含碳球团的还原性和还原冷却后的强度

D0I:10.13374/j.issn1001053x.2000.02.002 第22卷第2期 北京科技大学学报 VoL.22 No.2 2000年4月 Journal of University of Science and Technology Beijing Apr.2000 含碳球团的还原性和还原冷却后的强度 吴铿) 齐渊洪) 赵继伟) 冯根生”杜春荣) 1)北京科技大学治金学院，北京1000832)北京钢铁研究总院，北京100081 摘要在1273-~1573K条件下研究了不同煤种、木炭和石墨与不同种类矿石制成含碳球团 的还原速度：进而讨论了温度、配碳比(CO)、挥发分含量等因素对含碳球团还原所需时间和 金属化率的影响，通过测定含碳球团还原冷却后的强度，对影响强度因素进行了分析，还原冷 却后的强度在温度1273K时较低，配入含挥发分较高的气煤，可以使还原冷却后的强度提高， 加快反应速度 关键词含碳球团；还原后强度；高温还原；熔融还原 分类号TF046 含碳球团优点之一是它在一定温度条件 目，煤粉等粒度<150目. 下，不受外界气氛影响，可以自身进行还原.对 表1铁矿粉化学成分（质量分数） 此国内已进行过一些研究工作，但所用的煤种 Table 1 Chemical composition of ore powder 大多数为无烟煤和含挥发性较低的煤.Ghosh研 TFe FeO Cao SiO:Mgo P Al,O,S 究了在1173~1237K褐煤球团矿的还原，认为 迁安矿67.2228.130.354.320.320.0010.300.005 当褐煤占35%时，在15-30min内可达到90% 澳矿46.534.670.7216.591.230.0030.700.003 以上的还原度.李海珠研究了在(CO2-N2,N, 表2煤、石墨、木炭化学成分（质量分数） 和CO一N)气氛中无烟煤球团的还原，观察了 Table 2 Chemical composition of coal,graphite and 还原过程中矿相的变化，在CO,-N的气氛中 charcoal % 球团矿外层有铁镁橄横石组分，并有分层结构 碳阳泉煤太雨煤瘦煤焦煤木碳粉肥气煤气煤 出现.Seaton研究了在N2气氛中从1073- 水分0.300.100.152.150.250.240.820.86 1273K煤焦球团在不同粒度还原动力学和还 挥发分1.758.489.4512.9623.1531.8241.376.35 原过程产物的情况，认为由于在球团中存在温 灰分1.838.4511.8511.351.201.809.056.35 S0.1850.4620.1821.5750.6480.3040.2660.613 度梯度，FezO,的还原不是完全按分步进行的. Si0,25.8045.0051.1544.2546.80- 56.8549.20 Byk研究了挥发分为30%36%烟煤球团还原，Al,0,9.9529.0735.8537.7437.2 -24.4931.01 认为还原动力学受温度、传热速度、煤的粒度、Ca09.935.052.022.642.69一 4.492.80 煤矿比和还原剂的影响.杜挺等对含碳球团在 Mg00.811.850.360.400.64-1210.97 熔融还原的竖炉预还原和铁水熔池中的终还原 Fe,040.608.704.798.683.99-4.527.70 进行了较为详细的研究). 含碳球团的制备，C/0质量比为0.3~2.8，添 为此，本文主要研究不同煤种的挥发分含 加2%的皂土和10%（均为质量分数）的糖浆作 量（包括石墨和木炭）对含碳球团的还原性能 为粘结剂.试样充分混均后，用XQ-5型嵌样机， 和还原冷却后强度的影响，为熔融还原过程采 在压力为14.7MPa下制成直径为12mm、质量 用含碳球团时，选择煤种提供基础数据. 为5g的试样，在423K下经2~3h烘干， 实验使用热失重天平，质量连续记录.采用 1试验原料和设备 硅碳棒高温炉，下端密封，有热电偶孔和充气 试验所用的矿粉为迁安磁铁矿和澳大利亚 孔，上端开口，以便插入取气管和吊篮，试样放 赤铁矿，其成分如表1所示.配以不同煤种制成 在刚玉坩埚中， 含碳球团并以石墨和木炭粉制成含碳球团作为 高温区恒温带温差被控制在一2到+2℃，长 对比.还原剂成分如表2所示.铁矿粉粒度<100 度为80mm,中心距炉口450mm.试验时在炉子 1999-11-12收稿吴篷男，48岁，副教授，博士 底部通入脱氧脱水后的氨气，试验时将高温炉 *国家“攀登计划”重点项目 加热到所需温度后恒温l0min,同时通入

