第三章冶金反应动力学基础 相边界 颗粒表面 活动反应面 图3-3铁矿石逐层还原示意图图3-4未反应核模型 铁矿石的还原反应过程是一个串反应,按稳态处理,当过程达到稳态时,各 步骤的速率相等,可以用几个步骤组合来推导速率方程。 气体还原剂在气相边界层内的扩散速率 JG=4TR kG(o (3-69) 式中k为气相变节层内传质系数,与气体的流速、矿球直径、气体粘度和气 体的扩散系数有关,可由Ranz公式计算 2k. R D=2+0.60 Re2 Sc (3-70) 还原气体在多孔产物层中的扩散速率 Ar, DO (3-71) 式中De为有效扩散系数,它由下式决定: (3-72) 式中D为气体还原剂在气相中的扩散系数;ε为固体产物层中的气孔率 ξ为迷宫系数,可反映出产物层内气体扩散路径迂回曲折的程度。 界面化学反应包括气体还原剂的吸附、吸附的还原剂与氧结合生成产物以及 产物气体的脱附等过程。为了简化起见,按一级可逆反应来处理 氧化物的还原反应 CO(g)+3Fe2O3(S,CO2(g) +2Fe O4 (S) (3-73) 可简化为: A P (3-74) 其速率方程为: J =k4m CA-k. 4m Cp=4mm k(Ci (3-75) 式中K为平衡常数。由于反应前后气体的量不变,所以 C+Cn=C+Cn= const (3-76)第三章 冶金反应动力学基础 51 图 3-3 铁矿石逐层还原示意图 图 3-4 未反应核模型 铁矿石的还原反应过程是一个串反应，按稳态处理，当过程达到稳态时，各 步骤的速率相等，可以用几个步骤组合来推导速率方程。 气体还原剂在气相边界层内的扩散速率 4 ( ) 2 0 S G G CA CA J = πR k − (3-69) 式中kG为气相变节层内传质系数，与气体的流速、矿球直径、气体粘度和气 体的扩散系数有关，可由Ranz公式计算 3 1 2 1 2 0.60Re 2 Sc D kG R = + (3-70) 还原气体在多孔产物层中的扩散速率 ( ) 4 4 ( ) 0 0 2 i A A i i r ri A S e D C C r r r r C J R D − − = ∂ ∂ = = π π (3-71) 式中 De 为有效扩散系数，它由下式决定： De = εξD (3-72) 式中 D 为气体还原剂在气相中的扩散系数；ε为固体产物层中的气孔率； ξ为迷宫系数，可反映出产物层内气体扩散路径迂回曲折的程度。 界面化学反应包括气体还原剂的吸附、吸附的还原剂与氧结合生成产物以及 产物气体的脱附等过程。为了简化起见，按一级可逆反应来处理。 氧化物的还原反应 CO（g）+3Fe2O3（S）=CO2（g）+2Fe3O4（S） (3-73) 可简化为： A（g）＝P（g） (3-74) 其速率方程为： 4 4 4 ( ) 2 2 2 K C J k r C k r C r k C i i P i A i i P i R = π i A − − π = π − (3-75) 式中 K 为平衡常数。由于反应前后气体的量不变，所以 C C C C const. (3-76) e P e A i P i A + = + = 51