基于磁化焙燒的多孔介質(zhì)褐鐵礦還原度的特性研究.pdf

1、鋼鐵材料是目前及將來長時(shí)間內(nèi)國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要基礎(chǔ)之一。然而，目前我國高品位鐵礦資源已日漸匱乏。以褐鐵礦為代表的低品位難選鐵礦的高效檢選已經(jīng)成為實(shí)現(xiàn)我國經(jīng)濟(jì)、社會(huì)可持續(xù)發(fā)展過程中必須解決的問題。
　　傳統(tǒng)的褐鐵礦焙燒還原主要是在豎爐、沸騰爐和回轉(zhuǎn)窯等中進(jìn)行，但是這些設(shè)備存在能耗高、還原時(shí)間長等缺點(diǎn)，造成設(shè)備整體結(jié)構(gòu)及相關(guān)技術(shù)不過關(guān)，不僅還原焙燒質(zhì)量較差，而且操作管理難度大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，投資高，收塵系統(tǒng)復(fù)雜。基于內(nèi)蒙古固陽褐鐵礦循環(huán)流

2、化床磁化焙燒的開發(fā)項(xiàng)目，為了深入了解微細(xì)褐鐵礦粉的還原機(jī)理及動(dòng)力學(xué)行為，本文針對褐鐵礦粉在中、低溫下氣體還原的過程建立數(shù)學(xué)模型，對褐鐵礦磁化焙燒進(jìn)行數(shù)值模擬，為低品位褐鐵礦的應(yīng)用提供理論依據(jù)。
　　本文運(yùn)用同步熱分析儀研究CO還原褐鐵礦粉的動(dòng)力學(xué)過程。應(yīng)用掃描電鏡分析了脫水后褐鐵礦的結(jié)構(gòu)，利用比表面和孔隙度分析儀測定了比表面積和孔隙度的變化。結(jié)果表明，褐鐵礦的磁化焙燒是一個(gè)很容易進(jìn)行的反應(yīng)，在給定的條件范圍內(nèi)，同時(shí)受到環(huán)境溫度、反

3、應(yīng)氣體濃度和顆粒自身大小的影響。由同步熱分析儀的結(jié)果可確定褐鐵礦的反應(yīng)活化能，細(xì)顆粒的礦粉具有較低的活化能。根據(jù)褐鐵礦脫水后的SEM圖和吸附等溫線BET分類分析得出脫水后的褐鐵礦具有高氣孔率，其曲線更符合第Ⅲ類吸附等溫線。
　　根據(jù)褐鐵礦粉磁化焙燒情況，建立的氣固還原反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)模型包括顆粒內(nèi)非穩(wěn)態(tài)的傳熱方程、孔隙內(nèi)氣體傳輸方程和基于描述孔徑分布的改進(jìn)隨機(jī)孔模型的非均相化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程，采用全隱式有限體積法對控制方程進(jìn)行數(shù)值求解

4、。利用MATLAB，模擬了在不同溫度、不同初始?xì)怏w濃度、不同礦粉粒徑及不同初始孔隙率的條件下反應(yīng)速率和磁化還原所需時(shí)間的關(guān)系，研究了一氧化碳濃度分布隨孔隙率的變化和不同粒徑、不同溫度下CO濃度沿褐鐵礦顆粒徑向方向分布的情況。結(jié)果表明，模型預(yù)測結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合較好。提高反應(yīng)溫度可明顯縮短反應(yīng)完成的時(shí)間，褐鐵礦焙燒反應(yīng)速率與還原氣體CO濃度近似成正比，溫度升高時(shí)CO的有效滲入深度減小，當(dāng)顆粒的粒徑變大時(shí)，會(huì)影響反應(yīng)氣體向顆粒內(nèi)部的傳輸，具