微尺度氧化铁粉还原过程的动力学模拟

第３４卷第５期２０１２年９月上海金属ＳＨＡＮＧＨＡＩＭＥＴＡＬＳＶ０１．３４，Ｎｏ．５Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ，２０１２３７微尺度氧化铁粉还原过程的动力学模拟王秀孙菲林姜多李秋菊洪新（Ｉ：海大学Ｅ海市现代冶金＿＝ｊ材料制备熏点实鹱室，上海２０００７２）【摘要】用热重分析法研究中低温条件下，氢气还原不同粒度氧化铁的过程，并提出了多颗粒反应料堆动力学模型，以模拟氧化铁微粉在中低温下的还原过程。该模型包括了化学反应动力学方程和颗粒间的气体扩散方程，采用全隐式有限差分方法对控制方程进行数值求解。通过计算得到不同粒度铁矿粉组成的反应料堆在不同温度下，还原率随时间的变化规律，并根据气体浓度在反应过程中的行为得知化学反应和气体扩散在反应速率控制过程中所起的作用。数值模拟数据与试验结果基本吻合。【关键词】微尺度氧化铁粉动力学模型还原率中低温气体扩散ＫＩＮＥＴＩＣＣＡＬＣＵＬＡＴＩｏＮＦｏＲＴＨＥＲＥＤＵＣＴＩｏＮＰＲｏＣＥＳＳｏＦＭＩＣＲＯ．ＳＣＡＬＥＨＥＭＡＴＩＴＥＳｕｎＦｅｉＬｉｎＪｉａｎｇｄｕｏＬｉＷａｎｇＸｉｕＱｉｕｊｕＨｏｎｇＸｉｎ（ＳｈａｎｇｈａｉＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＭｏｄｅｒｎＭｅｔａｌｌｕｒｇｙ＆ＭａｔｅｒｉａｌｓＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，ＳｈａｎｇｈａｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２０００７２，Ｃｈｉｎａ）【Ａｂｓｔｒａｃｔ】Ｔｈｅｌｏｗｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓｏｌｉｄｒｅａｃｔｉｏｎｗａｓｗａｓｒｅｄｕｃｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｏｆｈｅｍａｔｉｔｅｃｏｎｓｉｓｔｏｆｖａｒｉｏｕｓｐａｒｔｉｃｌｅｓｉｚｅｓｂｙｈｙｄｒｏｇｅｎａｔｓｔｕｄｉｅｄｂｙｕｓｉｎｇｔｈｅｔｈｅｒｍｏｇｒａｖｉｍｅｔｒｉｃａｎａｌｙｓｉｓｍｅｔｈｏｄ．Ａｋｉｎｅｔｉｃｍｏｄｅｌｆｏｒｇａｓ・ｔｏｄｅｖｅｌｏｐｅｄｓｉｍｕｌａｔｅｔｈｅｂｅｈａｖｉｏｒｏｆｈｅｍａｔｉｔｅｐｉｌｅｒｅｄｕｃｔｉｏｎａｔｍｉｄｄｌｅａｎｄｌｏｗｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ．Ｔｈｅｍｏｄｅｌｉｎｃｌｕｄｅｄｔｈｅｃｈｅｍｉｃａｌｒｅａｃｔｉｏｎｋｉｎｅｔｉｃ：ｅｑｕａｔｉｏｎａｎｄｍａｓｓｔｒａｎｓｆｅｒｓａｍｏｎｇｔｈｅｐａｒｔｉｃｌｅｓ．Ｔｈｅｆｉｎｉｔｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｍｅｔｈｏｄｗｉｔｈｉｍｐｌｉｃｉｔｆｏｒｍｕｌａｔｉｏｎｗａｓａｐｐｌｉｅｄｔｏｓｏｌｖｅｔｈｅｓｅｔｏｆｇｏｖｅｒｎｉｎｇｅｑｕａｔｉｏｎｓ，ｆｒｏｍｗｈｉｃｈｔｈｅｖａｒｉａｔｉｏｎｏｆｒｅｄｕｃｔｉｏｎｒａｔｉｏｏｆｈｅｍａｔｉｔｅｐｉｌｅｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｐａｒｔｉｃｌｅｓｉｚｅａｔｗｅｒｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓｗａｓｔｏｏｂｔａｉｎｅｄ．Ｔｈｅｒｏｌｅｓｏｆｃｈｅｍｉｃａｌｒｅａｃｔｉｏｎａｎｄｉｎｎｅｒｇａｓｄｉｆｆｕｓｉｏｎｔｈｅｂｅｈａｖｉｏｒｏｆｇａｓｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｄｕｒｉｎｇｔｈｅｒｅａｃｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓ．Ｔｈｅａｌｓｏｒｅｃｏｇｎｉｚｅｄａｃｃｏｒｄｉｎｇｗｅｒｅｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｄａｔａｃｏｎｓｉｓｔｅｎｔｗｉｔｈｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓ．【ＫｅｙＷｏｒｄｓ】Ｍｉｃｒｏｎ—ＳｃａｌｅＩｒｏｎＯｘｉｄｅ，ＫｉｎｅｔｉｃＭｏｄｅｌ，ＲｅｄｕｃｔｉｏｎＲａｔｉｏ，ＭｉｄｄｌｅａｎｄＬｏｗＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ，ＧａｓＤｉｆｌｕｓｉｏｎ直接利用粉矿的炼铁工艺日益得到业内重视。储满生小驯采用未反应缩核模型的单界面模型对循环流化床铁矿石在８００～１０００℃直接还原过程进行动力学分析，得出还原过程的控速环节是颗粒表面化学反应。ＢＯＮＡＬＤＥＡ¨１采用微粒模型模拟Ｈ，和ＣＯ混合还原氧化铁球团的还原过程，得出８００～９００ｏＣ反应的第一阶段由化学基金项目：国家自然科学基金资助项目（５０６３４０４０）作者简介：王秀，女，Ｅｍａｉｌ：Ａｐｐｌｅ．Ｗｘｉｕ＠ｇｍａｉｌ．ｔｏｎｉ反应和气体内扩散共同控速，第二阶段由气体内扩散控速。以上均为对中高温条件下氧化铁还原动力学的研究，本课题组王道净等。４ｏ提出了铁矿微粉在输送过程的低温（＜６００ｏＣ）、低压（＜０．２ＭＰａ）条件下氢气预还原的工艺。李秋菊＂ｊ建立了微尺度下氧化铁还原的动力学模型，以未反应缩核模型描述了单颗粒氧化铁气基还原的过程，万方数据ｐｃｒ－５ｆｏ３８上海金属第３４卷刈．