第 卷 第 期 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 含碳球团 的还原性和还原冷却后 的强度 吴 铿 ” 齐渊 洪 ” 赵继伟 ” 冯根生 ” 杜春荣 ” 北京科技大学冶金学院 ， 北京 北京钢铁研究总院 ， 北京 摘 要 在 一 条件下 研 究 了不 同煤种 、 木 炭和 石 墨 与 不 同种类矿 石 制成含碳球 团 的还原速度 进 而 讨论 了温度 、 配碳 比 、 挥 发 分含量 等 因素 对 含碳球 团还 原所 需 时间和 金 属 化 率 的影 响 通过测 定 含碳球 团还 原冷 却 后 的强 度 ， 对 影 响 强度 因素进行 了分析 还原冷 却 后 的强度在温度 时较低 ， 配入 含挥 发分较高的气煤 ， 可 以使还 原冷却 后 的强度提高 ， 加 快反 应速度 关键词 含 碳 球团 还 原后 强度 高温还 原 熔融 还原 分 类号 含 碳 球 团优 点 之 一 是 它 在 一 定 温 度 条 件 下 ， 不 受外 界气 氛影 响 ， 可 以 自身进行 还 原 对 此 国 内 已进 行 过一 些研 究工 作 ， 但 所用 的煤种 大 多数 为 无烟煤和 含挥 发性较低 的煤 研 究 了 在 一 褐 煤球 团矿 的还 原 ， 认 为 当褐 煤 占 时 ， 在 一 内可 达 到 以上 的还 原度 ‘’」 李 海珠研 究 了在 一 ， 和 一 气 氛 中 无 烟 煤球 团 的还 原 ， 观 察 了 还 原过程 中矿 相 的变化 ， 在 厂凡 的气 氛 中 球 团矿 外 层 有 铁镁 橄榄 石 组 分 ， 并有 分层 结构 出 现 〔 ， 研 究 了 在 气 氛 中 从 一 煤 焦 球 团在 不 同 粒 度 还 原 动 力 学 和 还 原 过程产 物 的情况 ， 认 为 由于 在 球 团 中存在 温 度 梯度 ， 。 的还 原不 是 完全按 分 步 进行 的【 研 究 了挥 发分 为 一 烟 煤球 团还原 ， 认 为还 原动 力 学 受温度 、 传 热 速度 、 煤 的粒度 、 煤矿 比和 还 原剂 的影 响〔 ， 杜挺等对含碳球 团在 熔 融 还 原 的竖 炉 预 还原和 铁 水熔池 中的终还 原 进行 了较 为 详 细 的研 究 〔 为此 ， 本 文 主 要 研 究 不 同煤种 的挥 发分 含 量 包 括 石 墨和 木 炭 对含 碳球 团 的还 原性 能 和 还 原冷 却 后 强 度 的影 响 ， 为 熔 融 还 原过程 采 用 含 碳 球 团 时 ， 选择 煤种提供 基础 数据 目 ， 煤粉 等粒度 目 表 铁矿粉 化学成分 质量 分数 迁安矿 澳矿 表 煤 、 石 墨 、 木炭化学 成分 质量分数 ， 代 碳 阳泉煤 太雨煤 瘦煤 焦煤 木碳粉 肥气煤 气煤 ，内」︺ ‘︸亡飞﹃ … 水分 ︸ 挥发分 灰分 一 一 一 一 一 试验原料和设备 试验 所用 的矿粉 为迁 安磁铁矿和 澳大 利亚 赤铁矿 ， 其成分 如表 所 示 配 以不 同煤种制成 含碳 球 团并 以石 墨 和 木 炭粉制成含碳球 团作为 对 比 还 原剂成分 如表 所 示 铁矿粉粒 度 一 一 收稿 吴 铿 男 ， 岁 ，副教授 ， 博士 国家 “ 攀登 计 划 ” 重 点项 目 含碳球 团 的制备 ， 质 量 比 为 一 ， 添 加 的皂 土 和 均 为质 量 分数 的糖浆 作 为粘结剂 试样充分 混 均后 ， 用 一 型 嵌样机 ， 在压 力 为 下 制成 直 径 为 刀 、 质量 为 的试样 ， 在 下 经 一 烘 干 实验使用 热 失重天 平 ， 质 量连续记 录 采 用 硅碳棒 高温炉 ， 下 端密 封 ， 有热 电偶孔和 充气 孔 ， 上 端 开 口 ， 以便 插 入 取 气 管 和 吊篮 ， 试 样 放 在 刚 玉 柑 锅 中 高温 区恒温带温差 被控制在 一 到 ℃ ， 长 度 为 ， 中心距 炉 口 试验 时在 炉子 底 部通 入 脱氧 脱 水后 的氮气 试验 时将 高温炉 加 热 到 所 需 温 度 后 恒 温 ， 同 时 通 入 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．2000．02．002

