工程科学学报，第37卷，第2期：150-156,2015年2月 Chinese Journal of Engineering,Vol.37,No.2:150-156,February 2015 DOI:10.13374/j.issn2095-9389.2015.02.002:http://journals.ustb.edu.cn 铁矿-生物质复合球团还原行为及还原动力学 罗思义，马晨，孙鹏鹏 青岛理工大学环境与市政工程学院，青岛266033 ☒通信作者，E-mai:luosiyi666@126.com 摘要通过分析生物质合成气气氛下，不同组分复合球团（添加和未添加生物质）的还原速率、还原度、表面微观结构和失 重变化规律，对球团中添加生物质的作用机理以及含生物质球团还原过程的限制性环节展开研究.添加生物质的复合球团 表面结构比无生物质球团疏松，孔隙率高，有利于后续还原的热质传递，增加产物还原度，降低反应活化能：复合球团的还原 以收缩核方式进行，在1123~1323K温度范围内，界面化学反应是两种球团还原反应的主要控速环节：添加生物质后，有利于 界面化学反应的进行，使得球团的还原表观活化能由95.448 kJ*mol降低到68.131kmol 关键词炼铁：生物质：球团：直接还原：反应动力学；合成气 分类号TF55 Reduction behavior and reaction kinetics of iron ore-biomass composite pellets LUO Si-yi,MA Chen,SUN Peng-peng School of Environmental and Municipal Engineering,Qingdao Technological University,Qingdao 266033,China Corresponding author,E-mail:luosiyi666@126.com ABSTRACT The reduction reaction rate,reduction degree,surface microstructure and weight loss of composite pellets with different components under biomass syngas atmosphere were investigated to illustrate the effects of biomass addition in pellets on the reduction behavior and reaction kinetics.The porosity of pellets with the addition of biomass is higher than that without the addition of biomass, which is favorable to heat and mass transfer of the reduction process,increases the reduction degree of products and decreases the apparent activation energy of reaction.The reduction of pellets was carried out in the manner of a shrinking core model.In the range of 1123 to 1323K,the rate-controlling mechanism of reduction for these two kinds of pellets is interfacial chemical reaction.The addi- tion of biomass in pellets can improve the interfacial chemical reaction,and thus the apparent activation energy of reaction decreases from 95.448 kJmol-to 68.131 kJ-mol-. KEY WORDS ironmaking:biomass;pellets:direct reduction:reaction kinetics;syngas 可再生炼铁燃料的开发与相应绿色炼铁工艺的研炼铁-习，又有直接还原这种非高炉炼铁技术-).生 究对国民经济发展具有非常重要的战略意义.生物质 物质在直接炼铁方面的应用，主要是替代煤基直接还 能是一种可再生的绿色碳源，具有分布广泛、资源丰 原工艺中的煤粉，制取铁矿一生物质复合球团，可较清 富、有害元素含量低、热解温度低等优良特性，适宜用 洁地生产直接还原铁.如澳大利亚研究人员Vladimir 作炼铁工艺的发热剂或还原剂，可以起到替煤代焦和 Strezov对锯末还原纽曼铁矿进行了实验研究，并进行 节能减排的作用.将其合理应用于炼铁过程，定能带 了相应的动力学分析0.结果表明：铁矿中加入质量 来钢铁生产的技术革新及成本优化.国外已开展生物 分数为l0%的锯末，便可将赤铁矿(Fe,0,)还原成磁 质炼铁的相关研究，涉及的炼铁工艺既有传统的高炉 铁矿(Fe,0,):加人质量分数为30%的锯末，便足以将 收稿日期：2013-10-27 基金项目：国家自然科学基金资助项目(21406127)工程科学学报，第 37 卷，第 2 期: 150--156，2015 年 2 月 Chinese Journal of Engineering，Vol． 37，No． 2: 150--156，February 2015 DOI: 10． 13374 /j． issn2095--9389． 2015． 02． 002; http: / /journals． ustb． edu． cn 铁矿--生物质复合球团还原行为及还原动力学 罗思义，马 晨，孙鹏鹏 青岛理工大学环境与市政工程学院，青岛 266033  通信作者，E-mail: luosiyi666@ 126． com 摘 要 通过分析生物质合成气气氛下，不同组分复合球团( 添加和未添加生物质) 的还原速率、还原度、表面微观结构和失 重变化规律，对球团中添加生物质的作用机理以及含生物质球团还原过程的限制性环节展开研究． 添加生物质的复合球团 表面结构比无生物质球团疏松，孔隙率高，有利于后续还原的热质传递，增加产物还原度，降低反应活化能; 复合球团的还原 以收缩核方式进行，在 1123 ～ 1323 K 温度范围内，界面化学反应是两种球团还原反应的主要控速环节; 添加生物质后，有利于 界面化学反应的进行，使得球团的还原表观活化能由 95. 448 kJ·mol － 1降低到 68. 131 kJ·mol － 1 ． 关键词 炼铁; 生物质; 球团; 直接还原; 反应动力学; 合成气 分类号 TF55 Ｒeduction behavior and reaction kinetics of iron ore--biomass composite pellets LUO Si-yi ，MA Chen，SUN Peng-peng School of Environmental and Municipal Engineering，Qingdao Technological University，Qingdao 266033，China  Corresponding author，E-mail: luosiyi666@ 126． com ABSTＲACT The reduction reaction rate，reduction degree，surface microstructure and weight loss of composite pellets with different components under biomass syngas atmosphere were investigated to illustrate the effects of biomass addition in pellets on the reduction behavior and reaction kinetics． The porosity of pellets with the addition of biomass is higher than that without the addition of biomass， which is favorable to heat and mass transfer of the reduction process，increases the reduction degree of products and decreases the apparent activation energy of reaction． The reduction of pellets was carried out in the manner of a shrinking core model． In the range of 1123 to 1323 K，the rate-controlling mechanism of reduction for these two kinds of pellets is interfacial chemical reaction． The addi￾tion of biomass in pellets can improve the interfacial chemical reaction，and thus the apparent activation energy of reaction decreases from 95. 448 kJ·mol － 1 to 68. 131 kJ·mol － 1 ． KEY WOＲDS ironmaking; biomass; pellets; direct reduction; reaction kinetics; syngas 收稿日期: 2013--10--27 基金项目: 国家自然科学基金资助项目( 21406127) 可再生炼铁燃料的开发与相应绿色炼铁工艺的研 究对国民经济发展具有非常重要的战略意义． 生物质 能是一种可再生的绿色碳源，具有分布广泛、资源丰 富、有害元素含量低、热解温度低等优良特性，适宜用 作炼铁工艺的发热剂或还原剂，可以起到替煤代焦和 节能减排的作用． 将其合理应用于炼铁过程，定能带 来钢铁生产的技术革新及成本优化． 国外已开展生物 质炼铁的相关研究，涉及的炼铁工艺既有传统的高炉 炼铁［1--3］，又有直接还原这种非高炉炼铁技术［4--7］． 生 物质在直接炼铁方面的应用，主要是替代煤基直接还 原工艺中的煤粉，制取铁矿--生物质复合球团，可较清 洁地生产直接还原铁． 如澳大利亚研究人员 Vladimir Strezov 对锯末还原纽曼铁矿进行了实验研究，并进行 了相应的动力学分析［4］． 结果表明: 铁矿中加入质量 分数为 10% 的锯末，便可将赤铁矿( Fe2O3 ) 还原成磁 铁矿( Fe3O4 ) ; 加人质量分数为 30% 的锯末，便足以将