ｆ誓质、ｆ簟热嗣Ｊ化。≯反应进行Ｊ，数ｆＪ｜【模拟祠…‘饽以往的研究多址针对ｔ丫Ｉ．颗粒钣化铁粉或铁矿球川，ｉ（１ｉ实阳：的反应过程为多颗粒堆箍，颗粒之问存在・定的Ｍ隙，１１ＩＪ隙会埘传质及化’孚：反应造成一ｓＬ＇的影响小文ｔ－要研究ＩＩ，低温条ｆ，ｆ：一Ｉ－＂多颗粒氧化铁粉的还膳ｉ机理，建口多颗粒反Ｊ以动力学模，礼通过数值模拟得到还原率‘ｊ温度、颗粒粒径、孔隙率的火系，并预测／ｆｉⅢ条件下的还原率ｌ实验材料与方法１．１样品制备实验＿Ｉｊ；ｉ料为ｈ，Ｏ，粉未．粉木纯度为９９．９％实验膳ｉ料分为Ｉ从ｊ类：将购火的Ｉ．’＾（）、作为・类．巾位径为３０３．９ｎｎｌ，称为ｌ’ｌ；将Ｐｌ红’碜式电阻炉Ｉｆ－加热至】１００气：，恒温２ｈ，窄冷后破碎筛分得到的ｌ：ｅ，（）、作为另・类，中位径为Ｉ．０９ＩｌｌＩｌｌ，称为Ｉ鬯Ｉ．２实验方法实验采川Ｉ热霞分析法研究低温下Ｈ：还壕ｉＩ・’Ｐ！（）；粉爪的反应过程、采用Ｔｈｅｌ’Ｍａｘ７００１ｌ！！热亟仪测定Ｊ互Ｊ矗过榉ＩＩ，试样的质毓变化实验步骤盘¨卜．：将２００ｍｇｈ，Ｏ，放入热承分析仪的坩埚・ｆｌ’通入Ｎ，（流：ｌ；＝为４０ｍｌ，／ｒａｉｎ）．排ｆｌｊ反应：｝｛；｜大Ｊ的，，ｌｉ７Ｃ：以１０弋：／ｒｕｉｎ的丌濉速率丁１．至指定温度后火ｆ４１Ｎ！．通入ＩＩ，（流：ｌ｝为５０ｍｌ，／ｍｉｌｌ）；恒油＾４０ｍｉｌｌ，火闭Ｈ二．迎入Ｎ！保ｆＪｌｌ令样ＩＩｆＩ完全冷上¨．取ｆ１１样。‰实验没定还原温度为４５０、５００、５５０℃和６００ｏＣ钣化铁粉的还原氍度川Ｉ还肟ｉｊ禾表，Ｊ：，产ｉｆ水还原刺夺取的钣｝ｌ｝一・ｆ根据试样还眨ｆｊｉ『后的币：：Ｉ｝变化米测定钣化铁粉ｎ÷・定条ｆ，｜：下的还原牢¨ｒ按照下工Ｉ＝ｉＩ．鲐：．ｊ¨，Ｉ／’为还瞒ｉ率．Ⅲ．，、Ⅲ、，，，，分别为Ｊ『殳心初始、反ｆ、讧Ｉｌ－干ＩｌＪ互心终Ｊ７的破・ｉＩ｛＝还原？昝的表达式如Ｆ：．厂：旦兰１１１０一，，ｔＩ２数值模拟２．Ｉ模型假设本研究将｝丫Ｉ．颗粒模型扩腱为多颗粒料堆模喇．球形料堆叶－Ｔ均匀分斫ｉ氧化铁颗粒．模Ｊ删Ｊｌ；ｉ删如Ｉ冬｛１所示模型联立ｌＪＪＪ个方稚：单颗粒的反Ｊ砸１，１视为爪反应缩核模刑，以此得…颗粒的化学反应速帛方程；颗粒之问又仃在问隙，ｒＩｒ以得ｔｔｒＣ体在万方数据问隙Ｉｆｌ的扩敞力‘稚此懊割㈨Ｉｆ，Ｊ‘描述ｒ反应过程Ｉｌｔ的７（１：１１４７“敞及反心速率的动力。≯：过程，图Ｉ多颗粒料堆还原模型原理图Ｆｉｇ．１Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｄｉａｇ，‘ａｎｌｏｆｈｅｍａｔｉｔｅｌｉｌｌｅ’ｓｒｅｄｕｃｔｉｏｎｍｏｄｅｌ２．２模型的数学方程本模型包含－ｒ７Ｃ卡ｕ传质方程和化’了：反心速率力‘稚。化学反应速率力‘程包含气体浓度，传质方程的源项包含化学反应速率方程．