·596 北京科技大学学报 第36卷 析如图10所示.从图中可以看出，500℃的斜率明 fumace ironmaking:a Nordic perspective.World Iron Steel, 显偏陡，而600℃时明显偏缓，说明在500℃时C02 2011,11(1):1 (Hooey L.,Wikstroml J O,Sikstrom P,等.高炉炼铁技术的未 含量的增加对析碳反应的抑制作用表现得更加明 来：北欧的研发.世界钢铁，2011,11(1)：1) 显，其主要原因可能是与析碳反应发生的速率有关 5] Meijer K,Denys M,Lasar J,et al.ULCOS:ultra-ow CO2 steel- 从前面的实验结果中可知，500℃时析碳反应速率 making.Ironmaking Steelmaking,2009,36(4):249 最快，所以当气体成分中稍微加入一些C02时可能 6] Birat JP,Hanrot F.ULCOS:European steelmakers'efforts to re- 会起到较大抑制作用. duce green house gas emissions//The 5th European Coke and Iron- making Congress.Stockholm,2005:12 0.075 Bellevrat E.Menanteau P.Introducing carbon constraint in the 0.060 口500℃ steel sector:ULCOS scenarios and economic modeling.Rev Met- △600℃ all,2009,106(9):318 [8]Jianwei Y,Guolongb S,Cunjiang K,et al.Oxygen blast fumace 0.030 and combined cycle (OBF-CC):an efficient iron-making and 0.015 power generation process.Energy,2003,28(8):825 Turkdogan ET,Vinters J V.Catalytic effect of iron on decomposi- -1012345678910 tion of carbon monoxide:I.Carbon deposition in H2CO mix- C0,的体积分数/% tures.Metall Trans,1974,5(1)11 图10在500℃和600℃时C02的体积分数对析碳反应的影响 [10]Sacco A Jr,Reid R C.Morphological changes in an iron catalyst Fig.10 Influence of CO2 volume fraction on carbon deposition at 500 and the formation of carbon fibers in the C-H-O-Fe system.Car- and600℃ bom,1979,17(6）:459 [11]Ono-Nakazato H,Koyama T,Usui T.Improvement of gas utiliza- 3结论 tion ratio in the gaseous reduction of iron oxide and suppression of dioxins formation in combustion processes by the enhancement of (1)在300℃到700℃范围内，温度低于500℃ carbon deposition.J High Temp Soc,2008.34(1):9 时，温度的升高可以加快析碳反应速度，当高于此温 [12]Yao W H.The mechanism of carbon precipitation during reduc- 度时，温度的升高反而会降低析碳反应速度.此外， tion of Baotou iron ore with CO under low temperature and its 从微观研究中发现，当温度从500℃升到700℃时， effect on degradation of ore./ron Steel,1996,31(Suppl 1):5 (姚文辉.包头铁矿低温用C0还原时的析碳机理及其对矿 碳相团簇逐渐消失，析出的碳逐渐形成单个颗粒相. 物粉化的影响.钢铁，1996,31（增刊1）：5) (2)随C0,含量的增加，析碳反应速率逐渐降 [13]Towhidi N,Szekely J.Reduction kinetics of commercial lowsili- 低.当C02的体积分数为5%时，可以完全抑制500 ca hematite pellets with CO-H,mixtures over temperature range ℃时的析碳反应；当C02的体积分数达到8%时，才 600-1234 C.Ironmaking Steelmaking,1981,8(6)237 可以完全抑制600℃时的析碳反应.另外，对比500 [14]Towhidi N,Szekely J.The influence of carbon deposition on the reduction kinetics of commercial grade hematite pellets with CO, ℃和600℃时的析碳反应发现，在500℃时C02含 H2,and N2.Metall Trans B,1983,14(3):359 量的增加对析碳反应的抑制作用更加明显. 05] Han Y H,Wang J S,Li Y Z,et al.Comprehensive mathemati- cal model of top gas reeycling-xygen blast fumaces.J Unir Sci 参考文献 Technol Beijing.2011,33(10):1280 Cai JJ.The energy and resources saving technologies employed in (韩毅华，王静松，李燕珍，等.炉项煤气循环一氧气鼓风高 Chinese iron and steel industry and their development.World fron 炉综合数学模型.北京科技大学学报，2011,33(10)：1280) Seel,2009,9(4):1 6] Li C,Shi Y X,Cai N S.Carbon deposition on nickel cermet an- (蔡九菊.中国钢铁工业能源资源节约技术及其发展趋势.世 odes of solid oxide fuel cells operating on carbon monoxide fuel. 界钢铁，2009,9(4)：1) Power Sources,2013,225:1 Orth A.Anastasijevic N,Eichberger H.Low CO2 emission tech- [17]Furusawa A,Nakagawa T,Maeno Y,et al.Influence of coal nologies for iron and steelmaking as well as titania slag production. moisture control on carbon deposition in the coke oven chamber. Miner Eng,2007,20(9):854 1SU1,1998,38(12):1320 B]Wencel W.Blast Furnace Operation with Gaseous Auxiliary Reduc- [18]Foo S Y,Cheng C K,Nguyen T H,et al.Carbon deposition and ing Agents:GER Patent,2030468.1972-01-05 gasiflcation kinetics of used lanthanide-promoted Co-Ni/Al2O; 4]Hooey L,Wikstroml J O,Sikstrom P,et al.The future of blast catalysts from CHa dry reforming.Catal Commun,2012,26:183北 京 科 技 大 学 学 报 第 36 卷 析如图 10 所示． 从图中可以看出，500 ℃ 的斜率明 显偏陡，而 600 ℃ 时明显偏缓，说明在 500 ℃ 时 CO2 含量的增加对析碳反应的抑制作用表现得更加明 显，其主要原因可能是与析碳反应发生的速率有关． 