第2期 安秀伟等：含锌粉尘内配碳球团还原模型 ,157· 2模型的建立 根据彭兵等9，！的研究，恒温下C0还原ZnO 2.1基本假设 为化学反应控制.故ZnO的还原速度可由Mckwan 为计算简便对球团作如下假设：(1)球团为半 方程0表示为 径均匀的圆球形，且在相同半径处各反应速率、温 1-(1-a2m)/3=Kt (9) 度等参数相同：(2)在反应过程中球团内部只有CO 和C02两种气体，且认为P=1×105Pa保持不 上式两边对t求导，并将K=Azn exp RT 代 变：(3)4min预还原后球团内外温度一致且为1273 入可得下式： K;(4)预还原阶段铁氧化物和氧化锌紧密接触的碳 dozn =3Azn exp (1-oza) (10) 已经消耗完，之后只进行间接还原反应 dt 22反应速率的表达 考虑到反应在高温下进行，气相扩散不是反 由于预还原条件固定，且通过实验可以准确地 应(4)的限制环节，且球团中ZO含量较铁氧化 获得预还原后的球团成分，因此本模型以预还原结 物较少，故实际锌蒸气压接近于零，可近似认为 束为模拟计算的零点.对于内配碳球团，首先进行 P8co,=1×105Pa, 且考虑到气体分压对反应 氧化物(Fe2O3、Zm0等)与和其直接相接触的碳的 的影响，可将式(10)写为 直接还原反应，当与氧化物直接接触的碳耗尽后， n 主要进行由碳的气化反应生成的C0参与的间接还 dt =3Azn exp RT 原反应.基于假设(4)，进入终还原的球团中进行的 (11) 主要化学反应如下： (1-azm)231- () 3Fe203(s)+C0(g)=2Fe304(s)+C02(g:(1) 因此球团中氧化锌的脱除速率可表示为 2=AMa=3A2M.oep(0)x Fc3O4(s)+CO(g)=3Fe0(s)+C02(g:(2) FeO(s)+CO(g)=Fe(s)+CO2(g); (3) -(=)月 (12) ZnO(s)+CO(g)=Zn(g)+CO(g); (4) 2.3球团内气体成分的确定 C02(g)+C(s)=2C0(g) (5) 假定球团内部C0和CO2的扩散符合菲克定 律，由式(7)、(8)和(12)可以看出各反应的速率表 2.2.1铁氧化物的还原与碳的气化反应速率 达式中均含有C02分压，因此以C02在C0中的 Haque等8在研究Fe2O3到Fe的还原过程时， 扩散为基础推导球团径向气体平衡方程，得气体质 将其统一为反应(6)，进而得出赤铁矿的还原速率 量守恒方程为 可表示为式(7)，并通过实验验证了它的合理性 Or RT +r2(8+V8-VC)=0. FerOy(s)+CO(g)=FezOy-1(s)+CO2(g), (6) (13) 式中有效扩散系数Dco2,f由Weisz-Schwartz公 VMg dape =44.8AFeMFe exp EFe 式来确定 RT (1-aFe） DC02.eft Dco2-co02 (14) PFe.CO v3 (7) 扩散系数Dco2-co由Fuller公式I12来确定. 式中，P8co,在还原度a不同时，分别表示反应 1×10-7T1.75 1 1 (1)、(2)和(3)的C02平衡分压.对于碳的气化速 Dc02-C0= P[(Yco)+(Yco2)] Mco Mco2 率可由下式表示8例： (15) PC.co 式中，Yc0=18.9,7c02=26.9. RT OXP-RT pe 8) pe 2.4能量守恒方程 Shi等研究表明：球团表面主要靠辐射传热， 2.2.2氧化锌的还原速率 对流换热和导热可以忽略；球团内部主要依靠导热