从宏观角度看，球形料堆足均匀还原的；从微观角度看，每个颗粒的反幢是局部进行的．可用未反应缩核模型描述２．２．Ｉ化’挲反应力‘程坼个钣化铁颗粒选川木反应缩核模型描述，反Ｊ缸速率‘ｊ７ｉ㈨反Ｊ越界【ｆＩ『干ｊ｛成ＩＩ：比。：根据未反应核模Ｊ叭ＩＩＩＨ！作为还瞒ｉ剂还原啦个氧化铁粉的反心速ｊ禾ｌ叮以表示为：”＝４ｒｒｒ；ｋ（１＋ｌ／Ｋ）（Ｃ．一Ｃ‘）（１）＾．＝斥【．ｅｘｐ（一Ｅ。／Ｒ７’）（２）Ｊ＝ｌ＝ＩＩｌ：■为颗粒一ｆＩ反应界ｌｆＩｆ的、Ｉ＂－径。Ｃ．为反应界ｆｆＩ『处的７Ｃ休浓度，Ｃ’为反Ｊ皿７ｅ体的平衡浓度，ＪＩ（为，Ｆ衡常数，七为化学反心速率常数，七。为频率ＩＮｆ，Ｅ。为太脱活化能，根执；术反幢核机理，还Ｄｊｉｊ昝・，Ｊｒｉ＿｛』ｌ＝（３）来表达：．／’＝Ｉ一（ｒ／ｒ。）’‘（３）』Ｉ＝一ＩＩ：ｏ为颗粒、卜径√‘为单个颗卡Ｚ的还原率。将式（３）代人八（１），徘式（４）：Ｉ’＝４７ｒｒ：七（１＋Ｉ／Ｋ）（１－Ｊ’）Ｔ（Ｃ．一Ｃ‘）（４）根据木反应核模型，ｌ划丰ｕ反腹物的消耗速率可表／Ｊｉ为：卜４．，鲁一÷矾％３。２・’ｉ２一了印０７。扒（５）１）’第５期王秀等：微尺度氧化铁粉还原过程的动力学模拟３９式中：ｐｏ为颗粒中需去除的氧的摩尔浓度。将式（５）代入式（４），得式（６）：２．２．３初始及边界条件初始条件：（６）Ｃ（ｒ，ｔ）＝０，ｔ＝０，０＜ｒ＜Ｒ（１。厂（ｒ，ｔ）＝０，ｔ＝０，０＜ｒ＜Ｒｎ（１０）（１１）盟Ｏｔ＝ｐ丝ｏｒｇｆｌ＋÷）（１一力丁２（Ｑ－Ｃ＊）料堆整体的还原率为：边界条件：（７）火Ｒｏ，ｔ）＝ｌ，ｔ＞０ａＣ（ｒ，ｔ）／Ｏｒ＝０，ｒ＝０，ｔ＞０（１２）（１３）（１４）。７’Ｆ：盟４娑：刍Ｊ．跏铀一了７ｒ瑞一耐。”’。Ⅲ式中：尺。为反应料堆的半径，ｒ为径向半径。２．２．２气体扩散方程抓ｒ，ｔ）／Ｏｒ＝０，ｒ＝０，ｔ＞０２．３参数确定（１）表观活化能气体质量平衡方程为：反应速率常数及表观活化能与温度之间的关（８）系可由阿累尼乌兹公式表示：后＝ｋｏｅｘｐ（一Ｅ。／ＲＴ）（１５）对式（１５）求自然对数，便可根据实验数据计算不同还原阶段的活化能值。图２为还原率为０．５的瞬时阿累尼乌兹图，由图２可知，Ｐ１的拟合Ｏｅ挑ＣＬ＝Ｄ吖１引Ｏ［ｒ２ｉＯＣｉ）一ｙ式中：ｓ为颗粒间的孔隙率，ｙ为料堆整体的化学反应速率，可由式（９）表示：也ｙ＝ｉ』—吾半＝半（１＋上）（１一／）了２Ｋ（ｃ。ｒ。＼‘。／＼１川…。一Ｃ＋）将八ｒ，ｔ）代入式（７）中，求得Ｆ（￡）的表诀式。（９）线方程为ｌｎＶ＝５．６０—３８６７．２６／Ｔ，计算得Ｅ，，＝３２．１４联立式（６）和（８）可求得／（ｒ，ｔ）的表达式，再ｋＪ／ｔｏｏｌ；Ｐ２的拟合线方程为ｌｎＶ＝７．１５—ｋＪ／ｔｏｏｌ。５２６１．９１／Ｔ，计算得Ｅ，，＝４３．７３图２还原率为０．５的瞬时阿累尼鸟兹图Ｆｉｇ．２Ａ１ＴｈｅｎｉｕｓＰｌｏｔｓｗｈｅｎｔｈｅｒｅｄｕｃｔｉｏｎｄｅｇｒｅｅｉｓ０．