Some aspects of hydrogen reduction of iron ore

Fines of hematite and magnetite were studied in the fluidized bed using a pure hydrogen atmosphere in the temperature range of 768 to 888 K. Hematite pellets were studied based on Thermogravimetric Analysis (TGA) experiments using hydrogen atmospheres containing 0–15 % pH2O, in the temperature range of 873 to 1173 K. Thermocouples in contact with the pellet’s surface and embedded in the pellet’s center recorded the thermal gradient in the pellet during reduction. The fluidized bed and the TGA experiments used an alternative method to start the reaction. The furnace was pre-heated with a reactive atmosphere. After this, the reaction was initiated by introducing the sample to the hot furnace, to eliminate the effect of gas dilution during gas switching. After the experiments, Scanning Electron Microscopy (SEM)analyses were employed to study the reduction microstructures. Both types of fines showed similar reduction rates. Fines and pellets showed high initial reduction rates, which increased with increasing temperatures. The reduction rate in the last reduction stage was low for both fines and pellets. An increasing pH2O content in the atmosphere lowered the reaction rate, and theeffect decreased with increased temperature. A difference between the pellet's surface and center temperatures was observed during reduction. The pellet'smacro-pore structure was seen to be unaltered by changes in temperature or atmosphere. However, at 873 K, the iron product microstructure was found to be highly porous. Furthermore, increasing temperatures caused dense iron to form. In addition, when porous iron or iron oxides were observed, increasing pH2O contentsincreased the pore diameter but decreased the pore amount. Pellet properties with varied pellet compositions were also investigated using Cold Crushing Strength (CCS), reduction in a TGA setup, and melting experiments. The composition was not found to influence the mechanical or reduction properties but significantly affected the
Reduktion av hematit- och magnetitpulver studerades i ren vätgas i en fluidbädd, i temperaturintervallet 768–888 K. Hematitpellets studerades i en Termogravimetrisk Analysutrustning (TGA), i temperaturintervallet 873–1173 K med en atmosfär av vätgas och 0–15 % pH2O. Även termoelement borrades in i kärnan på pellets innan reduktion. Tillsammans med ett termoelement i kontakt med pelletens yta kunde temperaturgradienten i pelleten mätas under reduktionen. Ett alternativt sätt att starta reduktionen i både fluidbädden och TGA-utrustningen användes, där provet introducerades till en varm ugn och en stabil reaktiv atmosfär från ett icke-reagerande tillstånd vid låg temperatur. I den traditionella metoden värms provet upp till den experimentella temperaturen i inert gas, varefter gasen byts ut till en reaktiv gas för att starta reaktionen. Metodförändringen gjordes för att undvika osäkerheter som annars kan introduceras av utspädningssteget i den tidigare metoden. Analys med Svep Elektron Mikroskopi (SEM) genomfördes för att följa reduktionen. Båda typerna av malmpulver reducerade med en liknande hastighet. Reduktionen av både pulver och pellets var snabb i början, och hastigheten ökade med en ökande temperatur. Reduktionshastigheten under den sista delen av reduktionen var långsam, och där hade temperaturen inte stor inverkan. För pellets visade ett ökande pH2O värde på sjunkande reaktionshastighet, men effekten avtog med en ökande temperatur. Under reduktionen uppmättes en temperaturskillnad mellan pelletens yta och centrum vid samtliga temperaturer. Ingen skillnad i pelletens makroporositet kunde ses med en ändrad temperatur. Däremot skiljde sig mikrostrukturen i kornen åt. Vid 873 K bildade järnet en porös struktur, men vid en högre temperatur var det bildade järnet solitt. Med ökande pH2O värden vid 873 K sågs pordiametern i järnet öka men antalet porer minska. Porös järnoxid observerades under reduktionen vid samtliga temperaturer och pH2O värden, och ökande tempera