煤鐵礦複合球團在碳熱還原反應中之熔融性質研究

Translated title of the thesis: Study on Melting Properties of Iron Ore/Coal Composite Pellets during Carbothermic Reduction
  • 賴 柏廷

Student thesis: Master's Thesis

Abstract

溫室效應為最近極受矚目的環保議題,各界皆致力於減少溫室氣體的排放。而鋼鐵工業的溫室氣體排放量佔總量的3%,故各家鋼鐵工業皆致力於發展節能減碳技術。 其中高料層碳熱還原煉鐵製程將煤礦與鐵礦混合造粒後堆料7~8層,並使用熱空氣由上方加熱球團進行碳熱還原(Carbothermic Reduction)反應,在還原過程中藉由球團的產氣保護球團免於再氧化,最後可得到高金屬化率之直接還原鐵(Direct Reduced Iron DRI)。在高料層碳熱還原煉鐵製程中,若球團產生熔融崩塌,則整個料層亦會受到影響並坍塌,影響製程的產率以及金屬化率。 為探討煤鐵礦複合球團在碳熱還原過程中的熔融性質,本研究使用不同原料配比的球團進行碳熱還原實驗,利用還原過程影像紀錄、SEM微觀結構分析、XRD相分析、熱分析、化學分析等討論球團熔融崩塌的成因。並且挑選在碳熱還原實驗中產生熔融的球團,藉由添加劑調整球團中的渣相配比,觀察渣相配比對於球團熔融性質的影響。 實驗結果顯示,球團因低熔點的渣相熔化會在球團表面產生液泡,並且球團中心會因金屬鐵滲碳作用而使金屬鐵液化而流失,在特定配比下的球團會呈現中空的金屬鐵殼。而調整渣相配比亦使球團呈現不同形貌,添加氧化鋁可以使球團生成熔點1310 oC之FeAl2O4,減少低熔點1205 oC的Fe2SiO4的生成量,故可使球團表面觀察到液泡的時間點延後,並且還原後球團可維持完整形貌;添加氧化鈣的球團會使球團產生FeO-CaO的造渣反應,使球團的熔融現象加劇,並且球團會產生軟熔崩塌的現象;添加氧化鎂的球團可提高二元渣相熔點,但因金屬鐵滲碳造成的液相流失現象,故還原後球團僅餘中空的金屬鐵殼。而圓柱狀樣品在碳熱還原實驗下除添加氧化鈣及二氧化矽會使圓柱軟熔崩塌及形成不規則的形貌外,皆無表現出軟熔性質。
Date of Award2016 Aug 9
Original languageChinese
SupervisorIn-Gann Chen (Supervisor)

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