５（２）平衡常数表１为各种铁氧化物的还原反应方程及热力学数据。当温度低于５７０ｃＣ时，没有ＦｅＯ生成，不考虑（３）孔隙率８料堆的孑Ｌ隙率采用漏斗法【列测得，将一个量杯放在Ｈａｌｌ漏斗正下方，量杯的容积为２５ｃｍ３，未反应核，只考虑Ｆｅ，Ｏ。一Ｆｅ的过程；当温度高于５７０℃时，ＦｅＯ生成，Ｆｅ０一Ｆｅ的过程比较缓慢，忽略未反应核与Ｆｅ，Ｏ。层，只考虑Ｆｅ０一Ｆｅ的过程。表１各种铁氧化物的还原反应方程及热力学数据№］Ｔａｂｌｅ１ＡｌｌｋｉｎｄｓｏｆｉｒｏｎｏｘｉｄｅｒｅｄｕｃｔｉｏｎｅｑｕａｔｉｏｎａｎｄｔｈｅｒｌＴｌｏｄｙｎａｍｉｃｄａｔｅ［６］还原反应方程粉末从漏斗自然流出充填量杯；当量杯充满后，将漏斗移开，用刮刀贴着量杯顶部将多出的粉末刮平，用天平称出量杯中粉末的质量ｍ。孔隙率的表达式如式（１６），计算得Ｐ１的孔隙率为０．４１，Ｐ２的孑Ｌ隙率为０．６７。占＝（２５一ｍ和ｎ们，）／２５其中Ｐｈ灿＝５．２４∥ｃｍ３（４）有效扩散系数Ｄ∥（１６）÷Ｆｅ３０。＋Ｈ：＝÷Ｆｅ＋Ｈ：ｏＦｅＯ＋Ｈ２＝Ｆｅ＋Ｈ２０Ｋ＝ｅｘｐ（半＋３Ｋ＝ｅｘｐ（一ＡＧ／１９．１４５Ｔ）５８５）Ｋ＝ｅｘｐ（Ｔ－８２７＋ｏ．４６８）有效扩散系数根据Ｄ。∥＝笠计算，ｓ为孔隙ｃ．ｎ万方数据上海金属第３４卷率，丁为曲折度。曲折度｝６。是一个大于１的数，对于不固结的料粒，其值在１．５～２．０范围内，根据与类似材料得到的结果做比较，曲折度取值为２。０。实验中由于Ｈ：的不断输入，因Ｈ：气氛压力过大，还原产物水蒸气无法扩散出去，在颗粒表面形成一层水蒸气膜，水蒸气膜会对Ｈ，的扩散造成一定的阻力。因此根据Ｈ：在孔隙内不同的扩散机理，对扩散系数进行修正，计算公式如下：Ｄ。＝（Ｄ让Ｈ２０＋Ｄ‘‘）“（１７）其中Ｄ。，出。是Ｈ：在Ｈ：０中的分子扩散，其表达式如下：式中７１为反应温度，单位为Ｋ；Ｐ为压力；Ｍ。，、吣。，＝器√袁＋赤㈣，ＭＨｌ０为Ｈ２和Ｈ２０的分子量；＂Ｈ１、ＵＨ２０为Ｈ２和Ｈ２０的扩散量，＂Ｈ，＝７．０７，秽ｍｏ＝１２．７；Ｄ。是气相通过多孑Ｌ介质的扩散，即克努曾扩散。克努曾扩散系数可用式（１９）表示：ＤＫ＝０．９７ｒｖ／彤Ｍ（１９）式中ｒ为孑Ｌ隙半径，其值取颗粒的半径，ｎｌ；Ｔ为反应温度，Ｋ；Ｍ为扩散气体（Ｈ：）的分子量。通过计算得Ｈ，在多颗粒料堆中的扩散系数如表２。表２Ｈ，在多颗粒料堆中的扩散系数Ｔａｂｌｅ２ＥｘｐｒｅｓｓｉｏｎｓｏｆｄｉｆｆｕｓｉｏｎｓｃｈａｎｇｅｗｉｔｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＰ１２．９１×１０７×Ｐ５０．４１×１０—８×ｒ１７５Ｐ２０．９７×１０—６×ＴＯ５２．４数值计算万法采用控制容积积分法…对控制方程进行离散化处理。首先对式（８）通过控制容积法进行整合：丘矿计～Ｏ挑Ｃｄｔ＝。ｆｔ．