3.4高炉热平衡分析159

7.4本章小结160

参考文献160

第8章 高炉使用热压含碳球团低温炼铁的数学模拟162

8.1低温炼铁的可行性162

8.2模拟方案165

8.3结果与讨论166

8.4本章小结169

参考文献169

第9章 低温冶炼条件下炉顶煤气循环利用的数学模拟171

9.1前言171

9.2数学模拟方案173

9.2.1模拟方法173

9.2.2模拟条件173

9.3模拟结果与分析176

9.3.1物料平衡176

9.3.2炉内状态的变化177

9.3.3操作指标的变化179

9.3.4热利用效率分析181

9.4本章小结182

参考文献182

第四篇 铁矿热压含碳球团应用于熔融还原185

第10章 熔融还原炼铁技术发展现状185

10.1熔融还原技术研发的重要性185

10.2国外熔融还原技术发展的现状186

10.2.1 COREX187

10.2.2 ROMELT191

10.2.3 HIsmelt193

10.2.4 AUSMELT197

10.2.5 DIOS198

10.2.6 ITmk3200

10.2.7 Tecnored202

10.2.8 FINEX204

10.2.9 CCF207

10.2.10 REDSMELT208

10.2.11 HIsarna208

10.3我国熔融还原技术发展的现状212

10.4我国熔融还原技术发展的重要性和必要性215

参考文献216

第11章 铁矿热压含碳球团-竖炉熔融还原炼铁新工艺开发217

11.1铁矿热压含碳球团-竖炉熔融还原炼铁新工艺217

11.1.1新工艺流程217

11.1.2新工艺的特点219

11.1.3新工艺开发的意义219

11.1.4新工艺开发的步骤220

11.2铁矿热压含碳球团-竖炉熔融还原热模型试验220

11.2.1热模型试验原料和设备221

11.2.2竖炉热模型试验参数221

11.2.3竖炉热模型试验过程222

11.2.4竖炉热模型实验结果223

11.3铁矿热压含碳球团-竖炉熔融还原火力模型试验225

11.3.1火力模型探索试验的工艺流程225

11.3.2火力模型试验设备226

11.3.3火力模型工业性探索试验226

11.4本章小结230

参考文献230

第12章 铁矿热压含碳球团-竖炉熔融还原炼铁的工艺计算231

12.1热压含碳球团配比计算231

12.1.1热压含碳球团所用原料231

12.1.2配比计算232

12.1.3计算结果232

12.2竖炉熔融还原配料计算232

12.2.1原始条件232

12.2.2热压含碳球团需要量的计算234

12.2.3熔剂需要量的计算235

12.2.4炉渣成分的计算236

12.3竖炉熔融还原物料平衡计算238

12.3.1喷氧量的计算238

12.3.2炉顶煤气成分及数量的计算240

12.3.3编制物料平衡244

12.4竖炉熔融还原热平衡计算246

12.4.1热收入计算246

12.4.2热支出计算247

12.4.3热量平衡表250

12.5综合能耗计算251

12.6吨铁成本核算253

12.7本章小结255

参考文献255

第五篇 铁矿热压含碳球团应用于高铁三水铝土矿的综合利用259

第13章 高铁铝土矿资源利用现状及新工艺提出259

13.1铝土矿资源供应现状259

13.2高铁铝土矿资源特点260

13.3高铁铝土矿利用研究现状262

13.3.1国内高铁铝土矿研究现状263

13.3.2国外高铁铝土矿研究现状266

13.4热压块-金属化还原-选分新工艺的提出267

13.5新工艺研究目的及意义269

13.6新工艺的研究内容269

参考文献270

第14章 高铁三水铝土矿热压含碳球团的制备273

14.1研究方案273

14.2实验原料273

14.2.1高铁三水铝土矿273

14.2.2烟煤275

14.3热压实验研究275

14.3.1热压工艺流程275

14.3.2配料计算276

14.3.3实验主要设备277

14.4实验结果及分析277

14.4.1配碳量对球团抗压强度的影响277

14.4.2矿粉粒度对球团抗压强度的影响279

14.4.3煤粉粒度对球团抗压强度的影响280

14.5本章小结283

参考文献283

第15章 高铁铝土矿热压块金属化还原选分实验研究284

15.1实验方案284

15.2实验设备285

15.2.1高温加热炉285

15.2.2磁选管285

15.2.3熔剂过滤器286

15.3还原选分实验步骤286

15.4还原选分效果考核指标287

15.5磁场强度对还原选分指标的影响288

15.5.1实验结果及讨论288

15.5.2实验结果机理分析289

15.6还原时间对还原选分效果的影响292

15.6.1还原时间对还原后球团外部形貌的影响292

15.6.2还原时间对球团还原冷却后强度的影响293

15.6.3还原时间对还原后球团内部结构的影响293

15.6.4还原时间对还原选分指标的影响295

15.6.5实验结果机理分析296

15.7配碳量对还原选分效果的影响298

15.7.1配碳量对还原后球团外部形貌的影响298

15.7.2配碳量对球团还原冷却后强度的影响299

15.7.3配碳量对还原后球团内部结构的影响299

15.7.4配碳量对还原选分指标的影响301

15.7.5实验结果机理分析301

15.8还原温度对还原选分效果的影响303

15.8.1还原温度对还原后球团外部形貌的影响303

15.8.2还原温度对球团还原冷却后强度的影响304

15.8.3还原温度对还原后球团内部结构的影响305

15.8.4还原温度对还原选分指标的影响306

15.8.5实验结果机理分析308

15.9还原温度为1350℃时还原时间对还原选分效果的影响309

15.9.1 1350℃时还原时间对还原后球团外部形貌的影响309

15.9.2 1350℃时还原时间对球团还原冷却后抗压强度的影响310

15.9.3 1350℃时还原时间对还原后球团内部结构的影响311

15.9.4 1350℃时还原时间对还原选分效果的影响312

15.9.5实验结果机理分析313

15.10选分产物和选分尾矿特性314

15.10.1选分产物314

15.10.2选分尾矿315

15.11本章小结316

参考文献317

第16章 高铁三水铝土矿碳热还原相变历程及热力学分析318

16.1研究方法318

16.2相变历程实验研究319

16.2.1还原相变历程实验319

16.2.2相变历程分析320

16.3固体碳还原铁氧化物热力学321

16.4 Fe2O3-A12O3-SiO2体系还原热力学324

16.4.1固相反应热力学324

16.4.2固相反应产物的还原326

16.5本章小结328

参考文献328