从前面的实验结果中可知，500 ℃ 时析碳反应速率 最快，所以当气体成分中稍微加入一些 CO2 时可能 会起到较大抑制作用． 图 10 在 500 ℃和 600 ℃时 CO2 的体积分数对析碳反应的影响 Fig． 10 Influence of CO2 volume fraction on carbon deposition at 500 and 600 ℃ 3 结论 ( 1) 在 300 ℃到 700 ℃范围内，温度低于 500 ℃ 时，温度的升高可以加快析碳反应速度，当高于此温 度时，温度的升高反而会降低析碳反应速度． 此外， 从微观研究中发现，当温度从 500 ℃ 升到 700 ℃ 时， 碳相团簇逐渐消失，析出的碳逐渐形成单个颗粒相． ( 2) 随 CO2 含量的增加，析碳反应速率逐渐降 低． 当 CO2 的体积分数为 5% 时，可以完全抑制 500 ℃时的析碳反应; 当 CO2 的体积分数达到 8% 时，才 可以完全抑制 600 ℃时的析碳反应． 另外，对比 500 ℃和 600 ℃时的析碳反应发现，在 500 ℃ 时 CO2 含 量的增加对析碳反应的抑制作用更加明显． 参 考 文 献 ［1］ Cai J J． The energy and resources saving technologies employed in Chinese iron and steel industry and their development． World Iron Steel，2009，9( 4) : 1 ( 蔡九菊． 中国钢铁工业能源资源节约技术及其发展趋势． 世 界钢铁，2009，9( 4) : 1) ［2］ Orth A，Anastasijevic N，Eichberger H． Low CO2 emission tech￾nologies for iron and steelmaking as well as titania slag production． Miner Eng，2007，20( 9) : 854 ［3］ Wencel W． Blast Furnace Operation with Gaseous Auxiliary Ｒeduc￾ing Agents: GEＲ Patent，2030468． 1972--01--05 ［4］ Hooey L，Wikstrm1 J O，Sikstrm P，et al． The future of blast furnace ironmaking: a Nordic perspective． World Iron Steel， 2011，11( 1) : 1 ( Hooey L，Wikstrm1 J O，Sikstrm P，等． 高炉炼铁技术的未 来: 北欧的研发． 世界钢铁，2011，11( 1) : 1) ［5］ Meijer K，Denys M，Lasar J，et al． ULCOS: ultra-low CO2 steel￾making． Ironmaking Steelmaking，2009，36( 4) : 249 ［6］ Birat J P，Hanrot F． ULCOS: European steelmakers’efforts to re￾duce green house gas emissions/ /The 5th European Coke and Iron￾making Congress． Stockholm，2005: 12 ［7］ Bellevrat E，Menanteau P． Introducing carbon constraint in the steel sector: ULCOS scenarios and economic modeling． Ｒev Met￾all，2009，106( 9) : 318 ［8］ Jianwei Y，Guolongb S，Cunjiang K，et al． Oxygen blast furnace and combined cycle ( OBF-CC ) : an efficient iron-making and power generation process． Energy，2003，28( 8) : 825 ［9］ Turkdogan E T，Vinters J V． Catalytic effect of iron on decomposi￾tion of carbon monoxide: Ⅰ． Carbon deposition in H2 -CO mix￾tures． Metall Trans，1974，5( 1) : 11 ［10］ Sacco A Jr，Ｒeid Ｒ C． Morphological changes in an iron catalyst and the formation of carbon fibers in the C-H-O-Fe system． Car￾bon，1979，17( 6) : 459 ［11］ Ono-Nakazato H，Koyama T，Usui T． Improvement of gas utiliza￾tion ratio in the gaseous reduction of iron oxide and suppression of dioxins formation in combustion processes by the enhancement of carbon deposition． J High Temp Soc，2008，34( 1) : 9 ［12］ Yao W H． The mechanism of carbon precipitation during reduc￾tion of Baotou iron ore with CO under low temperature and its effect on degradation of ore． Iron Steel，1996，31( Suppl 1) : 5 ( 姚文辉． 包头铁矿低温用 CO 还原时的析碳机理及其对矿 物粉化的影响． 钢铁，1996，31( 增刊 1) : 5) ［13］ Towhidi N，Szekely J． Ｒeduction kinetics of commercial low-sili￾ca hematite pellets with CO-H2 mixtures over temperature range 600 － 1234 ℃ ． Ironmaking Steelmaking，1981，8( 6) : 237 ［14］ Towhidi N，Szekely J． The influence of carbon deposition on the reduction kinetics of commercial grade hematite pellets with CO， H2，and N2 ． Metall Trans B，1983，14( 3) : 359 ［15］ Han Y H，Wang J S，Li Y Z，et al． Comprehensive mathemati￾cal model of top gas recycling-oxygen blast furnaces． J Univ Sci Technol Beijing，2011，33( 10) : 1280 ( 韩毅华，王静松，李燕珍，等． 炉顶煤气循环--氧气鼓风高 炉综合数学模型． 北京科技大学学报，2011，33( 10) : 1280) ［16］ Li C，Shi Y X，Cai N S． Carbon deposition on nickel cermet an￾odes of solid oxide fuel cells operating on carbon monoxide fuel． J Power Sources，2013，225: 1 ［17］ Furusawa A，Nakagawa T，Maeno Y，et al． Influence of coal moisture control on carbon deposition in the coke oven chamber． ISIJ Int，1998，38( 12) : 1320 ［18］ Foo S Y，Cheng C K，Nguyen T H，et al． Carbon deposition and gasiflcation kinetics of used lanthanide-promoted Co-Ni /Al2O3 catalysts from CH4 dry reforming． Catal Commun，2012，26: 183 · 695 ·