·102 北京科技大学学报 2000年第2期 1L/min的氮气，取30g烘干试样放入坩埚内，用迁安矿阳泉煤C/O=2.5).随着温度升高，还原所需 NS丝吊入恒温带，上端挂在天平的一端测量失时间明显减少.温度升高后，碳与铁氧化物反应 重.待试样反应进行到失重为零时，将试样取出，以及Boudouard反应都会加快，产生还原气体增 放入煤油中冷却，然后进行化学分析，或放入通多：同时也加速挥发分分解，H2含量也相对增加， 有氮气的石墨坩埚中冷却测定其耐压强度， 使整个反应速度增加：但温度过高试样易于粘结 ,再高会出现铁珠，从岩相分析可知，这时试样中 2实验结果及讨论 熔点较低的铁橄榄石较多，易形成较致密的外壳， 对试验后的部分样品分析了全铁和FeO的 不利于气体的扩散.为保证竖炉顺行，还原温度 含量，结果如表3所示.由表3分析结果可见，随 不能过高，在1273-1373K之间合适. 着含碳量的增加，还原后金属化率增加.当配碳 图2给出了不同配碳量比对还原所需要时间 比（质量比）C/0>1.5后，金属化率可达99%以上： 的影响（实验条件为：温度1373K气煤迁安煤）. 在C/0为0.5时，金属化率也能达到90%左右： 随着C/O的增加，还原所需时间减少.当C/O超 而当C/O<0.5时，金属化率会明显下降.表3中 过0.8后，还原所需时间减少变慢：C/O增加后， 也给出了温度对金属化率的影响.C/O为2时，在 碳与铁氧化物的接触面积增加，残余碳也多，使 温度12731473K之间影响不大：在1573K出 Boudouard反应进行得充分；同时，挥发分的绝对 现灰分和铁珠分离的现象，但没有液态渣相出现. 数量也增加，使H,含量也多，这都会使反应速度 岩相分析发现，随着C/O比增加，还原后残 加快.表4给出煤种在C/0为0.5时的失重率， 余碳量增加，中心的残余碳量比边缘多.在C/O 表明矿种和煤种还原速度区别较大.澳矿比磁铁 质量比为0.5时，还原后有浮氏体，少量的残碳；矿易还原，即高价铁氧化物比低价易还原. C/O>1时，少量FeO是以SiO2·FeO的形式存在. 图3是在固定配碳比C/O为1.5时，迁安矿 温度对还原的影响如图1所示（实验条件为： 与气煤和阳泉煤的配比不同时，氧化铁完全还原 表3还原后试样中TFe,Fe0和金属化率（质量分数） Table 3 Composition of TFe,FeO and metallic rate % 煤种类 配碳比(C/O质量比) 0.30 0.500.851.00 1.35 1.50 2.00 2.50 2.80 2.00°2.00 65.89 74.28 67.86 66.46 64.13 56.40 气煤 22.30 8.40 2.00 1.02 0.50 0.51 54.30 91.20 97.70 98.80 99.40 99.30 64.45 73.72 70.70 67.23 66.46 58.64 55.01 焦煤 22.10 7.49 1.55 0.86 0.43 0.53 0.21 52.7092.10 98.30 99.00 99.50 99.30 99.70 61.65 74.36 65.62 65.02 63.72 61.75 62.55 59.43 56.96 61.43 阳泉煤 23.67 10.22 2.70 2.42 1.23 0.64 0.80 0.31 0.40 53.20 88.70 96.80 97.10 98.50 99.20 99.00 99.60 99.50 注：试验温度为1373K,*为1273K,*为1473K 1473.1373 100 100 