Ảnh hiển điện tử quét, SEM, được sử dụng để đánh giá hình thái bề mặt của quặng sắt sau khi nung rắn và hoàn nguyên. Hình 4.14 là ảnh tổ chức bề mặt của mẫu quặng viên sau nung rắn 1200°C. Ta có thể nhận thấy tổ chức liền khối. Sau khi hoàn nguyên ở 950°C trong 15 phút, Hình 4.15, đã xuất hiện các vùng không liền khối và bề mặt trở nên nhám hơn do sự khuếch tán khí hoàn nguyên. Như phân tích XRD ở trên, các phần bề mặt nhám này chính là các pha kim loại Fe mới hình thành.
67
Hình 4.16 biểu thị hình thái bề mặt của quặng viên sau khi hoàn nguyên đến 90 phút. Trên bề mặt đã xuất hiện các dạng xốp nhiều hơn, và các hạt kim loại trên bề mặt cũng lớn hơn.
Hình 4.14. Ảnh hình thái bề mặt mẫu quặng viên sau nung đóng r n Ô-xy hóa 1200°C, 2h.
68
69
Chương 5. Kết luận
Các kết quả nghiên cứu nhận được cho thấy quặng viên ô-xýt được hoàn nguyên thuận lợi. Sự hoàn nguyên nhanh có thể giải thích dựa trên bản chất tinh khiết của nó và sự có mặt của sắt trong quặng Ê-ma-tít. Các kết quả cho thấy tác động rõ rệt của nhiệt độ lên mức độ hoàn nguyên trong tất cả các mẫu quặng viên Ê-ma-tít. Tốc độ hoàn nguyên được thúc đẩy đáng kể bởi sự tăng nhiệt độ lên đến 1000°C và sau đó giảm dần tại 1050°C. Tại tất cả các nhiệt độ nghiên cứu, mức độ hoàn nguyên tăng cùng với thời gian nung đẳng nhiệt, tốc độ hoàn nguyên diễn ra nhanh hơn trong 45 phút đầu bởi ảnh hưởng lớn của chất bốc. Tốc độ hoàn nguyên tăng cùng với việc tăng thời gian nung, Sự hoàn nguyên có thể đạt được bởi khí sinh ra trong quá trình khí hóa cũng như tác động của hàm lượng chất bốc trong than.
Các thông số động học của quá trình hoàn nguyên, tuân theo quy luâth động học phản ứng bậc nhất, nhận được như sau:
Nhiệt độ, °C Hằng số tốc độ phản ứng, k
Mẫu 5mm Mẫu 10mm Mẫu 15mm
850 7.89*10-3 5.84*10-3 900 12.57*10-3 950 16.32*10-3 15.15*10-3 14.47*10 -3 1000 19.86*10-3 1050 22.03*10-3 18.97*10-3 17.94*10-3
Giá trị năng lượng hoạt hóa tương ứng đối với các quặng viên kích thước 15, 10 và 5 mm là E = 70.34, 54.79 và 48.8 kJ, cho biết quá trình phản ứng thuộc miền động học.
Mức độ kim loại hóa của quặng viên 15mm sau khi hoàn nguyên tại 1050°C trong 15 và 90 phút tương ứng là: 44.34 và 96.39%.
70
Tài liệu tham khảo
1 GHOSH A, CHATTERJEE A. Ironmaking and steelmaking : theory and practice. New Delhi-110001: PHI Learning Privated Limited; 2008.
2 CHATTERJEE A. Sponge Iron Production by Direct Reduction of Iron Ore. PHI Learning Private limited; 2010.
3 J.O. Edstrom. The mechanism of reduction of iron oxides. J. Iron Steel Inst. 1953;175:289– 304.
4 E. F. Mazurov, S. M. Gnuchev, V. S. Skripchuk, A. A. Markin, E. S. Lyalin. Sponge iron as a charge material. Metallurgist. 1964;8(11):602-604.
