تولید اهن به روش احیای مستقیم

تولید اهنگ به روش احیای مستقیم

مقاله اول

چکیده: سینتیک کاهش مرحله‌ای و ویژگی‌های یک کاهش مستقیم تخم مرغی توسط کربن در کار نشان داده شد. ویژگی ها با تجزیه و تحلیل گرما وزن سنجی همزمان، پراش پرتو ایکس (XRD) و طیف سنجی جرمی چهارپایی بررسی شدند. پارامترهای سینتیکی مراحل ردوچون با روش های غیرتبدیلی (بدون مدل) به دست آمد. سه مرحله در کاهش عبارتند از Feye FeO-Fel، و FeO-Fe که به ترتیب از 912 K. 1255 K و مقعدی 1397 ‏K شروع می شود. کورننت CO گاز تکامل یافته کمتر از مقدار CO در FeO، FeO، رکاب است، اما به طور قابل ملاحظه ای بیشتر از CO، در مراحل FeO، FeO و FeO-Fe است، که در آن تبدیل به گاز از حدود 1205 ‏K شروع می شود. فعال سازی انرژی (6) از سه مرحله به ترتیب 126-309 کیلوژول بر مول، 628 کیلوژول بر مول و 645 مول است. مرحله محدود کننده کاهش کل FeO-Fe است. اگر قرار است نرخ کاهش کل بهبود یابد، نرخ تولید TeO-Fe باید فینت بهبود یابد. انرژی فعال‌سازی مرحله اول بسیار کمتر از دو مرحله اخیر است.کلیدواژه ها: محفظه ها، احیای مستقیم، کیلومترتیک کاهشی، ویژگی های کاهش، غیر همدم گلوله های کامپوزیت سنگ آهن و زغال سنگ به طور گسترده در لنت مورد مطالعه قرار گرفته اند تا آلودگی زیست محیطی و مصرف انرژی در فرآیند آهن سازی را کاهش دهند. تعداد زیادی مطالعات سینتیکی بر روی خودکاهشی این گلوله ها انجام شده است. با این حال، سینتیک واکنش و مکانیسم هنوز با هم تطبیق داده نشده است. کنترل‌های اصلی که معمولاً در کاهش شناسایی می‌شوند عبارتند از انتقال گاز [1]، واکنش کاهش [5]، تبدیل به گاز کربن [4] و سرعت انتقال حرارت [3] با این حال، این مطالعات عمدتاً در شرایط همدما انجام می‌شوند. روش متداول سینتیک غیرگرمایی اغلب به شرح زیر است، ابتدا نمونه در قالبی از دمای مشخص قرار می گیرد.سپس وزن نمونه توسط یک bulance الکترونیکی ثبت می شود و سینتیک همدما متعاقبا از طریق تجزیه و تحلیل داده ها و مدل های وزنی مورد مطالعه قرار می گیرد. به‌جای ماندن در دمای مشخص شده، به‌سرعت چروک می‌شود، بنابراین، نمونه در ابتدای این آزمایش‌های همدما همدما نیست. علاوه بر این، کاهش اکسید آهن در گلوله های کامپوزیت سنگ آهن- زغال سنگ در یک مرحله اتفاق نمی افتد، بلکه مطابق با فرآیند Fe-O-FeO،‏ ‏FeO→Fe یا FeO، FeO، Fe رخ می دهد [6] در گذشته، بیشتر مطالعات سینتیک کاهشی بر کاهش یکپارچه (FeO، Fe) متمرکز شده‌اند، در حالی که سینتیک کاهش FeO-FeO، FeO،‏ ‏FeO، و FeO-Fe به ندرت به طور جداگانه مورد مطالعه قرار گرفته است. برای این سه مرحله، این سوال که انرژی فعال سازی بزرگ ترین و کدام مرحله استپ محدود کننده است، به وضوح مشخص نشده است. بنابراین درک بهتر

___________________________________________۱______________________

کاهش هر مرحله در فرآیند احیای مرحله‌ای برای تثبیت مکانیسم احیای گلوله‌های کامپوزیت سنگ آهن- زغال سنگ بسیار مهم است، همچنین با پیشرفت‌های فناوری فیزیکی، کنترل کاهش اکسید آهن از طریق میدان‌های فیزیکی خاص امکان‌پذیر خواهد بود. با این حال، یک مکانیسم کاهش مرحله‌بندی واضح‌تر برای فعال کردن کنترل کاهش ضروری است، بنابراین، در این کار، سینتیک واکنش مرحله‌ای و ویژگی‌های احیا اکسید آهن توسط کربن با استفاده از یک روش غیر همدما مورد مطالعه قرار مواد مورد استفاده در این کار پودر اکسید آهن (III). و پودر گرافیت توسط شرکت ‏. ارائه شد. محتوای FeO در پودر اکسید آهن (III) بیش از 99.0 درصد وزنی، و محتوای کربن در پودر گرافیت بیشتر از 99.85 درصد وزنی بود. قبل از انجام آزمایش، این نمونه ها در آون با دمای 378 کلوین به مدت 1 ساعت خشک شده و سپس مخلوط شده و برای آزمایش در خشک کن نگهداری شدند. برای اطمینان از کاهش کامل، نسبت C/O بر حسب جرم در نمونه های مخلوط در 1:1 ثابت شد.آزمایش‌های کاهشی بر روی یک آنالایزر گرماگرانشی همزمان (Sta-409C، Netzsch) انجام شد. برای هر آزمایش، نمونه‌های 100 میلی‌گرمی از دمای محیط تا 1573 کلوین با نرخ‌های گرمایش (f) 5، 10، 15، و 20 K/‏‏min تحت اتمسفر Ny که با سرعت 40 میلی‌لیتر در دقیقه جریان دارد، خودکاهشی نمونه‌ها در فوم تعادل حرارتی تحت دمای کنترل‌شده انجام شد تا منحنی‌های وزن‌سنجی گرمایی (TG) و منحنی‌های وزن‌سنجی تفاضلی (DTG) به دست آید. منحنی‌های کاهش وزن (TG) و نرخ کاهش وزن (DTG) در طول کاهش نمونه‌های مخلوط در نرخ‌های گرمایش مختلف در شکل‌ها نشان داده شده‌اند. به ترتیب 1 و 2. همانطور که در شکل ها مشخص است، سه مرحله مجزا به تدریج از هم متمایز می شوند. مرحله اول تقریباً از 950 کلوین تا تقریباً 1250 کلوین، مرحله دوم از تقریباً 1250 کلوین تا تقریباً 1400 کلوین و مرحله سوم از تقریباً 1400 K تا 1500 K رخ می دهد. وزن کل شپش ها در طول سه مرحله متفاوت و افزایش می یابد. با