0.3 ● ● 1573 ● 80 80 0.5 1.0 1273 0.8年 ● 60 0 K K 40 40 1.5 T/K C/O 20 C/0:2.5 20 T=1373K 0 0 0 0 20 30 40 50 0 0 20 30 40 t/min t/min 图1不同温度条件下失重率与时间的关系 图2不同配碳比（质量比）条件下失重率与时间关系 Fig.1 Weight loss vs time at different temperature Fig.2 Weight loss vs time at different C/O

一 北 京 科 技 大 学 学 报 年 第 期 的氮 气 ， 取 烘 干试 样 放 入 柑 锅 内 ， 用 丝 吊入恒温带 ， 上 端挂 在 天平 的 一 端测量 失 重 待 试样 反 应进行 到 失重 为零 时 ， 将试样 取 出 ， 放 入煤 油 中冷 却 ， 然 后 进 行 化 学 分 析 ， 或 放入通 有 氮 气 的 石 墨 柑 锅 中冷 却 测 定 其 耐 压 强度 实验结果及讨论 对 试验 后 的部 分 样 品 分 析 了全铁和 的 含 量 ， 结 果 如表 所 示 由表 分 析 结 果 可 见 ， 随 着 含 碳 量 的增 加 ， 还 原后 金 属 化 率 增 加 当配 碳 比 质 量 比 后 ， 金 属化 率 可 达 以上 在 为 时 ， 金 属 化 率也 能达 到 左 右 而 当 时 ， 金 属 化 率会 明显 下 降 表 中 也 给 出 了温度 对 金 属 化率 的影 响 为 时 ， 在 温度 一 之 间 影 响 不 大 在 出 现灰分和 铁珠分离 的现象 ， 但没 有液态渣 相 出现 岩 相 分 析 发现 ， 随 着 比增 加 ， 还 原 后 残 余 碳 量 增 加 ， 中心 的残 余 碳 量 比边缘 多 在 质 量 比 为 时 ， 还 原 后 有 浮 氏体 ， 少 量 的残 碳 时 ， 少 量 是 以 · 的形 式 存 在 温 度对 还原 的影 响如 图 所 示 实验 条件 为 迁 安矿 阳泉煤 随着温度升 高 ， 还 原所 需 时 间 明显 减 少 温 度 升 高 后 ， 碳 与铁氧化物 反 应 以及 反 应 都会加 快 ， 产 生 还 原气 体 增 多 同 时也 加 速挥 发 分 分 解 ， 含 量 也 相 对 增 加 ， 使 整 个 反 应 速度 增 加 但 温度 过 高试样 易 于 粘 结 ， 再 高会 出现铁 珠 从 岩相 分析 可 知 ， 这 时试 样 中 熔 点较低 的铁橄榄石 较 多 ， 易形 成较致密 的外 壳 ， 不 利 于 气 体 的扩 散 为保证 竖 炉 顺 行 ， 还 原 温 度 不 能 过 高 ， 在 一 之 间合适 图 给 出 了不 同配碳量 比对还原所 需要 时 间 的影 响 实验 条 件 为 温度 气 煤 迁 安煤 随着 的增 加 ， 还 原 所 需 时 间减 少 当 超 过 后 ， 还 原所 需 时 间减 少 变 慢 增 加 后 ， 碳 与铁氧化 物 的接触面 积 增 加 ， 残 余碳 也 多 ， 使 反 应 进 行 得 充 分 同 时 ， 挥 发 分 的绝 对 数量 也 增 加 ， 使 含 量 也 多 ， 这 都会 使 反 应速度 加 快 「 表 给 出 煤种在 为 时 的失 重 率 ， 表 明矿 种 和 煤种还 原速度 区 别 较 大 澳 矿 比磁 铁 矿 易 还 原 ， 即 高 价 铁氧 化 物 比低 价 易还 原 图 是 在 固定 配 碳 比 为 时 ， 迁 安矿 与气 煤和 阳 泉煤 的配 比不 同 时 ， 氧 化铁完全 还 原 表 还 原 后 试样 中 ， 和 金 属 化 率 质 量 分 数 ， 煤种类 配碳 比 质量 比 一 如 气煤 一 一 一 一 一 一 一 焦煤 一 一 一 注 试验温度 为 ， 为 ， 为 二 八‘山， 声绍 铃侧水芝 兰 件 僻采侧芝 份一一一一一曰‘ 一一一一一一 － 沽 图 不 同 温 度条件 下 失重 率一与 时 间的 芳系 · 、 拼乙 一 － 一一 上一一一一 一 一一一一 图 不 同 配 碳 比 质量 比 条件下 失重 率与 时 间关系

