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铁氧化物/碳混合物还原的热分析质谱研究及热分析动力学解析

专 业: 钢铁冶金
关键词: 铁氧化物 固体碳 碳气化反应 还原反应 热分析 质谱分析
分类号: TF513
形 态: 共 83 页 约 54,365 个字 约 2.601 M内容
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内容摘要


铁氧化物/碳混合物制成的压块或球团在高炉和非高炉炼铁中得到成功应用。

对其进行还原机理和动力学研究具有理论价值和应用价值。

铁氧化物/碳混合物的还原过程是通过CO还原铁氧化物和碳气化两个气-固反应耦合完成的。

为了揭示这个复杂反应机理,本课题采用热分析-质谱联用技术,分别进行了碳气化反应和铁氧化物/碳混合物的还原实验研究。

主要结果示出:1 碳的气化反应分为气化反应热很小的缓慢气化阶段和伴随较大气化反应热的快速气化阶段进行。

2 铁氧化物/碳混合物中,铁氧化物还原分为 Fe<,2>O<,3>→Fe<,3>O<,4>、Fe<,3>O<,4>→FeO、FeO→Fe三个阶段。

第一阶段的气体产物是CO<,2>;第二阶段的气体产物中除了CO<,2>外,逐渐有CO生成并随反应的进行浓度不断增加;第三阶段的气体产物CO<,2>和CO共存。

基于 Arrhenius 的微分活化能表达式,建立了非等温微分活化能关系式,即表观活化能由反应速率活化能和反应模式活化能组成。

用非等温微分活化能对碳的气化反应和铁氧化物/碳混合物的还原过程进行解析的结果:1 碳气化反应的快速反应阶段的E<,a>=35~282kJ/mol,E<,a>随着升温速率增加越近似常数。

2 在混合体系中铁氧化物还原的E<,a>=3~344kJ/mol R<20%,E<,a>=130~280kJ/mol20%=2~190kJ/mol R>55%。

3 在混合体系中碳气化反应的E<,a><60kJ/mol R<20%,E<,a>=60~300kJ/mol20%=38~250kJ/molR>55%。

4 E<,fa>总体趋于随着反应进程的增加而增加,E<,r>则相反..……

全文目录


文摘
英文文摘
论文说明:主要符号说明
引言
第一章 文献综述
1.1铁氧化物/碳混合物还原的基本理论
1.1.1铁氧化物/碳混合物还原的热力学
1.1.2铁氧化物/碳混合物还原的机理
1.1.3铁氧化物/碳混合物还原的反应类型
1.1.4铁氧化物/碳混合物还原的动力学研究现状
1.1.5铁氧化物/碳混合物还原动力学存在的问题及其原因
1.2热分析质谱分析法
1.2.1热分析质谱法的发展
1.2.2热分析质谱法的应用
1.2.3热分析质谱法的展望
1.2.4热分析质谱法研究铁氧化物/碳混合物还原的科学性
1.3热分析动力学
1.3.1热分析动力学的基础理论
1.3.2热分析动力学的分析方法
1.3.3热分析动力学的新技术
1.4活化能的基本理论
1.4.1活化能的Arrhenius的定义
1.4.2非Arrhenius型反应
1.4.3非Arrhenius活化能的理论解释
1.5热分析动力学解析铁氧化物/碳混合物还原的实用性及其改进
1.5.1质量作用定理的适用性及其改进
1.5.2 Arrhenius定理的有效性及其改进
第二章 研究内容和方法
2.1课题的提出
2.2研究的内容和意义
2.3实验内容与设备
2.3.1实验内容
2.3.2实验设备
2.4本课题创新之处
第三章 碳气化反应热分析动力学
3.1实验方法
3.1.1实验条件
3.1.2实验特征参数的计算
3.2实验结果
3.3碳气化反应机理
3.3.1反应机理
3.3.2反应机理的分析与讨论
3.4碳气化反应的热分析动力学速率式
3.5非等温微分表观活化能法
3.5.1非等温微分表观活化能公式推导
3.5.2非等温微分活化能法求的活化能结果与分析
3.6本章小结
第四章 铁氧化物/碳混合物还原的机理研究
4.1实验方法
4.1.1实验试样
4.1.2实验条件
4.2实验结果
4.2.1热分析实验结果
4.2.2质谱实验结果
4.3实验结果分析
4.3.1热分析实验结果分析
4.3.2质谱实验结果分析
4.4气体产物CO和CO2的相对浓度计算
4.4.1 CO和CO2相对浓度计算的方法
4.4.2 CO和CO2实验数据处理方法
4.4.3 CO和CO2相对浓度计算的结果
4.5本章小结
第五章 铁氧化物/碳混合物还原的热分析动力学
5.1铁氧化物/碳混合物还原过程的还原度计算
5.1.1还原度定义
5.1.2还原度测量方法
5.1.3还原度与失重质量关系
5.1.4还原速率与失碳速率的计算结果
5.2铁氧化物还原反应的热分析动力学速率式
5.3铁氧化物/碳混合物还原的非等温微分活化能
5.3.1混合体系中铁氧化物还原的非等温微分活化能的结果
5.3.2混合体系中碳气化反应的非等温微分活化能的结果
5.4铁氧化物/碳混合物还原的动力学分析
5.4.1铁氧化物/碳混合物还原过程限制性环节判断方法
5.4.2铁氧化物/碳混合物还原过程限制性环节判断
5.5本章小结
结论
参考文献

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中图分类: > TF513 > 工业技术 > 冶金工业 > 炼铁 > 理论与计算 > 冶炼实验和分析

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