اشتراک گذاری بین المللی جی. ماینر، متال ماتر، جلد. 22. Na 16, Oct. 2015‏

افزایش دما با همان سرعت گرمایش علاوه بر این، با کاهش نرخ گرمایش، منحنی TG به سمت پایین تغییر می کند

شکل 1. منحنی های TG نمونه ها در نرخ های گرمایش مختلف.

شکل 2. نفرین DTG نمونه ها در نرخ های گرمایش مختلف.منحنی‌های DTG که در نرخ‌های گرمایش مختلف ثبت شده‌اند، در سه قله‌های نزدیک به K1125، 1350 K. و 1400 قرار دارند. با توجه به منحنی های TG و DTG، میزان کاهش مخلوط در این دماها در طول هر مرحله به حداکثر می رسد. علاوه بر این، با افزایش دما، مقادیر پیک منحنی‌های ‏DTG در مراحل مختلف با نرخ گرمایش یکسان افزایش می‌یابد و برای مراحل مختلف، نرخ کاهش نیز افزایش می‌یابد.بر اساس تجزیه و تحلیل های ذکر شده، این نتیجه حاصل شد که احیای مخلوط به سه مرحله تقسیم می شود و ویژگی های کاهش در هر مرحله متفاوت است. برای بررسی تغییرات رخ داده در هر مرحله، تبدیل فازها و گازها تکامل یافتنددر دماهای مختلف مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. 3.1.2. دگرگونی های فاز و بازی های تکامل یافته برای آشکار کردن درجه کاهش، نمونه‌های مخلوط در محدوده دمایی 1200 کلوین بیشتر مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفتند.

____________________________________________۲______________________

‏RF. ول و همکاران سینتیک واکنش مرحله‌ای و ویژگی‌های احیای مستقیم اکسید آهن توسط کربن

‏015406 am) در محدوده 20 از 10 تا 100 برای شناسایی فازهای تشکیل شده استفاده شد. نتایج در شکل 3 نشان داده شده است. جزء اصلی مخلوط FeO‏ است، در دمای اتاق. هنگامی که دما به 1200 کلوین افزایش می یابد، مخلوط به صورت FeO و FeO‏ ارائه می شود، هنگامی که دما به 1300 K افزایش یافت، FeO به طور کامل به FeO تبدیل می شود و ‏FeO، A1 1400 K، Fe ظاهر می شود و غلظت FeO‏ ظاهر می شود. کاهش می یابد در نهایت، زمانی که دما 1500 کلوین باشد، FeO به طور کامل به Fe کاهش می یابد این آزمایشات نشان داد که کاهش با فرآیند FeO، FeO، FeO-Fe مطابقت دارد. با ترکیب این نتایج با نتایج آنالیزهای قبلی، مشخص شد که سه مرحله منفرد در منحنی TG‏ کاهش متوالی FeO، FeO FeO، FeO، و FeO-Fe‏ است. دمای مرزی هر مرحله با منحنی‌های DTG تعریف شد شکل 3 نشان داد که میزان کاهش پس از هر قله به حداقل می‌رسد و دماها در حداقل نرخ‌ها به عنوان مرزهای بین مراحل تعیین می‌شوند.

شکل 1 الگوهای XRD نمونه ها در دماهای مختلف

دماهای مشخصه هر مرحله کاهش در نرخ های گرمایش مختلف در جدول 1 نشان داده شده است. دمای شروع کاهش ‏FeO، FeO، FeO، FeO، و FeO-Fe به ترتیب 912، 1255 و 1397 کلوین است، دماهای لریستیک Charac‏ در نرخ ضربه 0 K/min که به عنوان دماهای تئوری در تعادل در نظر گرفته می شود، با برازش چند جمله ای و برون یابی داده های جمع آوری شده در 20، 15، 10 و 5 ‏K/min استنتاج می شود.

گازهای حاصل از نمونه ها از طریق یک فیلتر و تله سرد به یک طیف سنج جرمی چهار قطبی وارد شدند. CO و CO، محتویات مولر در گازهای تکامل یافته به طور مداوم توسط طیف سنج جرمی اندازه گیری شد (Om-niSur-200، Balzern). CO و ‏CO، محتویات مولر در گازهای حاصل از نمونه گرم شده با K/min 10 در شکل 4 نشان داده شده است. ‏CO و CO قبل از 940 K شناسایی نشده اند.