＋ａｔＤｒ２籍加ｃｒ２加掣（ｃ，）一僻）地［警一ｆｔ＋ＡｔＶｄｔ（２０）采用全隐式模式化简式（２０）：堕鲁盟］－丝３训（分）。Ｊ一（２１）、’将式（２１）两沩同除以Ａｔ，得一般表达式：万方数据ｏＰＣＰ＝（１ＥＣＦ＋ⅡｗＣｗ＋血０，，ＬＯＰ＋Ｓ“（２２）其中ａｐ讥＋ａＷ瑚＿叫。＝篆，％＝＿Ｄ＾２。ｓ。ｅ—ｓ。《（６ｒ）。’叶’■３Ａｔ其中Ｍ＝半（，＋去）（１～力２／３５，＝一塑产，ＳＵ－塑竽点畔，一维传质离散化方程式，待求浓度的节点只与前后两节点的浓度有关，这样形成的代数方程组的系数矩阵将是三对角阵，采用ＴＤＭＡ法求解。为了讨论方便，把式（２２）两边同除以Ⅱ，，改写为：Ｃ。＝Ａ。Ｃ。＋ｌ＋Ｂ。Ｃ。一ｌ＋Ｄ，（２３）假设共有Ｍ个节点，即ｉ＝ｌ…Ｍ。当ｉ＝１时，Ｂ，＝０；当ｉ＝Ｍ时，Ａ，＝０。Ｃ１＝ＡＩＣ２＋Ｄ１Ｃ２＝Ａ２Ｃ３＋Ｂ２Ｃｌ＋Ｄ２Ｃ＂一Ｉ＝Ａｗ一】ＣⅣＡｗｌＣｗ一２＋Ｄ＂一ｌＣ”＝Ｂ”Ｃ埘ｌ＋ＤＭ（２４）３模拟结果图３为本实验氧化铁粉的还原及计算曲线的对照图，其中实线为实验所得的还原反应曲线，虚线为数值计算所得的还原曲线。通过模拟计算，在５００ｃｃ下，Ｐ１还原率达到０．９９需要１４７０Ｓ，Ｐ２还原率达到０．９９需要３３８２Ｓ；在６００ｏＣ下，Ｐ１还原率达到０．９９需要１８９０Ｓ，Ｐ２还原率达到０．９９需要１７６８Ｓ。由两种数据对比可以看出，计算结果与还原实验结果基本吻合，说明用此模型描述气相还原铁矿微粉过程是可行的。从图３可以看出，还原反应可分为三个阶段。第一阶段为Ｆｅ：Ｏ，一Ｆｅ，Ｏ。（理论转化率为０．１１），此阶段模拟值略小于实验值，且Ｐｌ的偏差值大于Ｐ２。这主要是因为随着氧化铁粉粒径的减小，比表面积增大，表面吸附能力变强，颗粒的自催化活性增强，因此反应速率极大，而本模型并未考虑颗粒的吸附力及自催化性。反应的第二阶段，模拟值与实验值契合得很好，反应主要由表面化学反应和气体扩散混合控速。反应的第三阶段，在５００℃条件下，Ｐ１及Ｐ２的模拟值与实验值基本吻合；在第５期王秀等：微尺度氧化铁粉还原过程的动力学模拟４１６００℃的还原试验中，Ｐ１及Ｐ２反应后期还原速率者之间的偏差，但是这一因素只对反应的最后阶段极小，且还原率只能达到０．９５左右。如图３（ｂ）和有影响，并不影响整体的预测效果。由此可见，本３（ｄ）所示，模拟值大于实验值，这是因为反应后期模型只适用于中低温条件下的氧化铁微粉还原实生成大量的铁须，致使粉体问形成搭桥发生严重的验的预测，温度过高时，颗粒黏结严重，颗粒之间的黏结，进而阻碍还原气体的扩散，致使反应速率减孑Ｌ隙减少影响对气体浓度在反应过程中扩散行为慢。而本模型设定颗粒问的孔隙率不变，造成了两的预测，最终导致模拟结果出现偏差。装＊毯图图３实验与计算结果比较图Ｆｉｇ．