Vol.22 No.2 吴铿等：含碳球团的还原性和还原冷却后的强度 ·103· 所需时间.因气煤中含较多的挥发分，气煤比例 还原后将试样在惰性气体中冷却，每组取3 增加后，带入挥发分增多，还原剂量和H2含量 个，先测量直径，而后在压力测试机上测其耐压 增加，所以随着配入阳泉煤量增加，还原所需时 强度，即测量不同煤种和配碳比对还原后强度的 间增加.配入石墨所需时间与配入阳泉煤（无烟 影响.配入阳泉煤后，还原冷却后强度较低，随 煤)的相差不多，因石墨的挥发分少，但灰分也 着配碳量的增加，从1,96MPa下降到0.98MPa 少.配入木炭所需时间比配入石墨的稍少一些， 左右.配入焦煤，球团还原冷却后强度波动较大， 但相差不是很大，原因是木炭中的挥发分在较 在C/0<1时，为7.84MPa左右，而C/0>1后，在 低的温度就挥发了. 3.92MPa左右波动.配入气煤，球团的冷强度较 图4为煤粉中不同挥发分含量对完全还原 高，耐压强度在0.66-7.84MPa之间.在C/0低时 所需时间的影响.随着煤粉中挥发分增加，还原 强度比较高，试样中残碳量较少，还原后的金属 所需时间减少，这是挥发分在高温下分解的H 铁可以提供一些强度.阳泉煤含碳球团随着C/O 起的作用.在图4中，由试验点得到的2条回归 增加，还原冷却后强度呈下降趋势，试样表面出 曲线是随挥发分的增加而下降的，但回归曲线 现裂纹并逐渐增多和加大；表面层易脱落，形成 的相关系数不高，在C/0为1和2时分别为0.620 粉尘耐磨性很差，这是由于无烟煤加热后不会 和0.736.其原因在于不同的煤种挥发分成分不 出现胶质体，随着残碳量增加强度下降.配入碳 全相同，在实验的温度下快速热分解产生的H2 粉和木炭的球团还原冷却后的强度较低，在 不是随挥发分的增加而成直线关系.由实验测1273K还原后的样品几乎没有强度和耐磨性. 得含挥发分为19.55%的焦煤在相同的温度和木炭的挥发分与煤的挥发分对还原后强度影响 相同的配碳比条件下，在还原时放出H的百分 是完全不同的，配入焦煤时，随C/O增加，还原 率高于挥发分为31.88%的肥气煤.另外，不同 冷强后强度下降到一定值后就稳定了.焦煤烧 煤种反应性也不同，如阳泉煤挥发分为8.48%， 结性较好，胶质体较多，残余的碳结焦有一定的 而太西煤为9.45%，在相同的温度和相同的配 强度，但焦煤的胶质体流动性不好.当C/O增 碳比条件下在还原时放出H,的百分率相近，但 加，胶质体增多，使球团局部粘结性好，而整体 因反应性不同反应时间相差较大，总之，挥发分 的粘结性差.冷却后球团的耐磨性较高，表面不 的增加会使反应速度增加，但挥发分组成和其 易脱落，不会产生粉尘.在强度试验中发现配入 煤种的反应性也会影响反应速度， 阳泉煤的球团在压碎时呈粉状，而配入焦煤的 表4不同煤种和矿种在不同时间的失重率（配碳比C10为0.5，温度1273K Table 4 Weight loss of coal type and ore type at different time % t/min 煤种 8 12 1620 24 28 32 36 40 44 气煤迁安矿18.034.3 43.560.771.279.886.591.494.396.2 奥矿34.5 58.670.678.388.795.496.5 97.0 25.840.0 焦煤 迁安矿11.6 55.463.776.081.787.792.7 94.9 97.0 奥矿23.542.659.376.5 85.292.094.296.4 60 ■1373K 60 ●C/0:1 ●1273K ● 0C/0:2 50 50 CO:1.5 昌 40 40 E 30 ● 30 20F 20 10 0 20 40 60 80 100 0 10 20 30 40 50 w(阳泉煤)% w(分)/% 图3气煤和阳泉煤配比对完全还原时间的影响 图4挥发分含量对还原所用时间的影响 Fig.3 Effect of volatility for two kinds of coal Fig.4 Effect of volatiles in the coal for powder on reduction time on reduction time