حداکثر در دمای 1205 کلوین. مقدار CO‏ تقریباً در 1150 کلوین افزایش می‌یابد. اتفاقاً کاهش FeOFeO نیز از 940 K شروع شد. بنابراین در این واکنش ابتدا CO تولید شد و پس از رسیدن به دما CO2 تولید شد. 1150 K. مقدار CO‏ تولید شده بیشتر از مقدار CO تولید شده در این واکنش بود

جدول 1. دماهای مشخصه هر مرحله کاهش در نرخ گرمایش مختلف ‏K‏

توجه داشته باشید. T، دمای شروع واکنش، و I،‏ دمای پایان کاهش یافته است.شکل 4. CO و CO، محتویات در طول فرآیند گرمایش ‏(10 K/min)‏با این حال، نامشخص بود که CO با کاهش FeO، به FeO‏ یا با گاز شدن کربن تولید شده است. برای حل این مشکل، گازسازی کربن مورد آزمایش قرار گرفت. گرافیت (100 میلی‌گرم) از دمای محیط تا 1573 کلوین تحت یک اتمسفر CO (40 میلی‌لیتر در دقیقه) روی آنالایزر ترموگراویمتری همزمان گرم شد. محتویات CO و ‏C0، در طول فرآیند گرمایش (10 Kimin) در شکل 5 نشان داده شده است. همانطور که در این شکل مشخص است، گازی شدن کربن از 1205 K شروع شد. بنابراین، CO با کاهشی که قبل از 1205 K ایجاد شد، تولید شد. و با گاز شدن که بعد از این دما اتفاق افتاد. علاوه بر این، محتوای ‏CO در حدود 1205 کلوین به حداکثر رسید و سپس به دلیل تبدیل به گاز کاهش یافت. این نتایج همچنین نشان داد که CO توسط گاز شدن پس از 1205 K تولید شد.

____________________۳______________________________________________

در دماهای بالاتر از 1249 کلوین، FeO به FeO‏ کاهش یافت که متعاقباً به Fe کاهش یافت. در این دو مرحله، محتوای CO، که توسط گاز تولید شده است ایکاسیون، بسیار بیشتر از محتوای CO، در گاز تکامل یافته بود. در مرحله FeO-FeO، مقدار CO به سرعت افزایش می‌یابد، در حالی که مقدار CO به آرامی افزایش می‌یابد و سپس در دماهای بالاتر از 1330 کلوین کاهش می‌یابد. در مرحله FeO-Fe، مقدار CO در دماهای بالاتر از 1410 درجه کلسترول بیشتر افزایش یافته و سپس به سرعت کاهش می یابد. در حالی که CO، محتوای تا پایان واکنش به کاهش ادامه داد

تجزیه و تحلیل ترکیبی از انتقال فاز و گازهای تکامل یافته به ویژگی های کاهش مرحله ای منجر شد. همانطور که در جدول 2 نشان داده شده است، CO ابتدا در حدود 940 کلوین تولید می شود و سپس CO با کاهش تقریبا 1150 ‏Kin اکسید آهن توسط کربن تولید می شود. محتوای CD‏ کمتر از CO است، در مرحله FeO، FeO، با این حال، در مراحل FeO FeO و FeO-Fe، محتوای CO بطور قابل توجهی بیشتر از CO است، در طول گاز شدن کربن، که تقریباً با شروع شروع می شود. 1205 K‏

جدول 2. ویژگی های کاهش مرحله ای کاهش اکسید آهن توسط کربن (10 K/min)‏ کاهش جرم ناشی از از دست دادن C و O است بنابراین، کسر کاهش (a) نمونه ها با توجه به داده های ‏TG، به صورت معادله (2) زیر محاسبه می شود.که در آن m، n، m و به ترتیب نشان دهنده جرم نمونه در ابتدای مرحله احیا، جرم نمونه در دمای کاهنده معین، جرم اکسیژن ترکیب شده با آهن و محتوای کربن گرافیت هستند. کاهش را می توان با توصیف کرد(4) نرخ گرمایش کجاست و (7) نرخ ثابت در دما‏

پراتور T. (الف) تابع a که مکانیسم واکنش را نشان می‌دهد، A و E به ترتیب ضریب پیش‌نمایی و انرژی فعال‌سازی، و gta) شکل انتگرال (a)‏ به‌علاوه، اگر yE/(RT )، سپس که در آن Py) انتگرال semperature با گرفتن لگاریتم معادله (5)، معادلات زیر به دست می آید (6)با توجه به معادله (7)، نمودارهای in/7) در مقابل 1/7 باید به خطوط مستقیم منتج شوند، جایی که شیب خطوط مستقیم برابر با E/R است. این رویکرد به عنوان روش کیسینجر-آکاهیرا-سنوز ‏(KAS) شناخته می شود [7] و به طور گسترده برای تخمین انرژی فعال سازی مورد نیاز است. علاوه بر روش KAS، چندین روش تبدیلی (بدون مدل) نیز مورد استفاده قرار گرفته است برای مطالعات کی نتیک، از جمله روش Ozawa-Flynn-Wall (Eq‏ (8)) [10-11] و روش Starink (Eiq (9)) [12] استفاده شد.

