等温和非等温条件下基于氢气的铁矿石还原过程的动力学建模

《steel research international》：Kinetic Modeling of Hydrogen-Based Reduction of Iron Ore under Isothermal and Non-Isothermal Conditions

本研究开发了氢基还原（HyDR）动力学模型，模拟单铁矿样在Midrex竖炉热-气条件下的还原行为。模型整合温度依赖动力学、气固交互作用及相变顺序，验证显示其能有效预测650-1050℃范围内氢气浓度0.45-0.92的还原速率及程度，揭示温度和氢气比例对还原的主导影响，并成功模拟竖炉中心区域因温度和氢压较低导致的还原滞后，为低碳炼铁提供理论工具。

　　

摘要

开发了一种基于氢气的还原（HyDR）动力学模型，用于模拟单个铁矿石样品在代表Midrex型竖炉的热环境和气体成分变化条件下的还原行为。该模型考虑了温度依赖的动力学特性、气固相互作用以及连续的相变过程。通过与文献中的实验数据进行验证，发现在较宽的温度范围内模型预测结果与实验结果高度吻合，从而证明了其预测能力。模拟结果分为五组等温条件（650–1050?°C）、十组具有不同加热过程和H₂/H₂O比例的非等温条件，以及四组沿单一垂直还原路径在不同径向位置的竖炉模拟，以捕捉温度和气体成分的截面变化。在650–1050?°C的温度范围内以及H₂分率从0.45到0.92的变化范围内，较高的温度和H₂分率均会显著提高表观还原速率和还原程度（即总质量损失量），其中磁铁矿向铁的转化过程对这些因素最为敏感。在竖炉模拟中，由于中心区域的温度和氢气分压较低，观察到还原速率较慢。尽管该模型是在样品尺度上开发的，但它能够有效捕捉还原行为的动态演变过程，并为在简化的热环境和气体成分条件下分析HyDR过程提供了可靠的工具，有助于推动低碳炼铁技术的发展。

利益冲突

作者声明不存在利益冲突。