吴铿 等 含碳 球 团的还 原 性 和 还 原冷 却 后 的 强 度 所 需 时 间 因 气 煤 中含 较 多 的挥 发分 ， 气煤 比例 增 加 后 ， 带 入挥 发 分 增 多 ， 还 原剂 量 和 含 量 增 加 ， 所 以随着配入 阳 泉煤 量 增 加 ， 还 原 所 需 时 间增 加 配 入 石 墨 所 需 时 间与 配 入 阳 泉 煤 无烟 煤 的相 差 不 多 ， 因 石 墨 的挥 发 分 少 ， 但 灰 分 也 少 配入 木炭 所 需 时 间 比 配 入 石 墨 的稍 少 一 些 ， 但 相 差 不 是 很 大 原 因 是 木 炭 中 的挥 发 分 在 较 低 的温度就 挥 发 了 图 为煤 粉 中不 同 挥 发 分含 量 对 完全 还 原 所 需 时 间 的影 响 随着煤粉 中挥 发 分增 加 ， 还 原 所 需 时 间减 少 ， 这 是 挥 发 分 在 高温 下 分 解 的 起 的作 用 在 图 中 ， 由试验 点得 到 的 条 回 归 曲线是 随 挥 发 分 的 增 加 而 下 降 的 ， 但 回 归 曲线 的相 关系数不 高 ， 在 为 和 时分别 为 和 其 原 因 在 于 不 同 的煤种挥 发 分 成 分 不 全 相 同 ， 在 实验 的温度 下 快 速 热 分 解 产 生 的 不 是 随挥 发 分 的增 加 而 成 直 线 关 系 由实验 测 得 含 挥 发分 为 的焦 煤 在 相 同 的温 度和 相 同 的配 碳 比条件 下 ， 在 还 原 时放 出 的 百 分 率 高于 挥 发 分 为 的肥 气 煤 另外 ， 不 同 煤种 反 应 性 也 不 同 ， 如 阳 泉 煤挥 发分 为 ， 而 太 西 煤 为 ， 在 相 同 的温度 和 相 同 的配 碳 比条件 下 在 还 原 时放 出 的 百 分 率 相 近 ， 但 因 反 应 性 不 同 反 应 时 间相 差 较 大 总 之 ， 挥 发分 的增 加会 使 反 应 速度增 加 ， 但 挥 发 分 组 成 和 其 煤 种 的反 应 性 也 会 影 响反 应 速度 还原后 将 试 样在 惰性气 体 中冷却 ， 每组 取 个 ， 先 测 量 直径 ， 而 后 在压 力测 试机上 测 其 耐压 强度 ， 即测 量不 同煤种和 配碳 比对还 原后 强度 的 影 响 配入 阳 泉 煤 后 ， 还 原 冷 却 后 强 度 较低 ， 随 着配 碳 量 的增 加 ， 从 一 下 降 到 左右 配入焦煤 ， 球 团还 原冷却 后 强度波动较大 ， 在 时 ， 为 左 右 ， 而 后 ， 在 左 右 波 动 配入气 煤 ， 球 团的冷 强 度 较 高 ， 耐压 强 度在 一 之 间 在 低 时 强 度 比较 高 ， 试样 中残 碳 量 较少 ， 还 原后 的金 属 铁可 以提供一 些强度 阳泉煤含碳球 团随着 增 加 ， 还 原 冷却 后 强度 呈 下 降趋 势 ， 试样 表 面 出 现 裂 纹并 逐渐 增 多和 加 大 表 面 层 易 脱 落 ， 形 成 粉 尘 耐磨 性 很 差 这 是 由于 无 烟 煤 加 热 后 不 会 出现胶质 体 ， 随着残碳量 增 加 强 度下 降 配入 碳 粉 和 木 炭 的球 团 还 原 冷 却 后 的 强 度 较 低 ， 在 还 原 后 的样 品 几 乎 没 有 强 度和 耐 磨 性 木炭 的挥 发 分 与煤 的挥 发分 对 还原 后 强度 影 响 是 完 全 不 同 的 配 入 焦 煤 时 ， 随 增 加 ， 还 原 冷 强 后 强 度 下 降到 一 定 值 后 就 稳 定 了 焦 煤烧 结性较好 ， 胶质 体较 多 ， 残 余 的碳 结焦有 一 定 的 强 度 ， 但焦 煤 的胶质体 流 动性 不 好 当 增 加 ， 胶 质 体 增 多 ， 使 球 团局 部 粘 结 性 好 ， 而 整 体 的粘 结性 差 冷 却 后 球 团的耐 磨性 较 高 ， 表面不 易脱 落 ， 不 会 产 生 粉 尘 在 强 度 试验 中发现配 入 阳 泉 煤 的球 团在 压 碎 时 呈 粉状 ， 而 配入 焦 煤 的 表 不 同煤 种 和 矿种 在 不 同 时 间的 失重 率 配碳 比 为 ， 温 度 、 甲 煤种 八 门月 ，工︸ 气煤 焦煤 迁安矿 奥 矿 迁安矿 奥 矿 一 一 勺︸，了、 … ，‘ 、︸工︺﹃︸ ，︸工︸ ，︸只‘ 内 … 一一，内、 八︶‘ ‘、︸内﹃ ︶ 三遏君胎 ︺，﹄ 层才已器 ， 、 阳 泉煤 图 气煤和 阳 泉煤 配 比对 完 全 还 原 时间的影 响 」 、 分 图 挥 发 分 含量 对 还 原 所 用 时间的影 响 ·