5 H.V. Duong, R.F. Johnston. Kinetics of solid state silica fluxed reduction of chromite with coal. Ironmaking & Steelmaking. 01 June 2000;27(3):202-206.
6 S. P. Matthew, T. R. Cho, P. C. Hayes. Mechanisms of porous iron growth on wustite and magnetite during gaseous reduction. August 1990;21(4):733-741.
7 D. K. Biswas, S. R. Asthana, V. G. Rau. Some Studies on Energy Savings in Sponge Iron Plants. Aug 29, 2003;125(3):228-237.
8 S.K. Dutta, A.B. Lele, N.K. Pancholi. Studies on direct reduced iron melting in induction furnace. Trans. Indian Inst. Met. 2004;57(5):467-473.
9 Shalini, Sharma, T., Saxena, V. K., Upadhyaya. Reduction of Iron Ore Pellets with Non- coking Coal. Journal- institution of engineers India part mm metallurgy and material science division. 2005;86(1):34-36.
10 Damien Wagner, Olivier Devisme, Fabrice Patisson, Denis Ablitzer. A laboratory study of the reduction of iron oxides. Sohn International Symposium. 2006 August 27-31 ;2:111-120. 11 Sun SS. A Study of Kinetics and Mechanisms of Iron Ore Reduction in Ore/Coal
Composites. Open Access Dissertations and Theses. Paper 3370; 1997.
12 Kalluraya A S, Ramachandra G K, Srinivasan T M. Iron ore pellets as feed to Sponge Iron Plants. Steelworld. 2006 March 17-21.
13 Singh AK. Preparation and characterization of sponge iron - MSc Thesis. June 2009. p. 1-72. 14 MOURÃO, M. B., TAKANO, C. Self-reducing pellets for ironmaking: mechanical behavior.
Mineral Processing and Extractive Metallurgy Review. 2003;24(3-4): 233-252.
15 GHOSH A, GHOSH S. A Textbook of Metallurgical Kinetics. New delhi 110001: PHI Learning Private Limited; 2014.
16 Gupta RC. Theory and laboratory experiments in ferrous metallurgy. New Delhi-110001: PHI Learning; 2010.
17 Kumar M, S. Jena, S. K. Patel. Characterization of properties and reduction behavior of iron ores for application in sponge ironmaking. Mineral Processing and Extractive Metallurgy Review. 2008;29(2):118–129.
18 PGS Lê Cộng Hòa, Trần ăn Niêm. Động hóa học. Nhà xuất bản Bách Khoa.
19 DONSKOI.E , McELWAIN.D.L.S. Estimation and Modeling of Parameters for Direct Reduction. Metallurgical and Materials Transactions B. 2003;34:93-102.
71
20. CHATTERJEE, AMIT, “Sponge Iron Production by Direct Reduction of Iron Oxide”, PHI Learning Private Limited, 2011
21. CHATTERJEE, AMIT, “Production of Hot Metal by Smelting Reduction of Iron Oxide”, PHI Learning Private Limited, 2011.
22. Duong, H. . and Johnston, R. F., (2000), „„Kinetics of solid state silica fluxed reduction with coal.‟‟ Ironmaking and Steelmaking, 27, pp. 202–206.
23. SARANGI, BIDYAPATI, SARANGI, ARABINDA, “Sponge Iron Production in Rotary Kiln”, PHI Learning Private Limited, 2011.
24. Sandeep Kumar Baliarigh. and Barun Mishara (2008), “Kinetics of Iron ore reduction by coal and charcoal”, Bachelor thesis.
25. Bài giảng nguyên nhiên liệu luyện kim. TS Ngô Quốc Long. Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội.
26. Bài giảng Công nghệ ật liệu mới. GS.TSKH Bùi ăn Mưu. Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội.
27. Bài giảng kỹ thuật mới trong công nghệ Gang thép. TS Nguyễn Hoàng iệt. Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội.