氧化鐵-碳複合球團於碳熱還原過程中收縮現象之研究

Translated title of the thesis: Study on the Shrinkage Behavior of Iron Oxide-Carbon Composite Pellets during Carbothermic Reduction
  • 陳 潔儀

Student thesis: Master's Thesis

Abstract

隨著人類生活的進步,亦加劇環境變遷,故人們對環保的意識日漸抬頭,溫室氣體的排放亦成為各國關注之議題,為達到節能減碳的目的,煉鐵工藝也跟著推陳出新。 其中,碳熱還原煉鐵製程僅須將鐵碳複合球團置於高溫下(1250℃以上),即會發生快速熱還原反應,在短時間(約20分鐘)內,即可得到高金屬化率之直接還原鐵 (Direct Reduced Iron DRI)。此製程相較於傳統高爐煉鐵製程,可免除鐵礦燒結和煤炭煉焦兩前處理製程,故具節能減碳之潛力。相較於 RHF製程之1~1 5顆球團佈料,高料層佈料被證實有突破 RHF製程之 DRI金屬化程度和產率偏低之瓶頸。高料層佈料?效必須建立在料層內部有高度輻射熱傳之穿透,因此在高溫還原過程中,球團能維持顆粒完整且高度收縮便成生球之基本特性要求。 為探討球團於還原過程中產生收縮變化之原因,本研究進行一系列碳熱還原試驗,於試驗過程中,以光學影像技術連續紀錄球團外觀變化並計算其投影體積收縮率,目的在探討複合球團收縮之影響因素。此外,選擇不同時間點進行球團試樣淬冷,觀察球團內部顯微結構及分析元素分布與鐵金屬化率,以推論造成球團膨脹及收縮的可能機制。並藉由改變還原劑種類及揮發分含量來討論對球團收縮變化之影響。 實驗結果顯示,球團開始收縮時,同時為Boudouard reaction發生且伴隨著大量還原反應,由顯微結構可觀察到金屬鐵顆粒燒結,而在球團收縮趨緩時才有渣相連續相生成,故渣相液相燒結對球團收縮影響有限,主要由鐵粒燒結造成球團收縮之現象。而不同揮發分 (Volatile Matter VM)含量的煤鐵礦複合球團之體積變化差異不大,因揮發分作用區域於1000 oC以上已較不顯著,故揮發分含量對球團收縮變化影響有限。而還原劑種類則會影響球團有最大收縮速率的溫度,高VM煤與 coalchar的複合球團約在1000 oC,無煙煤複合球團約在1050 oC,高VM煤與石墨的複合球團則約在1100 oC,還原劑的反應性則為高 VM煤最大,無煙煤次之,石墨最小,故反應性較大的還原劑會使球團在較低的溫度進行大量還原反應,由球團外觀上觀察到發生收縮變化的時間較早,且還原後之球團可維持球團形狀的機率亦較高。
Date of Award2016 Aug 11
Original languageChinese
SupervisorIn-Gann Chen (Supervisor)

Cite this

氧化鐵-碳複合球團於碳熱還原過程中收縮現象之研究
潔儀, 陳. (Author). 2016 Aug 11

Student thesis: Master's Thesis