‏RF. وت و همکاران، سینتیک واکنش مرحله‌ای و ویژگی‌های احیای مستقیم اکسید آهن توسط کربن

___________________۴_______________________________________________

سینتیک واکنش مرحله‌ای وین و ویژگی‌های احیای مستقیم اکسید آهن توسط کربن با مقایسه معادلات (7)-(9)، استفاده از معادلات دقیق تر معادله توصیه میشود. (7) و (9) [9] در این کار، از روش KAS برای محاسبه پارامترهای جنبشی استفاده شده تجزیه و تحلیل جنبشی در بخش قبل استنباط شد که کاهش شامل سه مرحله FeO، Fe، FeO، FeO و FeO-Fe‏ است و تجزیه و تحلیل سینتیک برای هر مرحله در این مقاله مقادیر m و an در معادله (3) که به ترتیب تنها کیفیت اکسیژن و کربن را در هر مرحله نشان می‌دهند، در بین سه مرحله متفاوت است. در مطالعه حاضر، چهار میزان مختلف ضرب و شتم برای ارزیابی رابطه بین انرژی فعال سازی (E) و کسر کاهش (c) به روش هم تبدیلی استفاده شد. کسر کاهش اندازه گیری شده در چهار نرخ گرمایش در طول سه مرحله مختلف در شکل 6 نشان داده شده است. به طور مشخص، زمان کاهش کلی در هر مرحله متفاوت است و به طور متوالی با افزایش دما افزایش می یابد. FeO،‏ ‏FeO، FeO، FeO و FeO-Fe به ترتیب تقریباً 30، 15 و 6.5 دقیقه هستند.

شکل 4. کاهش شکست با چهار نرخ گرمایش بررسی شده در طول کاهش ‏

نه کسر کاهش مختلف (α-0.1، 02، 03، 04، 05،‏ 06، 07، 08، و 0.9) برای تجزیه و تحلیل جنبشی مربوط به هر مرحله کاهش مشخص شد. مطابق با روش تبدیل همسان (یعنی روش KAS)، In(A/‏2) و 1/7 برای هر a در شکل 7 مشخص شده است. انرژی فعال سازی برای هر a، همانطور که در شکل 8 نشان داده شده است، از شیب برازش خطی به دست می آید. همانطور که در شکل 7 نشان داده شده است، به استثنای چند نقطه، یک همبستگی خطی خوب به دست آمده است. این نتایج نشان داد که روش انتخاب شده است.تجزیه و تحلیل جنبشی مناسب بود و نتایج انرژی فعال سازی نسبتا دقیق بود. از کاهش FeO، FeO، انرژی فعال سازی تقریباً 126-309 k/‏‏mol است، در حالی که مقادیر محاسبه شده برای دو مرحله کاهش دوم FeO، FeO و FeO-Fe 606-677‏ ‏kJ/mol است. بدیهی است که انرژی فعال سازی مرحله اول است

___________________۵_______________________________________________

شکل 7. اتصالات خطی Inf/7 در مقابل ‏UT برای مراحل مختلف کاهش شکل. وابستگی انرژی فعالسازی (E) به کسر رداکشن (e) در طی مراحل کاهش اختلاف.بسیار کمتر از دو مرحله اخیر. در مرحله اول، انرژی فعال سازی با کسر کاهش افزایش می یابد. انرژی فعال سازی به سرعت در پایین تر افزایش می یابدکسر کاهش (50.4) و به آرامی در کسر کاهشی بالاتر افزایش می یابد (a>04) در مرحله دوم، انرژی فعال سازی ابتدا کاهش می یابد و سپس افزایش می یابد، حداقل انرژی فعال سازی 641 کیلوژول بر مول است که کسر کاهش (a) 0.5 باشد. . در مرحله سوم انرژی فعال سازی به آرامی افزایش می یابد. واضح است که انرژی فعال سازی در طول دو مرحله اخیر کمی تغییر می کند. میانگین انرژی دو مرحله آخر به ترتیب 628 کیلوژول بر مول و 648 کیلوژول بر مول است.این نتایج، در ترکیب با نتایج قبلی، نشان می‌دهد که تفاوت این سه مرحله در این است که از نظر گازی شدن کربن در دو مرحله اخیر اتفاق می‌افتد اما در مرحله اول اتفاق نمی‌افتد. کاهش توسط کارتسون [13] اگرچه این کاهش کاهش مستقیم نامیده می شود، کاهش غیرمستقیم ‏CO را نمی توان نادیده گرفت، به ویژه در مرحله ‏FeO، FeO-Fe. حتی در مرحله FeO، FeO،‏ کاهش غیرمستقیم CO نیز اتفاق می افتد

