反應(yīng)罐直接還原過程動力學(xué)機(jī)理研究.pdf

1、直接還原煉鐵屬于非高爐煉鐵，有著很多潛在的優(yōu)勢，近年來受到越來越多的重視。但直接還原過程溫度低，動力學(xué)條件不好，海綿鐵產(chǎn)量受到嚴(yán)重影響。因此，本文按照某隧道窯尺寸，根據(jù)相似原理確定了實驗室反應(yīng)罐模型和一維數(shù)學(xué)模型，從實驗和數(shù)值模擬的角度對反應(yīng)罐還原鐵精礦過程進(jìn)行了深入研究。
　　實驗部分，用箱式電阻爐以6℃/min將物料從室溫升至1100℃，保溫2小時后快速水冷制得海綿鐵樣品。實驗發(fā)現(xiàn)沿半徑方向存在明顯的溫度差異，且隨著反應(yīng)進(jìn)行呈

2、低-高-低趨勢；對樣品進(jìn)行的XRD和化學(xué)成分分析表明，溫度場的存在導(dǎo)致還原反應(yīng)速率的波動，還原度（R％）呈現(xiàn)類似“V”字變化；同時，我們還發(fā)現(xiàn)還原過程中沿徑向有膨脹現(xiàn)象。通過SEM圖像觀察到了鐵礦顆粒表面孔隙的明顯變化和鐵的晶須生長過程，并從晶體學(xué)和傳熱學(xué)角度對膨脹現(xiàn)象進(jìn)行了合理的解釋。數(shù)值模擬部分，建立了柱坐標(biāo)系一維數(shù)學(xué)模型，通過控制容積平衡法對方程進(jìn)行了離散，用MATLAB軟件對還原過程進(jìn)行了數(shù)值模擬。結(jié)果表明：半焦顆粒的導(dǎo)熱性能對

3、反應(yīng)罐中溫度場影響較大；沿半徑方向，還原度呈現(xiàn)“U”字型變化，“U”字型越寬表示鐵礦層中心還原度越低，海綿鐵中心深色區(qū)域越寬；只有靠近熱源處的半焦顆粒發(fā)生了氣化反應(yīng)，此處溫度曲線下降導(dǎo)致與鄰近溫度曲線相交，與實驗數(shù)據(jù)相吻合。
　　最后，利用本模型對反應(yīng)罐還原過程的限制性環(huán)節(jié)和工藝參數(shù)進(jìn)行了預(yù)測。對不同的還原劑和坩堝材質(zhì)進(jìn)行了數(shù)值實驗，結(jié)果表明選擇高導(dǎo)熱系數(shù)的還原劑和坩堝對還原過程有利，當(dāng)然還得考慮還原劑的揮發(fā)分、固定碳含量，以及坩