-104 北京科技大学学报 2000年第2期 球团在压碎时呈块状，配入气煤的球团压碎时急剧升高.在1023~1273K还原后的含碳球团 呈较大的块状. 强度最低.因为这时粘结剂已基本挥发，渣相未 图5给出温度对还原冷却后强度的影响，结 出现，还原出的金属连接作用很小.图6表明在 果与文献[7]完全一致.当温度接近1573K时， 同一配碳比(C/0为1.5)时，气煤比例大于50% 在球团中产生塑性粘结，会有渣相出现，使强度 提高球团强度明显， > C/0:2.5 7 6 迁安矿，阳泉煤 6 C/0:1.5 5 5 1373K 4 4 迁安矿 3 2 盖 2 1 0 1300 1400 1500 1600 0 % 60 80 100 T/K w(阳泉煤)% 图5还原温度对还原后球团强度的影响 图6气煤和阳泉煤对还原后球团强度的影响 Fig.5 Effect of reduced temperature on strength Fig.6 Effect of coal type on strength of pellet of pellet after reduction after reduction 3结论 参考文献 1 Ghosh P C,Tiwari S N.Reduction of Pellets Ore Plus Lig- (1)含碳球团的还原速度随着温度、C/O、铁 nite Coke.J Iron and Steel Inst,1970,208(3):255 氧化物价数、挥发分含量及煤的反应性的增加 2李海珠.馆充了”礻夕亻卜上无烟炭办与东而混合 而提高。 心”下D还原心关寸研究.铁上钢，1971,57(3)：465 (2)挥发分高的煤易于制团成形，球团还原 3 Seaton C E,Foster JS,Velasco J.Reduction Kinetics 冷却后强度较好.增加气煤比例可加速还原，而 Hematite and Magnetite Pellets Containing Coal Char 且还原冷却后强度也好，无烟煤（阳泉）虽然含 Tran.ISJ,1983,23(6):490 4 Bryk C,Lu W-K.Reduction Phenomena in Compositioes 碳量较高，但由于加热后不会出现胶质体，还原 of Iron Ore Concentrates and Coals.Ironmaking and Steel- 冷却后的强度较低，表面出现纹裂和易于脱落， making,1986,132):70 容易形成粉尘. 5杜挺，邓开文.钢铁冶炼新工艺北京：北京大学出版 (3)在温度1023~1273K之间，含碳球团还 社，1994 原后的强度最低，应选用适当的煤种，增加胶质 6煤炭科学院煤化所.煤质与炼焦.北京：煤炭工业出 版社，1985 体的含量，用来改善含碳球团在这一稳定区间 7 Seaton CE,Foster J S,Velasco J.Structural Changes Oc- 还原后强度低，易粉化这一薄弱环节. curring during Reduction of Hematite and Magnetite Pel- lets Containing Coal Char Tran.ISIJ,1983,23(6):497 Reduction and Strength after Reduction of Cooled Pellet Contain Carbon WU Keng",OI Yuanhong,ZHAO Jiwei", FENG Gensheng,DU Chunrong" 1)Metallurgy School,UST