球团矿的还原性状

球团矿还原机理 （( % (,）
（ & . /） 和第三阶段 （ / . 01） ! - 第二阶段 图 2 % ( % (3 或 4 情况时， 物质平衡方程式及初始边界条件用式 （( % (） （ ( % !） 、 （( % 、 （ ( % 5） 、 （( % 6） 、 ； （ ( % 2） （ & " ! 或 & " 7 时） 和式 ( % 7） 表示。 ’ ! 浓度由式 （ ( % (） 求 ,） 得：
〔*〕 *〕 可用式 （ ( % 2） （ & " !） 表示。 ） ， 可以计算出固体表面氧的浓度， 其中 #〔 ( : ， : 的时间积分 〔 +〕 项， 用式 （ ( % 5） 和 " $ B C " C 得到下式： ? 8 8* （ )） 〔*〕 （ （ 4;) % " "*% ( ） * " $ % " $ B"( ） ! D! " 〔 *〕 〔*〕 〔 〕 E )*+ % !（ "* F "*% ( ） （ )） 〔*〕 （ ） （ )*+ % ! "*% ( ） * " $ % " $ B! " ( 〔 〕 〔*〕 〔 〕 E * )*+ % !（ "* F "*% ( ）
（ * & 2） （ * & 8） （ * & 9） （ * & >） （ * & @）
而 式中
$ &* （*# ’ < 7 8 ’" !’ ’ : # . ? ） < ! 〔〕 — — ( 相的固体表面氧气浓度， & 3( — /+1 3 0 ./2 ；
— —球团半径， $ :— ./； — —增加平衡阻力后， 气体边界膜内物质移动系数， ’" ./ 0 ’； < — — —气体边界膜内物质移动系数， ’ <— ./ 0 ’； — —还原温度时的气体流量， . ?— ./2 0 ’。 ・ *$$A ・
! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! "
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〔"〕 — —第 ) 层固体表面氧气浓度， & /+13 0 ./2 ； 3 —
— —各反应带， 由第一层向外数， 反应带层次的序号， 且反应阶段序号 , )、 *— 和 * 一致； — —反应物和生成物； +、 (— ) 和 +、 ( 关系的对应关系用符号表示。 此外， 在第四层 （ 4) 层） - ! 5 的边界条件是：
〔(〕 〔*〕 *〕 由边界条件式 （( % 7） 得( 除此以外的积分定义区间是 #〔 ， ( : " @， :（ * " ( > & ） :（ *
是"( 、 （ & " ! 时， ， 由边界条件式 （ ( % ,） 、 （ ( % 6） 决 " !， &） "+ % ( 的函数 #( 成为主要函数） 定。 把式 （( % (5） 代入式 （ ( % !） ， 对初始条件下的式 （( % A） 、 （ ( % 2） 积分 （在第二阶段， 还 原开始的初始条件用式 （( % A） 表示； 在第三阶段， 还原的初始条件除可用式 （ ( % A） 外， 还
〔 〕 〔 〕 〔〕 〔(〕 （ ! >(< % ! >*?2 : ( (4 .8! ) ? ! "） " <@
（( + ()）
（ )! "!(） 式中 "— — —球团半径方向， 无次元坐标" & ? & & ；
〔8〕 〔8〕 — —第 * 层 A*8@4@ 数" & & #+〔8〕5 , ； ! — @ （ * % ( / 7） 〔 〕 — —第 ( 阶段第 ( 层的氢气浓度 234 >< 5 627 。 ( (( — （ *?2） &B +$ C（ ! ><D + ! >< @ ） 〔 〕〔 〕 〔(〕 〔(〕 〔(〕 （ &+$ , @( ! ( ! " .* .8! ) ! : ! C + ,@ ） 〔 〕 〔 〕 〔 〕 〔(〕 〔(〕 （ $ .8! ) ? ! "） "
(
〔(〕 (
%
! "( % ! "* + ( (( + 式中
（( + ((）
— —主体相的氢气浓度， ! ><D — 234 5 627 ；
!