３Ｃｏｎｔｒａｓｔｏｆｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｄａｔａａｎｄｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｄａｔａ４结论参考文献考虑到实际的反应条件，将颗粒问的孔隙率［１］储满生，方觉．循环流化床铁矿石直接还原过程动力学分作为影响因素，建立氧化铁微粉还原的多颗粒模析［ｊ］．东北大学学报，２００１，２２（２）：１４０—１４２．型，用于模拟氧化铁微粉在中低温度下的还原反［２］秦洪．煤气化过程中单颗粒吸收剂脱硫反应模型概述［Ｊ］．应过程。数值模拟结果给出了还原过程中的还原东北电力大学学报，２００９，２９（２）：３５－３８．率随时间的变化，且与实验结果基本吻合。［３］ＢｏｎａｌｄｅＡ，ＨｅｎｒｉｑｕｅｚＡ，ＭａｎｒｉｑｕｅＭ．ＫｉｎｅｔｉｃＡｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅＩｒｏｎＯｘｉｄｅＲｅｄｕｃｔｉｏｎ反应的开始阶段，由于颗粒的表面活性及自ＵｓｉｎｇＨｙｄｒｏｇｅｎ—ＣａｒｂｏｎＭｏｎｏｘｉｄｅＭｉｘｔｍｅｓａｓＲｅｄｕｃｉｎｇＡｇｅｎｔ［Ｊ］．ＩＳＩＪＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ，２００５，４５催化活性较强，实验值略大于模拟值，在之后的研（９）：１２５５—１２６０．究中会对此阶段的控速环节进行修改。反应中［４］手道净，陈华．铁矿微粉低温快速氖还原实验研究［Ｊ］．过期，实验值与模拟值契合良好，反应由表面化学反程工程学报，２００７，７（４）：７０６，７１１，应和气体扩散混合控速。反应后期，５００℃条件［５］李秋菊．微纳米铁矿粉气相还原动力学研究［１）］．上海：｝：下，模拟值与实验值基本吻合；而６００℃条件下，海大学，２００８．［６］韩其勇．冶金过程动力学［Ｍ］．冶金工业出版社，１９８３．由于颗粒发生黏结，颗粒问孔隙率减小，这与模型［７］韩风麟．粉末冶金基础教程一基本原理与应用［Ｍ］．华南理的第２个假设相违，模拟值大于实验值。因此，本工大学出版社，２００５．模型只适用于中低温条件下的氧化铁微粉还原实［８］陶文栓．数值传热学［Ｍ］．西安交通大学出版社，１９８６．验的预测。收修改稿日期：２０１２—０４—２６万方数据微尺度氧化铁粉还原过程的动力学模拟

作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：

王秀， 孙菲， 林姜多， 李秋菊， 洪新， Wang Xiu， Sun Fei， Lin Jiangduo， Li Qiuju， HongXin

上海大学上海市现代冶金与材料制备重点实验室,上海,200072上海金属

Shanghai Metals2012,34(5)

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