____________________________________________۶______________________

وی و همکاران، سینتیک واکنش مرحله‌ای و ویژگی‌های احیای مستقیم اکسید آهن توسط کربن بنابراین، دلیل افزایش انرژی فعال سازی ممکن است گازی شدن کربن باشد. گازی شدن شدید کربن در طی دو مرحله آخر منجر به افزایش انرژی فعال سازی می شود. در مرحله اول، انرژی فعال‌سازی در کسر مجرای لوگر (a> 0.4) بیشتر از کسر کاهشی پایین‌تر (0.4) است. این تفاوت در انرژی فعال‌سازی نیز به دلیل گازی شدن کربن است که تقریباً از 1200 K‏ شروع می‌شود.مقایسه مطالعات قبلی در مورد انرژی فعال سازی کاهش اکسید آهن توسط کربن نشان داد که انرژی های فعال سازی متفاوتی توسط محققان مختلف گزارش شده است (1،5،8،14] ‏Man و همکاران [1] گزارش کردند که فعال سازی انرژی کاهش در گلوله های کامپوزیت سنگ آهن و زغال سنگ 199-228 کیلوژول بر مول بود، در حالی که ساه و دوتا [14] گزارش دادند که انرژی فعال سازی برای کاهش چنین گلوله هایی 12.37-38.32 کیلوژول بر مول بود. 8] تعیین کرد که انرژی فعال‌سازی کاهش اکسید آهن توسط هیدروژن 9-166 کیلوژول بر مول بود. در بسیاری از این مطالعات از روش همدما استفاده شد از کاهش کلی Fe O-Fe با این حال، انرژی فعال‌سازی سینتیک کاهش مرحله‌ای به دست نیامد، علاوه بر این، در برخی مطالعات از روش‌های غیر همدما استفاده شد، اما برخی از مدل‌های خاص، مانند مدل‌های انقباض هندسی (مثلاً . ‏gla)-1-(1)) و مدل های ترتیب واکنش (به عنوان مثال، gia)-In (1))، نیز استفاده شد. کاهش اکسید آهن توسط کربن واکنش بسیار پیچیده ای بود که شامل احیای مرحله ای، گازی شدن کربن، انتقال حرارت و انتقال گاز بود. با ترکیبی از واکنش ها کنترل می شد، نه با یک واکنش ساده، بنابراین، مدل های خاص دقیق نبودند. در این کار، انرژی فعال‌سازی با روش‌های بدون مدل به دست آمد و به مقدار truc بسیار نزدیک‌تر بود.با توجه به سینتیک سه مرحله کاهش، کاهش FeO‏ به Fe کندترین مرحله است، در حالی که کاهش ‏Fe 0 به FeO سریعترین است. گام محدود کننده در کاهش FeO، کاهش FeO به Fe است، بنابراین، اگر قرار است میزان کاهش کل افزایش یابد، ابتدا باید نرخ FeO-Fe بهبود یابد. با این حال، Fe,O،‏ بطور تجربی مشاهده شده است که در مطالعات قبلی عمدتاً توسط CO در دمای بالا کاهش می یابد [4] و در کار حاضر مشاهده شد که گازی شدن کربن در آخرین مرحله بسیار خشونت آمیز بود. ابتدا گازی شدن کربن و سپس کاهش FeO توسط CO رخ می دهد.انرژی فعال‌سازی به‌دست‌آمده در این کار تنها انرژی فعال‌سازی ظاهری دو واکنش است: گازی‌سازی کربن و کاهش FeO توسط CO. اما، دو واکنش در مرحله آخر که انرژی فعال‌سازی آن بیشتر است (در این مرحله مرحله محدود کننده)، نیاز به مطالعه بیشتر برای اثبات میزان کاهش FeO-Fe داردعلاوه بر این، در مقایسه با کاهش FeO-Fe، انرژی فعال سازی FeO، کاهش FeO تنها 20 کیلوژول بر مول کمتر است. با این حال، دو برابر بزرگتر از ‏FeO، FeO است، بنابراین، اگر از کاهش ‏FeO، FeO اجتناب شود یا شرایط کاهشی بهبود یابد، مشکل کاهش کل کاهش می یابد. امکان اجتناب از مرحله FeO،‏ ‏FeO از طریق استفاده از کول زغال به جای زغال چوب و گرافیت نیز گزارش شده است [6] بنابراین، فرآیند FeO، FeO را می توان اجتناب کرد، علاوه بر این، گازی شدن کربن و کاهش FeO توسط CO به طور همزمان در طول انجام می شود. این مرحله که نیاز به بررسی بیشتر داردکاهش مستقیم کد آهن توسط کربن با استفاده از آزمایش‌های وزن‌سنجی گرمایی غیر همدما مورد مطالعه قرار گرفت. ویژگی‌های واکنش مراحل کاهش با تجزیه و تحلیل منحنی‌های TG و DTG،‏ تبدیل‌های فازی و بازی‌های تکامل‌یافته بررسی شد. کاهش مستقیم توسط کربن،سه مرحله به تدریج در منحنی های TG متمایز می شوند این سه مرحله کاهش FeO،‏ ‏FeO، FeO، FeO و FeO Fe هستند که از ‏912 Κ، 1255 Κ شروع می شود. و به ترتیب ‏1397 K. در طول کاهش، CO ابتدا با حدود ‏40 K دلار تولید می شود، سپس تولید CO‏ با حدود 1150 K تولید می شود. در مراحل ‏FeO و FeO-Fe، محتوای CO بسیار بیشتر از CO در طی گازی شدن کربن است که تقریباً از 1205 K شروع می شود.(2) انرژی فعال سازی FeO، FeO، کاهش تقریباً 126-309 کیلوژول بر مول، و متوسط ​​انرژی فعال سازی FeO، FeO و FeO-Fe به ترتیب 628 کیلوژول بر مول و 648 کیلوژول بر مول است. بنابراین، مرحله محدود کننده کاهش کل FeO Fc است. اگر قرار است میزان کاهش کل افزایش یابد، ابتدا باید میزان کاهش ‏FeO-Fe بهبود یابد. علاوه بر این، اجتناب از کاهش FeO،‏ ‏FeO یا بهبود شرایط کاهشی احتمالاً می تواند نرخ کل را بهبود بخشد.

___________________۷_____________________________________________

مقاله دوم

تولید آهن احیا شده مستقیم به روش متالیزاسیون با درج مواد ورق چیکاشی کامیجو، ماساهیکو هوشی، تاکازو کاواگوچی، هیدیوکی یامائوکا و یاسو کامئی۲) دفتر مرکزی، 1-1-3 Otemachi، Chiyoda-ku، توکیو 100-0004 ژاپن یک فرآیند جدید برای تولید DRI به نام SMIMET (روش متالیزاسیون درج مواد ورق)، که در آن ورقه ای از مواد متشکل از مخلوط زغال سنگ و سنگ آهن در یک کوره اجاق دوار قرار می گیرد، در اینجا پیشنهاد شده است و آزمایشات اساسی انجام شد. در این آزمایش ها از 4 نوع سنگ آهن و زغال سنگ استفاده شد. یک نوع سنگ آهن و یک نوع زغال سنگ با آب مخلوط شده و در سینی به صورت ورقه ای از مواد در می آید. نتایج به دست آمده به شرح زیر خلاصه می شود:

