高炉粉尘是钢铁企业的主要固体废弃物之一,具有粒度细小及成分复杂等特点,直接排放将造成环境污染。鉴于高炉粉尘中含有大量铁、碳以及少量锌、碱金属等有价元素,因此,可将其作为二次资源进行循环利用。由于高炉粉尘的细粉特性,如果直接返回烧结过程再利用,不仅会恶化料层透气性,同时烧结矿中的锌及碱金属在后续高炉冶炼过程中的循环富集还会对高炉顺行及寿命产生严重影响。转底炉工艺是目前处理冶金含锌粉尘较为普遍的方法,但其还原产品中脉石与硫含量较高、金属化率较低,而且转底炉炉底可铺置的料层薄,热量利用率低,生产能耗高。近年来,以渣浴熔融还原反应为基础的熔融还原炼铁工艺逐渐发展,该工艺具有可直接使用粉状含铁物料,反应效率高等特点。因此,渣浴熔融还原可考虑用作高炉粉尘回收利用的处理工艺之一。由于高炉粉尘闪速预还原行为的研究对于含铁粉尘渣浴熔融还原处理工艺中预还原过程工艺参数的设计十分重要,因此,本文采用高温实验并结合冶金宏观动力学对高炉粉尘闪速还原行为及其动力学进行了研究。考察了还原气体温度、还原气体成分以及粉尘粒径对其还原度的影响规律,研究了粉尘颗粒闪速还原过程中微观形貌的演变规律,探讨了高炉粉尘中所含碳在闪速还原过程中的作用,确定了粉尘颗粒闪速还原过程的限制性环节,计算得到了相关动力学参数,所得主要结论如下。还原气体温度、还原气体成分对高炉粉尘闪速还原过程还原度的影响较明显,且粉尘颗粒的还原度随还原气体温度及还原势的升高而增大。本实验条件下所能达到的最大还原度为39.6%。闪速还原过程中,随还原气体温度及还原势的升高,还原后粉尘中出现熔融颗粒的比例逐渐增加。颗粒剖面观察发现,随还原气体温度升高,粉尘颗粒外部区域出现液相产物层,1450℃时100%CO气氛条件下产物层有金属铁相产生。高炉粉尘中所含碳与含铁相未发生固-固还原反应,高温下碳通过气化反应参与到高炉粉尘中含铁相的还原过程。粒径50～74μm高炉粉尘的闪速还原动力学研究结果表明:1350℃条件下的还原过程限制性环节为界面化学反应,且100%CO及50%CO+50%CO2气氛下的反应速率常数k+分别为1.72×10-3m/s和1.58×10-3m/s。还原气体温度1400℃和1450℃时,粉尘颗粒闪速还原反应过程均由产物层扩散和界面化学反应混合控制,且100%CO气氛下扩散系数D 分别为 6.67×10-9m2/s 与 6.74×10-9m2/s,反应速率常数 k+分别为 5.62×10-3m/s 和 7.18×10-3m/s;50%CO+50%CO2 气氛下 D 分别为 2.64×10-9m2/s 和 2.69×10-9m2/s,k+分别为4.27×1 0-3m/s和6.23×1 0-3m/s。粒径74～100μm高炉粉尘的闪速还原动力学研究结果表明:还原气体温度1350℃和1400℃时,还原过程限制性环节为界面化学反应,且100%CO气氛下k+分别为3.31×10-3 m/s 和 4.01×10-3m/s,50%CO+50%CO2 气氛下 k+分别为 2.51×10-3m/s 和 3.37×10-3m/s。还原气体温度升高至1450℃时,粉尘颗粒闪速还原反应由产物层扩散和界面化学反应混合控制,且100%CO气氛下扩散系数D为8.61×10-9m2/s,反应速率常数k+为6.12×10-3m/s;50%CO+50%CO2 气氛下D为 4.88×10-9m2/s,k+为5.26×10-3m/s。粒径50～74μm高炉粉尘颗粒于50%CO+50%CO2气氛下的闪速还原反应活化能Ea及扩散活化能Ed分别为180.7kJ/mol和24.1kJ/mol;100%CO气氛下还原反应活化能Ea及扩散活化能Ed分别为117.3kJ/mol和37.3kJ/mol。粒径74～100μm的高炉粉尘颗粒于50%CO+50%CO2气氛下的闪速还原反应活化能Ea为176.3kJ/mol,100%CO气氛下反应活化能Ea为85.1kJ/mol。