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熔融还原工艺中,含铁原料(粉矿、块矿、球团矿)在高温渣铁熔池中熔化、还原,实现渣铁分离、去除杂质的目的。原料熔化、还原的速度直接影响了熔融还原工艺效率。针对使用氧化球团的熔融还原过程,本文研究了氧化球团在熔渣中的熔融动力学行为,掌握球团在熔渣中的升温和熔化过程,不仅可以指导工艺给料制度,也能够为球团在熔渣中的行为做出一定程度的预测,为新工艺的开发提供理论参考。 本研究采用数值模拟的方法和传热学理论,建立了球团在熔渣中熔融过程的动力学模型,使用有限差分方法对模型进行求解,使用Visual Basic6.0程序编程计算,并通过试验验证的方法验证计算程序的准确性。使用模型对不同情况下球团的熔融规律进行了计算,得到有关渣浴温度、渣碱度、球团直径、球团预热温度以及球团金属化率对熔融现象的影响规律。 通过本文研究得到了如下主要结论: (1)通过考察渣壳厚度随时间变化的关系,模型计算结果与试验数据基本一致,表明该模型能够较好的反映球团在熔渣中的导热以及熔化规律; (2)通过试验渣样的XRD分析,发现试样中存在硅灰石等低熔点化合物,可能是液态渣的渗透入球团中的与铁氧化物或者脉石成分发生了反应,也可能是球团自身的脉石成分发生了反应,生成了此类低熔点化合物,最终导致球团的熔化分解; (3)根据程序计算结果,球团在1450℃、1500℃、1550℃渣浴中渣壳熔化时间为56s、36s、25s。根据试验结果,在1450℃时,60s~90s内球团已经完全熔化;渣浴温度为1500℃时,30s~60s内球团已经完全熔化;渣浴温度为1550℃时,30s内球团已经完全熔化。因此,认为球团在渣壳熔化后很短的时间内熔化,计算熔化的表观活化能为150.8kJ/mol,与文献资料中的结果较为相近,进一步说明计算结果与实际熔融现象比较相符; (4)利用本文建立的动力学模型,通过计算程序考察了渣浴温度、渣碱度、球团大小、球团预热温度、球团金属化率等因素对球团熔融现象的影响,得出:随着渣浴温度升高、球团直径变小、球团预热温度升高、球团熔化速度变快;金属化率的变化对球团熔化速度影响不大;当碱度为0.5~1.2,随着渣碱度的升高,球团熔化速度减慢,碱度为0.3时球团熔化速率介于碱度为0.8和1.0之间。