摘要
国内外高磷铁矿资源储量丰富，但由于其独特的微观结构以及较高的磷含量，传统的高炉冶炼工艺会导致铁水中磷含量过高，难以用于炼钢。因此本文基于气基竖炉直接还原工艺，采用CH4炉内自重整制取还原气的方式，以国外某高磷铁矿为原料，开展气基竖炉还原-高温熔分工艺冶炼鲕状高磷铁矿球团的研究，模拟其在气基直接还原工艺下的还原行为、还原后与CH4进行热交换时的积碳行为，以及碳含量对后续金属化球团熔分脱磷的影响。 通过条件实验模拟高磷铁矿球团在气基直接还原工艺下的还原行为的结果表明，高磷铁矿球团的还原速率和还原度均随反应温度的升高而增大;还原气氛中还原性气体浓度越高，球团还原度越高，还原速率越快;由于H2与氧的结合能力大于CO,H2的还原能力强于CO以及H2分子在球团内部的扩散能力比CO强，因此球团在H2气氛下的还原度以及还原速率都远高于CO气氛下。 采用积分法对高磷铁矿球团在H2-N2气氛下的还原动力学分析，结果表明高磷铁矿球团在H2-N2气氛下的还原过程中表观活化能随着球团还原度的不断增加而升高，当还原度从0.2逐渐增加至0.9时，表观活化能由22.97 kJ/mol逐渐升高至37.18 kJ/mol。本实验中高磷铁矿球团在还原前期为气体内扩散控速，还原后期则为气体内扩散与界面化学反应混合控速。 首先通过非等温析碳实验确定CH4析碳反应主要发生在700～900 ℃的温度范围内，温度越高，CH4析碳越明显，随后通过等温条件实验结果表明了当析碳气氛中CH4浓度小于50％时，增加CH4的浓度能提高球团的积碳速率和最终碳含量。当析碳气氛中CH4浓度超过50％时，CH4的浓度对球团积碳速率和最终碳含量影响不大。积碳球团的XRD和SEM-EDS分析结果表明CH4析碳可以改变球团的孔隙结构和物相组成。球团中的金属铁会与碳形成铁碳固溶体（Fe3C），CH4析碳反应生成的碳不仅存在于金属化球团的表面，而是从球团表面向内部逐渐扩散，从球团的表面至中心，碳含量逐渐降低。 对于不同碳含量的金属化球团，添加CaO都可以有效降低所得熔分铁水的磷含量。在金属化球团的碳含量低于0.92 wt％的条件下，添加7.5～12.5％的CaO,通过熔分可以获得磷含量低于0.3 wt％的铁水，同时，金属回收率为85～91％。
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