Beijing,Beijing 100083,2)Central Iron and Steel Institute,Beijing 100081 ABSTRACT The reduction experiment of the pellets containing carbon,which consist of different kinds of iron ore and coal (including graphite and charcoal),was carried out.The effect of temperature,rate of carbon and volatility efc.on the reduction time and metallization of the pellets has been discussed.The strength of the reduced and cooled pellets was measured and the influence of the factors was analysed.The strength of pellets at temperature 1 273 K is low.When the gas coal of high volatility is added,the pellet is becoming to be re- duced quickly and its strength is increased. KEY WORDS pellet containing carbon;strength after being reduced and cooled;reduction at high tempera- ture;smelting reduction

北 京 科 技 球 团在压碎 时 呈 块状 ， 配 入 气 煤 的球 团压 碎 时 呈 较 大 的块状 图 给 出温度对还 原冷 却后 强度 的影 响 ， 结 果 与文 献 完全 一 致 当温度 接近 时 ， 在 球 团中产 生 塑 性 粘 结 ， 会 有渣相 出现 ， 使 强 度 大 学 学 报 年 第 期 急剧 升 高 在 一 还 原 后 的含 碳 球 团 强 度 最低 因 为这 时粘 结剂 已基本挥 发 ， 渣 相 未 出现 ， 还 原 出 的金 属连接作用 很 小 图 表 明在 同一 配碳 比 为 时 ， 气 煤 比例 大 于 提 高球 团强 度 明 显 迁安矿 火 斗以气、月︸、 招侧趁麒图连 ，工内︸ 招侧趁麒国乏 图 还 原 温 度 对 还 原 后球 团 强 度 的影 响 · 结论 阳 泉 煤 图 气煤 和 阳 泉煤 对 还 原 后球 团 强度 的影 响 · 参 考 文 献 含碳 球 团的还 原速度 随着 温度 、 、 铁 氧 化 物 价 数 、 挥 发分 含 量 及 煤 的 反 应 性 的增 加 而 提 高 挥 发 分 高 的煤 易 于 制 团成 形 ， 球 团还 原 冷 却 后 强 度 较好 增 加气 煤 比例 可 加 速 还 原 ， 而 且 还 原 冷 却 后 强 度 也 好 无烟 煤 阳 泉 虽 然 含 碳量 较 高 ， 但 由于 加 热后 不 会 出现胶质 体 ， 还 原 冷却 后 的强度 较低 ， 表面 出现纹 裂 和 易 于 脱 落 ， 容 易形 成 粉 尘 在 温度 一 之 间 ， 含 碳球 团还 原后 的 强 度 最低 应选用 适 当 的煤种 ， 增加 胶质 体 的含 量 ， 用 来 改善含碳 球 团在 这 一 稳 定 区 间 还 原后 强 度低 ， 易 粉化 这 一 薄 弱环 节 ， ， ， ， 李 海 珠 馆 充 ， 丫 不 夕 了 卜 乙 无烟 炭 力 、 ‘ 含 为 混 合 伙 少 卜 。 还 原 ‘二 关 寸 丙 研 究 铁 乙 钢 ， ， ， ， ， ， ， 一 ， ， 杜挺 ， 邓 开 文 钢 铁冶炼新工 艺 北京 北 京大学 出版 社 ， 煤炭科 学 院煤 化所 煤质 与炼 焦 北 京 煤炭 工 业 出 版 社 ， ， ， ， ， 砰 ’， ，气 刀丈咬 ’几 馆 ’ ， 塔 ， ， ， ， ， ， ， ， 分