还原率 （ -） 一般用下式表示： 当 & ) % )、 & ! % & & 时， -"( + 可写成：
〔 〕 〔 〕 〔(〕 〔(〕 ） （ $ 7 + (（ ! > + ! >*?2 ! ! " ’* ! + (） <@ - % 〔(〕 < 〔*〕 <D 〔(〕 + ( 〔(〕 〔(〕 〔(〕 + ( （ （ .* ） ! ! " ’* （ .* ） ｝ ! ）! " ｛ ! :(+ ( .* ( % + $ C $& ? , @ 〔 〕 〔 〕
% 8 %& ( $
$*
< 8 0 #& ! " .& ?
〔〕
$
8+ (
&0#&
"
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! "* E &
〔 〕
（( + (<）
（( + (7）
第一阶段终结时刻， 即第二阶段开始时刻 ’< ， 可由式 （( + 1） （( + ((） 、 求得： ・ (<7) ・
第一章
〔 #〕 〔 &〕 〔(〕 (〕 〔(〕 （" （ !! " ’ #〔 $ )*+ % ! ） $ % "$ ） (
（ * & *） （ * & $）
) !*- * 式中
〔"〕 — —第 " 层的有效扩散系数， " ./$ 0 ’； ) —
— —球团半径方向坐标， $— ./；
〔〕 — —第 ) 层氢气的浓度， & %"$ — /+1 %$ 0 ./2 ；
— —第 ) 层的化学反应速度常数； ’〔"〕— — — + & ( & %$ — %$ 3 体系的平衡氢气浓度， & ’#( /+1 %$ 0 ./2 ； %$. —
（ ( + ,） （ ( + 1）
式中
〔 .〕 — — ’ 相的固体表面氧气浓度 234 " 5 627 ! " —
— —还原时间， $— .； — —第 8 层开始生成的时间， $8— .。
二、 还原过程中各反应阶段的物质平衡方程式及初始边界条件的计算
（ * : 2 段） ( 9 第一阶段 在图 1 + ( + (; 情况下， 其物质的平衡方程式及初始边界条件可用式 （ 1 + ( + (） 、 （1 （1 + ( + =） 、 ， （ ( + 7） 、 （ ( + ,） 计算。此时， 氢气的浓度可根 + ( + <） ! % ( 时计算以及用式 （ ( + 7） 、 （ ( + =） 、 得出以下式子： 据式 （ ( + (）
球团矿的还原性状
第九篇
第一章
球团矿还原机理
第一章
球团矿还原机理
第一节
概
述
高炉冶炼过程中， 要求高炉内炉料在通过各还原阶段时应具有足够的稳定性和透气 性。尤其是在高炉上部， 炉料处于低温下的弱还原气氛中， 且在该处停留时间较长， 因此 要求炉料， 包括球团矿应具有良好的还原性状。球团还原性状是指： 球团矿在高炉中还原时的体积膨胀； （!） （"） 球团矿还原后的强度。 通常， 球团矿在高炉还原时其体积会有一定增大， 强度亦会相应降低， 即出现所谓的 “膨胀现象” 。 若球团矿体积膨胀不超过一定范围， 则高炉生产可正常进行； 当超过一定数值时， 高 炉炉况将发生恶化， 如炉内透气性变坏， 炉尘明显增多， 严重时甚至出现悬料、 崩料、 导致 高炉生产失常、 生产率下降、 焦比提高等。 异常膨 根据球团矿体积膨胀值的大小， 可把膨胀分为正常膨胀， 膨胀值小于 "#$ ； 胀， 膨胀值 "#$ % &#$ 之间； 恶性膨胀或灾难性膨胀， 膨胀值大于 &#$ 。 球团矿在体积发生膨胀的同时， 其强度必然降低。为确保高炉内球团矿的顺行而不 粉化， 一般要求： （!） 炉内球团矿还原度达 ’#$ ； （"） 还原后球团矿残余冷抗压强度： 单球不小于 "(#) 。 ・ !""* ・