1)    بیش از 90 درصد فلزی شدن با افزایش نسبت زغال سنگ به بیش از 20 درصد به دست آمد.3) متالیزاسیون مواد ورق مانند گلوله سبز ساخته شده از همان ماده است. 4) درجه بالاتری از متالیزاسیون با استفاده از ذرات کوچکتر زغال سنگ و سنگ آهن حاصل شد.۵) فلزی شدن ورق تحت تأثیر ویژگی های مختلف انواع مختلف سنگ معدن قرار نگرفت. یک بالاتردرجه فلزی شدن با استفاده از زغال سنگ با مواد فرار کمتر انجام شد.۶) DRI (درجه متالیزاسیون 93٪، اندازه قطعه 5-20 میلی‌متر) از یک ورق ماده (1910-kg/m³ خشک، رطوبت 10.6٪، ضخامت 10mm) به میزان 12.5 دقیقه در 1273-1573K کاهش یافت.کلمات کلیدی: کاهش مستقیم. سنگ آهن؛ زغال سنگ، مواد ورق؛ گلوله کامپوزیت کربن، آهن فلزی؛ متالیزاسیون؛ گرمایش. ۱معرفی آهن با کاهش مستقیم یک منبع آهن جدید قابل توجه است. دو گروه اصلی از فرآیندها برای تولید DRI وجود دارد.یکی از فرآیندهای مبتنی بر گاز است که از گاز طبیعی به عنوان احیاکننده استفاده می کند، به عنوان مثال، فرآیند MIDREX و HYI. فرآیند III فرآیند دیگر یک فرآیند مبتنی بر زغال سنگ است که از زغال سنگ یک احیاکننده استفاده می کند، به عنوان مثال، فرآیند SL/RN. مبتنی بر گازفرآیند در حال حاضر فرآیندی شناخته شده است اما دسترسی آسان به گاز طبیعی ضروری است.فرآیند DRI، که در آن کربن کامپوزیت سنگ آهن گلوله ها به سرعت در یک کوره دوار گرم می شوند، برای مثال، فرآیند FASTMET، بسیار بهتر از فرآیند استفاده از گاز طبیعی یا فرآیندی است که در کوره دوار انجام می شود. از مزایای این فرآیند به نظر می رسد که الف) مکان کارخانه به دلیل استفاده از زغال سنگ به عنوان احیاکننده محدودتر است ب) سرمایه گذاری کارخانه کم است. با این حال، این فرآیند هم به فرآیند تصفیه مواد و هم به خشک کردن نیاز داردفرآیند بنابراین، یک فرآیند ساده‌تر جدید به نام SMIMET (Sheet‏روش متالیزاسیون وارد کردن مواد) که در آن یک ورق ماده متشکل از مخلوط زغال سنگ و سنگ آهن در یک کوره اجاق دوار قرار می گیرد، پیشنهاد شده است. این فرآیند نیازی به پیش تصفیه مواد اولیه ندارد. این مقاله شرحی از مطالعه اساسی و در نظر گرفتن کاهش یک ورقه مواد متشکل از مخلوط زغال سنگ و سنگ آهن با استفاده از یک کوره الکتریکی کوچک را ارائه می دهد.2. رویه آزمایشی۱. ترموکوپل 2. کوره برقی۳. سینی فلزی 4.نمونه ورودی نداردشکل 1. نمای شماتیک دستگاه تجربی.شکل 1 نمای شماتیکی از دستگاه آزمایشی را نشان می دهد. اندازه داخلی کوره الکتریکی 200 میلی متر طول، 200 میلی متر عرض و 250 میلی متر ارتفاع است. N و CO را می توان از یک نازل به داخل آن دمید. نمونه به صورت ورق در یک سینی فلزی و سینی شکل می گیرد.داخل یک کوره الکتریکی قرار می گیرد. سینی از SUS (100mm x‏ ‏130mm)،‏ ‏Ni (40mm) یا Al,0، (30mm x 40mun) ساخته شده است. خصوصیات سنگ معدن و زغال سنگ مورد استفاده در اوره نشان داده شده جدول 1. چهار نوع سنگ معدن و زغال سنگ تهیه شد. یکی از سنگ آهن و یکی از زغال سنگ را با آب مخلوط کردند و آن مخلوط به شکل ورقه در آمد. سنگ معدن B و زغال سنگ A به طور عمده در این آزمایش ها مورد استفاده قرار گرفتند و بقیه برای تعیین اثر نوع استفاده شدند. ضخامت ورق زمانی که روی یک صفحه SUS تشکیل شد 10 میلی متر بود و زمانی که در سینی ‏Al2O یا Ni تشکیل شد 7.5 میلی متر بود. چگالی ظاهری ورق معمولاً 1650 کیلوگرم بر متر مکعب بود

________________________________________۱_____________________

مراحل آزمایش کاهش به شرح زیر است: ابتدا دمای کوره در اتمسفر N افزایش یافت. نرخ جریان ‏N2 10 NI / دقیقه بود. هنگامی که دمای کوره به سطح مورد نیاز رسید، نمونه با سینی داخل کوره قرار گرفت. علاوه بر این، CO2 قبل از قرار دادن نمونه در کوره دمیده شد که آزمایش برای تعیین اثر جو انجام شد. پس از گذشت زمان نگهداری از پیش تعیین شده، نمونه از کوره خارج شد و به سرعت تا دمای اتاق در اتمسفر N،‏ خنک شد. نمونه برای اندازه گیری گرفته شدتوزیع اندازه ذرات و آنالیز شیمیایی تأثیرات جو، اندازه ذرات سنگ معدن و زغال سنگ، زمان گرمایش، نسبت زغال سنگ و چگالی ورق مورد بررسی قرار گرفت. درجه فلزی شدن در معادله 1 تعریف شده است. از این رقم برای ارزیابی نتایج استفاده شد.درجه متالیزاسیون (% آهن فلزی]/[% آهن کل].. نتایج و بحث

