非等溫條件下鐵礦石還原的數(shù)值模擬.pdf

1、鐵礦石還原反應(yīng)是煉鐵過程中十分重要的一個(gè)過程，自上世紀(jì)以來被諸多學(xué)者關(guān)注，目前已有不少的研究成果。前人的研究大部分是建立在等溫條件下的，即不考慮溫度變化對(duì)整個(gè)進(jìn)程的影響，但是在實(shí)際反應(yīng)中，由于溫度的大跨度變化，不僅會(huì)影響到反應(yīng)速度常數(shù)和傳輸參數(shù)，甚至可能會(huì)改變控制環(huán)節(jié)，因此，將還原過程考慮為等溫過程是不準(zhǔn)確的。
　　本文以單一球團(tuán)為研究對(duì)象，采用有限差分方法，通過聯(lián)立傳熱與傳質(zhì)和反應(yīng)進(jìn)行數(shù)值求解，得到了固相內(nèi)的溫度場和濃度場隨溫度

2、的變化，進(jìn)而得到轉(zhuǎn)化率隨時(shí)間的變化，以及轉(zhuǎn)化率的變化率隨時(shí)間的變化，從而對(duì)過程進(jìn)行定量表征。在所獲得的溫度場和濃度場的基礎(chǔ)上，一方面對(duì)不同氣相溫度下化學(xué)反應(yīng)不同階段的限制性環(huán)節(jié)進(jìn)行分析;另一方面給出相應(yīng)的溫度梯度，以及相應(yīng)的傳熱通量、化學(xué)反應(yīng)通量，用不可逆過程熱力學(xué)方法分析傳熱和化學(xué)反應(yīng)之間的相互干涉關(guān)系。得到的結(jié)論如下。
　　(1)球團(tuán)內(nèi)部的溫度場分布受主氣流溫度控制。選取直徑O.012m的球團(tuán)礦，設(shè)定反應(yīng)壓強(qiáng)為1atm，CO、

3、CO2體積分?jǐn)?shù)分別為67％、8％。用本模型計(jì)算得出，在主氣流溫度200-1100℃范圍內(nèi)，球團(tuán)內(nèi)部得到穩(wěn)定溫度場所需時(shí)間在39.5min和60min之間，其中在800℃時(shí)球團(tuán)溫度場達(dá)到穩(wěn)定需要的時(shí)間最短。
　　(2)整個(gè)進(jìn)程達(dá)到明顯化學(xué)反應(yīng)所需溫度為700℃。
　　(3)氣相溫度在200℃以下時(shí)，整個(gè)進(jìn)程受到外擴(kuò)散的單一因素限制。200℃以上，反應(yīng)在不同溫度段以及整個(gè)進(jìn)程的不同時(shí)間段控制性環(huán)節(jié)各不相同。
　　(4)溫度