煅燒設備回轉窯在冶金史的舞臺上一直扮演著重要的角色,特別是在選鐵煅燒等域是其他設備無法取代的。
煅燒過程溫度高,會造成回轉窯結圈比較嚴重,因此,經過技術不斷的成熟,現已演變為低溫固態還原海綿鐵(直接還原鐵)的重要工藝方法。較先進的當屬是鈦精礦球團的回轉窯預還原和電爐熔煉的兩段法生產鈦渣工藝。
所有的固體碳還原金屬氧化物的反應,其礦炭的固—固相反應是微不足道的,即都是通過碳的氣化反應CO2+C=2CO完成的。因此,鈦鐵礦的固體碳還原反應可表示為:FeTiO3+CO=Fe+TiO2+CO2.
熱力學計算表明,在CO+CO2系統中,CO分壓必須很高時反應才能進行。由于該反應是可逆的,要防止產物再氧化,系統中CO的濃度必須高于平衡時CO的濃度,其較小量可用下面的公式求出:FeTiO3+nCO=Fe+TiO2+(n-1)CO+CO2
在(zai)1000~1150攝氏度(du)時,必須使(shi)CO+CO2系統中(zhong)CO的(de)(de)體(ti)積分(fen)數大于94%,此反(fan)應(ying)才(cai)能(neng)進行。在(zai)回轉窯中(zhong),碳的(de)(de)氣化反(fan)應(ying)(布多爾反(fan)應(ying))理論上能(neng)夠達到(dao)(dao)(dao)這樣(yang)的(de)(de)數值,但只能(neng)達到(dao)(dao)(dao)平衡(heng)。同(tong)時,由于氣體(ti)在(zai)礦(kuang)粒內(nei)存在(zai)著擴散(san)阻力,致(zhi)使(shi)它(ta)們內(nei)部和外部比較,內(nei)部CO含(han)量(liang)偏低,很可能(neng)達不(bu)到(dao)(dao)(dao)指(zhi)定(ding)的(de)(de)含(han)量(liang),因此,要(yao)提高直接還原(yuan)鈦鐵礦(kuang)的(de)(de)鐵金屬(shu)化率(lv),可以通過(guo)提高反(fan)應(ying)的(de)(de)平衡(heng)常數Kp和系統的(de)(de)CO分(fen)壓來達到(dao)(dao)(dao)。升(sheng)高溫度(du)能(neng)使(shi)CO還原(yuan)FeTiO3反(fan)應(ying)的(de)(de)平衡(heng)常數Kp增大,也有利于布多爾反(fan)應(ying)的(de)(de)進行,使(shi)CO的(de)(de)分(fen)壓升(sheng)高,即有利于提高還原(yuan)產物的(de)(de)鐵金屬(shu)化率(lv)。
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