〔*〕 〔 )’8〕 〔(〕 〔(〕 〔*〕 〔*〕 （ （ " ’ ’ ! "） ! "） ’ ! " " 9!1 . # : )*+ % " . ( : " $ Hale Waihona Puke Baidu# "
（( % (5）
式中
〔*〕 — —第 ) 阶段第 * 层的氢气浓度 &;< 9! = 4&7 。 ( : —
* " ( > &， ) " !， 7 "* % ( ! "! "* ， 其中"* " + * = + ? ， "@ " @， "+ " (
第九篇
球团矿的还原性状
〔 !〕 〔 ’〕 固体表面氧的浓度 ! 在一个阶段终结时， 向下一阶段进行。 " # $ % $ 等于 ! " ， &
在第 " 阶段开始时刻， 即第 # 层开始生成时刻 （ $!） ， 初始条件用下式表示：
〔 *〕 〔 *〕 $ % $ ( % )， ! " % ! "（ % ! & ! & &） 〔 !〕 〔 .〕 $ % $!， " # $ % $ % ! "（ # % ( / 0） &
"#
8
〔*〕 :
（( % (6） （( % (G）
"
!*
( )* D ! "
〔〕
式中
— — —在" ""( 时， 固体表面 $! 的浓度， " $ B! &;< $ = 4&7 ， * " ( > &， ) " !， 7； (
— —第 * 层和第 （ * . (） 层之间的边界位置， 层区域的无次元半径# + * ’ +（且 ? "( — " " @， "+ " 。 (）
〔〕 〔〕 当 $ ! 5 时， " ) " 6 & %"$ #6 $ ! 5 " "7 * & %$ ! & %$ 〔"〕 〔"〕 〔 " 7 *〕 〔 " 7 *〕 当 $ ! $ " 时， " ) 6 & %$ #6 $ ! " ) 6 & %$ #6 $ 〔"〕 〔 " 7 *〕 〔〕 & ! & 3( 3 ! &3 （ * & *） ) !*〔 〕 〔 〕 〔 ;〕 当 $ ! $ : 时， " ) ; 6 & %;$ #6 $ ! ’ " <（ & %$= & & %$ ） 〔〕 〔 〕
建立这一模型的先决条件是： （(） 球团矿为均质球， 不因反应过程而发生较大变化； （#） 还原气体的流动， 模拟工业生产状态； （%） 反应速度不随固体反应物的浓度变化而变化， 还原气体的浓度以一次方程表示； （/） 球团矿内的气体扩散用有效扩散系数表示。反应结束时， 各层有效扩散系数为 一定值； （2） 解析在等温等压条件下进行。 ・ (##3 ・
第九篇
球团矿的还原性状
以下就球团矿的还原机理、 过程行为模型、 发生膨胀的原因以及如何控制球团矿的 还原膨胀等问题进行讨论。
第二节
球团矿还原机理
研究表明， 多孔 !"# $% 球团矿在以氢作为还原剂时， 其还原过程逐段呈带状发展。 多段反应带状模型见图 & ’ ( ’ (。
图 & ’ ( ’ ( 多段反应带状模型简图 )—第一段， *—第二段， +—每三段， ,—第四段 — ， — ， — - !"# $% . !"% $/ 0 !"1 $
第一章
球团矿还原机理
一、 球团矿还原过程中各参与项变化的基本表达式
球团矿还原过程中各参与项变化基本表达式如下：
〔"〕 $ 〔"〕 〕 〔"〕 ’#( （" （ $ $ %& !! % # %$ & ’〔"（ & # #$ ） %$ # %$ ） %$ & & %$) ） 〔"〕 〔"〕 〔"〕 （ ’,） !& + # !( ! & ’ （ & %$ & %$) ）