D0I:10.13374/j.issn1001-053x.1983.0M.002 北京钢铁草院学报 1983年第4期 铁矿石移动床还原数学模型 炼铁教研室谢涌堃 秦民生 摘 要 本文在对铁矿石还原动力学特性进行了较详细的实验研究基础上，提出了一 个移动床还原一维数学模型，模型描述了矿石还原度，气相成份、温度、压力等沿反 应器轴向变化的规律。通过实验室规模的移动床还原实验证明此模型能正确反映 铁矿石在移动床中的还原过程，实验测定值与模型计算位很好吻合。应用此模型 能更确切地说明移动床还原过程的规律性，对玫进高炉和直接还原竖炉的操作及 设计反应器都有指导作用， 文中主要符号 A一反应床截面积， R一矿石还原度， Cr。、Co一矿石的Fe、O浓度，%， R一气体常数， C4一还原性气体浓度，%， 「。一矿石原始半径， Cg一氧化性气体浓度，%事 T、T,一气、固体温度 C。、C,一气体、矿石的比热影 V。一气体入护速率， E一还原反应表现活化能， W,一矿石入炉速率， GA一还原性气体的克分子流量： Z一与反应床顶端距离， H一反应床总高度， e一床层空隙率， △H一铁氧化物还原热效应， 日一还原时间， K。一还原反应平衡常数， Y一矿石堆比重； K。一还原反应速率系数影 业(r-)一r→s还原阶段的除氧分数， n一压力影响指数， 上角标：i一表高度为i处值， P一体系压力： j一表高度为i+1处值。 逆流运动的移动床反应器在炼铁生产中处于主导地位，研究铁矿石移动床还原过程具 有十分重要的实际意义。可是，以往关于铁矿石还原动力学的研究多数只限于单薰粒矿石 的微观动力学，而由此得出的研究结果是不能直接说明移动床还原特性的，只有把实验室 条件下获得的单颗粒矿石还原研究成果与反应器特性联系起来的宏观反应动力学才能正确 描述实际反应器中的还原过程。近些年来人们开展了对移动床反应器的理论和实验研 究〔15们，这方面的理论研究主要是建立用于模拟过程的数学模型及借助模型对反应器进 行分析，但尚未取得满意的结果。随着工艺过程的不断更新和计算机技术的不断发展，通 过数学模型对反应器操作实行自动控制也将势在必行。因此，建立形式简洁，应用方便， 同时又具有足够准确性的过程数学模型是当前炼铁反应工程中急迫需要解决的课题。 13北 京 钢 铁 学 院 学 报 ， 牟 结 栩 铁矿石移动床还原数学模型 炼铁教研 室 谢 涌笙 秦 民生 摘 要 本 文 在对铁 矿 石 还 原 动 力 学特性进行 了较 详细 的 实验研 完基础 上 ， 提 出 了一 个 移动床还 原 一维 数 学模 型 ， 模 型描 述 矿 石 还 原度 ， 气相 成份 、 温度 、 压 力 等沿 反 应 器 抽 向 变化 的规律 通 过 实验 室规 模 的 移 动床 还 原 实验 证 明此 模 型 能正确反 映 铁 犷石 在 移 动床 中的还 原过 程 ， 实验 刻 定位 与模 型 计并 位 很 好 吻合 应 用此 模 型 能 更确 切 地 说 明 移动床还 原过 程 的规 律性 ， 对 改进 高炉 和 直接 还 原 竖炉 的操 作 及 设 计反 应 器 都 有指 导 作 用 文中主要符号 一反应 床截面积 ， 一 矿石 还 原 度， 、 。 一矿石 的 、 浓度 ， 灭一气体常数， 一还原 性气体浓度 ， ， 一矿石 原始半径 ， 。 一氧化性气体浓度 ， ， 、 ，一气 、 固体温度， ‘ 、 一气体 、 矿石 的比热， 一气体入 炉速 率， 一还原反 应 表现活化能， 一矿石入 炉速 率 人一还原性气体的克分子 流量 一 与反 应 床顶端距离 ， 一反应床总 高度， 。 一床层 空隙率， △ 一铁氧化物还 原热效应 一还 原 时间， 一还 原 反应 平衡常数 丫一矿石 堆比重 ， 。 一还 原反 应 速率系数 协 一 ， 一 ‘ 还原 阶段的除氧 分数， 一压力影响指数， 上 角标 一表 高度 为 处值， 一体系 压 力 一 表 高度 为 处 值 。 逆流运动的移动床反应器在炼铁生产 中处 于主 一 导地 位 ， 研究铁矿石 移动床还 原过程具 有十分重要的实际 意 义 。 可 是 ， 以往关于 铁矿石 还原 动力学 的研究多数只 限于单顺粒矿石 的微观动力学 ， 而 由此 得出的研 究结果是不 能直 接说 明移动床还 原 特性 的 ， 只 有把实验室 条件下获得的单颗粒矿石还 原 研 究成果 与反应器特性联 系 起来的宏观反应动力学才 能正 确 描述实际反应器 中的还原 过程 。 近 些年来人们开展 了对移动床反 应 器 的 理 论 和 实 验研 究 〔 一 ” ， 这方面的理论研究主 要是建立用 于模拟过程 的数学模型及借助模型对反应器进 行分析 ， 但尚未取得满意 的结果 。 随着工 艺过程 的不 断更 新 和计算机技术 的不 断发展 ， 通 过数学模型对反应器操作实行 自动控制也将势在必 行 。 因此 ， 建立 形式 简洁 ， 应用方便 ， 同时又具有足够准确性的过程数学模型 是 当前炼铁反 应工 程 ‘ ，急迫 需妥 解决的课题 。 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1983．04．002