非等溫條件下鐵礦石還原的數(shù)值模擬.pdf

1、鐵礦石還原反應是煉鐵過程中十分重要的一個過程，自上世紀以來被諸多學者關注，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整個進程的影響，但是在實際反應中，由于溫度的大跨度變化，不僅會影響到反應速度常數(shù)和傳輸參數(shù)，甚至可能會改變控制環(huán)節(jié)，因此，將還原過程考慮為等溫過程是不準確的。
　　本文以單一球團為研究對象，采用有限差分方法，通過聯(lián)立傳熱與傳質和反應進行數(shù)值求解，得到了固相內的溫度場和濃度場隨溫度

2、的變化，進而得到轉化率隨時間的變化，以及轉化率的變化率隨時間的變化，從而對過程進行定量表征。在所獲得的溫度場和濃度場的基礎上，一方面對不同氣相溫度下化學反應不同階段的限制性環(huán)節(jié)進行分析;另一方面給出相應的溫度梯度，以及相應的傳熱通量、化學反應通量，用不可逆過程熱力學方法分析傳熱和化學反應之間的相互干涉關系。得到的結論如下。
　　(1)球團內部的溫度場分布受主氣流溫度控制。選取直徑O.012m的球團礦，設定反應壓強為1atm，CO、

3、CO2體積分數(shù)分別為67％、8％。用本模型計算得出，在主氣流溫度200-1100℃范圍內，球團內部得到穩(wěn)定溫度場所需時間在39.5min和60min之間，其中在800℃時球團溫度場達到穩(wěn)定需要的時間最短。
　　(2)整個進程達到明顯化學反應所需溫度為700℃。
　　(3)氣相溫度在200℃以下時，整個進程受到外擴散的單一因素限制。200℃以上，反應在不同溫度段以及整個進程的不同時間段控制性環(huán)節(jié)各不相同。
　　(4)溫度