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摘要：氨气是高氢能载体，可以作为高效还原气应用于钢铁行业，相较于氢气，具有易液化和便于储运方式的优点。因此，本研究提出“以氨代氢”进行直接还原铁矿粉的思路，并结合热力学分析，开展900～1 100 ℃下NH3直接还原磁铁矿试验。着重分析了高温条件下NH3还原效果的变化规律及还原产物微观形貌和孔隙结构的演变规律，并与相同条件下H2还原效果进行对比。研究结果表明：与H2还原热力学结果相比，相同温度条件下，较低的NH3相对分压就可以将Fe3O4还原为Fe，说明NH3具有一定的还原优势。在900℃下，NH3与H2还原产物的TFe质量分数相比仅差4%左右，说明NH3具有与H2相当的还原能力，且NH3的还原产物由于存在铁氮化物，导致其金属化率较H2还原产物低14%左右；通过提高温度可以分解产物中的铁氮化物达到脱氮效果，并且在1 000～1 100 ℃下，NH3还原金属化率普遍高于H2，金属化率高达98%。微观分析结果显示，相比H2还原，NH3还原产物表面盲孔分布更密集，内部交联孔更复杂，并且内部的枝状连接结构有利于NH3向精矿内部扩散，同时随还原时间延长，NH3还原产物有由蜂窝铁向致密铁转变的趋势。NH3还原过程中微孔孔体积占比降低了11.79%、分维值降低了0.139，表明还原过程中样品表面有由粗糙向光滑转变的趋势，并且孔隙结构存在明显动态变化。本研究证明了高温条件下NH3还原更具优势，其还原过程中复杂的孔隙与动态变化的孔隙结构，均为NH3进入精矿内部提供了扩散通道。研究结果为“以氨代氢”的直接还原炼铁技术提供实证数据，同时对低碳冶金的可持续发展具有一定意义。
文章目录
1 试验原料及方法
1.1 试验原料及设备
1.2 试验方法
1.3 评价指标
2 结果与讨论
2.1 热力学分析
2.2 还原效果对比
2.3 物相组成
2.4 微观形貌
2.5 孔隙结构
3 结论