3.1 کاهش رفتارهای شکل 2 ظاهر محصول را پس از کاهش یک ورق ماده (سنگ معدن B/Coal A 78/22، رطوبت 10.6٪، چگالی ظاهری 1910dry-kg/m³) پس از 12.5 دقیقه نشان می دهد. مواد ورق پس از کاهش، همانطور که در شکل 3 نشان داده شده است، به قطعات کوچک DRI (اندازه قطعه 5-20 میلی متر) شکسته شد. جدول 2 ترکیب شیمیایی DRI انتقال دما در کوره و سه را نشان می داد میلی مترنقاط نمونه، سطح، وسط و پایین و درجه کاهش در شکل 4 نشان داده شده است. دمای کوره به دلیل باز و بسته شدن درب کوره برای قرار دادن نمونه به 1273K کاهش یافت، سپس دما به تدریج به 1573K افزایش یافت. دمای سطح نمونه به سرعت به 1173 کلوین رسید و افزایش یافت دما (K)نسبت وزن (%)چرخش درام 130 میلی متری 300اندازه ذرات (mm)‏ شکل 3. توزیع اندازه ذرات محصول سینی درجه متالیزاسیون (%)درجه کاهش (%)جایی که،‏ شکل 2. محصول پس از کاهش (12.5 دقیقه).جدول 2. ترکیب شیمیایی DRI‏مدرک M.D متالیزاسیون

10 زمان کاهش (دقیقه)۱۵چگالی ظاهری ورق: 1910 کیلوگرم - خشک / متر مکعب ضخامت: 10 میلی متر، سنگ معدن B / زغال سنگ ‏A = 78/22، رطوبت 10.8٪ شکل 4. انتقال دما و درجه کاهش با زمان به تدریج نزدیک به 1573K. دمای وسط و پایین تقریباً 373 کلوین در طول 1 دقیقه اول باقی ماند و سپس شروع به افزایش کرد. اعتقاد بر این است که تبخیرمانند گلوله های سبز بود.

3.3 اثر کاهش دما

__________________۲___________________________________________

به تدریج نزدیک به 1573K. دمای وسط و پایین تقریباً 373 کلوین در طول 1 دقیقه اول باقی ماند و سپس شروع به افزایش کرد. اعتقاد بر این است که تبخیر و تبخیر بر دماهای میانی و پایینی تأثیر می گذارد. دمای میانی تا نزدیک به 1573 کلوین افزایش یافت، اما دمای پایین فقط نزدیک به 1273 کلوین افزایش یافت. درجه فلزی شدن با افزایش زمان کاهش افزایش یافت. در این مورد، زمان کاهش حدود 12 دقیقه طول کشید تا DRI متالیزاسیون 92٪ بدست آید. این بدان معناست که بهره وری این فرآیند 55 کیلوگرم آهن بر متر مربع در ساعت است.

3.2 اثر مقدار زغال سنگ

شکل 5 اثر متالیزاسیون مقدار زغال سنگ را نشان می دهد. هنگامی که مقدار زغال سنگ از 15w1% به ‏20wt% افزایش یافت، متالیزاسیون به سرعت افزایش یافت. زمانی که مقدار زغال سنگ بیش از 20 درصد وزنی بود تقریباً ثابت شد. خط چین در شکل 5 مقدار کربن ثابت معادل را برای کاهش FeO نشان می دهد. این نسبت تقریباً مشابه نسبت زغال سنگ برای تولید 92 درصد درجه فلزی شدن DRI بود. این نتیجه نشان می‌دهد که حداقل نسبت زغال سنگ، که برای تولید DRI کاملاً کاهش‌یافته لازم است، می‌تواند از روی مقدار کربن ثابت تعیین شود و یک مقدار ثابت است.

متالیزاسیون گلوله های سبز نیز برای مقایسه در شکل 5 ترسیم شده است. درجات متالیزاسیون ورق

100 سنگ معدن: B‏درجه متالیزاسیون (%)مقدار کربن ثابت معادل برای کاهش FeO‏زغال سنگ: A‏

●: ورق (1650kg/m³،‏ ضخامت 7.5mm)‏

‏O: سینی نیکل پلت سبز ‏1573K‏زمان کاهش = 10 دقیقه مانند گلوله های سبز بود.

3.3 اثر کاهش دماشکل 6 تاثیر دما بر فلز شدن را نشان می دهد. درجه متالیزاسیون در 1373K کمتر از 1473K و ‏1573K بود. این ممکن است به این دلیل باشد که واکنش از دست دادن محلول در 1373K چندان فعال نیست، به طوری که گاز CO برای کاهش ممکن است کمبود داشته باشد. در نتیجه درجه فلزی شدن در دمای 1373 کلوین کمتر از سایر دماها بود. بالاتر از 1473K، CO زیادی ممکن است تولید شود، بنابراین کاهش FeO ممکن است واکنش کلی را کنترل کند، بنابراین درجات متالیزاسیون تقریباً برابر با 1473K و 1573K بود.

3.4 اثر CO،‏برای تعریف اثر CO، بر درجه فلزی شدن، CO، با Nl/min 2.5 به داخل کوره دمیده شد. در این مورد، درجه فلزی شدن حدود 30% همانطور که در شکل 7 نشان داده شده است کاهش یافت. این نتیجه ممکن است ناشی از اکسیداسیون مجدد فلز توسط CO باشد.درجه متالیزاسیون (%)زمان کاهش 7 دقیقه سینی نیکل

1650 کیلوگرم در متر مکعب زغال سنگ 20 درصد وزنی سنگ معدن: B‏زغال سنگ: A‏نسبت زغال سنگ ‏(wt%) شکل 5. اثر مقدار زغال سنگ بر درجه فلزی شدن

شکل 7. اثر غلظت CO2 در اتمسفر بر درجه فلزی شدن.

زمان کاهش 7 دقیقه سینی Al2O3‏الف) سنگ معدن B (با زغال سنگ A) 80‏ زغال سنگ 20 درصد وزنی

100سنگ معدن: ‏B زغال سنگ: A‏درجه متالیزاسیون (%)زمان کاهش 7 دقیقه سینی نیکل

1650 کیلوگرم در متر مکعب زغال سنگ 20 درصد وزنی کاهش دمای ‏ اثر دما بر متالیزاسیون گوزن شکل 8. اثر اندازه ذرات بر درجه فلزی شدن.برای تعریف اثر اندازه ذرات، اندازه ذرات ازکاهش یافته. در نظر گرفته شده است که از آنجایی که کاهش چگالی باعث کاهش انتقال حرارت می شود، درجه فلزی شدن کاهش می یابد.

___________________۳__________________________________________

برای تعریف اثر اندازه ذرات، اندازه ذرات سنگ معدن و زغال سنگ تغییر یافت. شکل 8 اثر اندازه ذرات سنگ معدن و زغال سنگ را نشان می دهد. وقتی اندازه ذرات بزرگ شد، درجه فلزی شدن کاهش یافت. لازم به ذکر است که میانگین اندازه ذرات اندازه گیری شده خوراک گلوله و زغال سنگ پودر شده 43.6 میکرومتر و 68.3 میکرومتر بود. بنابراین غربالگری سنگ معدن یا زغال سنگ ممکن است در فرآیند SMIMET‏ ضروری نباشد

شکل 9 و 10 اثر سنگ معدن و نوع زغال سنگ را نشان می دهد. درجات متالیزاسیون به ترتیب زیر افزایش یافت: سنگ معدن هماتیت، سنگ معدن مگنتیت، سنگ معدن لیمونیت. با این حال تفاوت کمی بین این متالیزاسیون وجود دارد. تفاوت در درجه فلزی شدن احتمالاً به دلیل کاهش آسانتر ووستیت از هماتیت نسبت به مگنتیت و تبخیر C.W در سنگ معدن لیمونیت است که از کاهش آن جلوگیری می کند.

از سوی دیگر، مشخص شد که مواد فرار کمتر، درجه بالاتری از فلز شدن را القا می کند. عمدتاً کربن ثابت ممکن است در احیا استفاده شود و مواد فرار ممکن است به طور مؤثر مورد استفاده قرار نگیرند زیرا سرعت تبخیر بالا بود.زمان کاهش 7 دقیقه زغال سنگ 20 درصد وزنی (زغال سنگ A)‏

شکل 9. تاثیر نام تجاری سنگ معدن بر درجه فلزی شدن.زمان کاهش 7 دقیقه سینی Al2O3 زغال سنگ 22 درصد وزنی

اندازه ذرات=-0.1mmکاهش یافته. در نظر گرفته شده است که از آنجایی که کاهش چگالی باعث کاهش انتقال حرارت می شود، درجه فلزی شدن کاهش می یابد. بنابراین، چگالی ظاهری ورق باید افزایش یابدزمان کاهش 10 دقیقه سینی نیکل زغال سنگ 20 درصد وزنی چگالی مواد (kg-dry/m³)‏

شکل 11. اثر چگالی بر درجه فلزی شدن.

4. نتیجه گیری

فرآیند SMIMET که یک روش جدید تولید DRI‏ بدون نیاز به فرآیندهای تصفیه مواد و گندله سازی است، پیشنهاد شده است و یک مطالعه اساسی انجام شده است. نتایج به دست آمده به شرح زیر خلاصه می شود

1) بیش از 90٪ فلزی شدن با افزایش نسبت زغال سنگ به بیش از 20٪ به دست آمد.

2) دما تأثیر زیادی بر کاهش در 1474K یا بیشتر ندارد، اما CO تأثیر زیادی روی آن داشت.

3) متالیزاسیون مواد ورق مانند گلوله های سبز ساخته شده از همان مواد بود.

4) فلزی شدن بالاتر با استفاده از ذرات کوچکتر زغال سنگ و سنگ آهن حاصل شد.

5) متالیزاسیون ورق با استفاده از سنگ معدن مگنتیت چندان زیاد نبود. درجه فلزی شدن بالاتر با استفاده از

زغال سنگ با مواد فرار کمتر

‏6) DRI (درجه متالیزاسیون 93٪، اندازه قطعه 5-20 میلی متر) از مواد ورق (1910-kg/m³ خشک، رطوبت 10.6٪، ضخامت 10mm) به مدت 12.5 دقیقه در 1273-1573K‏ کاهش یافت.

‏Fic 10. اثر نام تجاری کک بر درجه متالیزاسیون

3.7 اثر چگالی شکل 11 اثر چگالی ظاهری یک ورق را نشان می دهد.

هنگامی که چگالی ورق کاهش یافت، درجه فلزی شدن ...