工业钢渣作为高密度能量载体的应用研究：反应过程与循环中粒径演变

本文创新性地将钢铁工业副产品钢渣（mill scale）作为低成本铁基燃料（Fe fuel）进行循环利用研究，通过对比单峰/双峰粒径分布（PSD）的钢渣粉体与纯铁粉在流化床反应器（fluidised bed reactor）中的还原-燃烧行为，证实钢渣在保持稳定火焰温度（800–1100°C）和较低PSD变异性的优势，为金属燃料（metal fuel）的可持续发展提供了工业废料高值化方案。

　　

亮点

材料

本研究采用常规低合金钢加工过程中产生的钢渣（mill scale），其成分为热轧前除鳞工艺脱落的破碎氧化铁壳层，颗粒尺寸可达数毫米。初始钢渣含有约1.1 wt%的添加元素（完全还原后为1.5 wt%）。

粉体流动性与流化床反应器中的流化行为

图3对比了初始钢渣粉体（MSm和MSb）、燃烧后钢渣（MSm_C1_mix）和燃烧铁粉的流化特性。两种流化床反应器中，当气体流速达到约3 mm/s时均出现最小流化（minimum fluidisation），表现为压降稳定。但MSm和MSb仅在短暂压降稳定后即失效，并伴随强烈滞后现象。

流动性与流化理论

根据Ergun方程，细颗粒的最小流化速度可表示为：

^??

其中_??为最小流化速度，_??为颗粒球形度，_??为索特直径（Sauter diameter），_??为颗粒密度。由于实验条件相同，最小流化速度的差异主要源于颗粒特性变化。

结论

本研究证实未利用钢渣粉体可作为可持续金属燃料用于还原-燃烧循环。尽管破碎钢渣粉体流动性较差，仍能在500°C的氢气氛流化床中实现完全还原。值得注意的是...

（注：根据要求省略了文献引用标识和公式svg图示，关键术语保留英文缩写并标注符号格式）