156 北京科技大学学报 第35卷 气化反应)，Pa: 控制法为基础，建立了二维铁精矿配碳球团的还原 Pt一球团外表面气体边界层中CO2分压，Pa: 模型，得出球团表面主要靠辐射传热，而内部主要 P9一标准大气压，105Pa: 依靠导热传热，但是它没有考虑球团内不同气氛对 R-摩尔气体常数，8.314Jmol-1K-1: 球团还原的影响：Valipour等以颗粒模型为基础， R一化学反应i的反应速率，molm3s1: 针对铁矿球团在H2、C0、C02和水蒸气气氛下的 Tout一炉温，K; 还原建立了数学模型，研究了不同还原气氛对赤铁 V品-铁氧化物中氧的脱除速率，molm-3s1: 矿还原的影响，得出气氛中H2/CO、H2和CO的增 Vc一碳的气化速率，molm-3.s'； V公一氧化锌中氧的脱除速率，molm3s1; 加都能提高球团的还原速率，但是它们之间并没有 △H一化学反应i的焓变，Jmol1: 明显的线性关系；Coetsee等6l以实验为基础，只考 c比热容，JK-lmol-1； 虑导热，忽略气体对流换热对传热的影响建立了一 :一固相中组分i的体积分数： 维模型，研究了磁铁矿配碳球团还原的控速环节， k一导热系数，Wm1K-1: 得出碳气化反应的限制环节是热量传输，磁铁矿的 kg一混合气体导热系数，Wm1K-1; 还原反应则是由化学反应和碳的气化反应混合控速 kg一气体j的导热系数，Wm1K-1, 的：王爱军等基于质量守恒方程、能量守恒方程 k一固体的加权导热系数，Wm1,K-1: 及化学反应速度式，也开展了类似的研究工作.针 k一固体2的固有导热系数，Wm1K-1: 对钢铁厂粉尘，尤其是含锌粉尘制备的含碳球团， r一当前球团半径，m: 由于其成分复杂和涉及的反应多，加上以前转底炉 To一球团原始半径，m: 处理钢铁厂含锌粉尘的工艺技术还不成熟，故关于 t一反应时间，s: 站一混合气体中组分方的摩尔分数： 它的数值模拟研究至今鲜有报道. co,yco2C0和C02的摩尔扩散体积，cm3.mol~1: 本文以转底炉处理钢铁厂含锌粉为背景，模拟 一物质i的反应度，i=Fe,Zn,C(分别表示铁氧 转底炉直接还原工艺条件，建立了含锌粉尘制备内 化物、氧化锌和C的反应度)： 配碳球团直接还原数学模型.模型综合考虑了球团 9一孔隙率： 成分和半径的变化，球团内部温度场和还原性气体 p-球团密度，kgm3: 的分布及化学反应速率等因素对还原的影响，较合 0一斯忒藩波尔兹曼常数，5.67×10-8W-m-2.K-4; 理地模拟了球团的实际还原过程.采用莱芜钢铁股 e-辐射率，1. 份有限公司生产中产生的粉尘为原料制成内配碳球 团，对转底炉生产金属化球团过程进行实验室模拟， 2010年我国的钢产量约为6.27亿t,占世界钢 从金属化率和脱锌率两个方面对模型进行了验证， 产量的44.3%.钢铁企业产生的粉尘总量一般为其 保证了模型的准确性. 钢产量的8%~12%，以此计算，全国钢铁行业每年 产生的粉尘约为48007200万t.这些粉尘中不仅 1实验研究 含有大量的铁元素，其中一部分还含有碳、锌、铅、 实验所用的粉尘由山东莱芜钢铁公司提供.将 钾、钠等有价元素，目前钢铁厂主要将这些粉尘用 各种粉尘以一定比例配制成碳氧比（摩尔比）为1.0、 作烧结原料使用.由于这些粉尘粒度较细，不仅影 含水12%的混合粉尘，然后采用对辊压球机（压力 响烧结透气性，同时由于锌的存在及其循环富集的 为15MPa)压制成当量直径为20mm的球团.将生 特性，对高炉生产也不利.随着钢铁行业的竞争 球放入378K烘干箱内烘干后，在管式炉内对其进 日趋激烈，如何有效经济地利用钢铁厂粉尘越来越行加热焙烧.为模拟转底炉的实际生产过程，先使 被大家所重视.将粉尘配碳造球后经转底炉脱锌处 球团在1273K下预还原4mim,然后将其分别送入 理，同时对铁氧化物进行还原，得到金属化球团， 1473、1523和1573K的高温区进行还原，以20mim 然后作为含铁原料返回高炉或电炉的工艺，得到了 为还原终点.整个还原过程中，管式炉通入流量为 大多数学者的认可2-3到. 5Lmin~1的N2作保护气.预还原后球团的成分见 通过数值计算的方法对球团还原过程进行模 表1. 拟，不仅可以节约大量高温实验所需的费用，而且 表1预还原后球团的成分（质量分数） 可对球团还原机理及影响因素进行深入分析.过去 Table 1 Compositions of pre-reduction pellets 几十年间，针对铁精矿配碳球团的还原动力学及其 TFe MFe FeO Fe2O3 C ZnO SiO2 CaO Mgo Al2O3 数值模拟做了大量研究工作.Si等以有限体积 43.323.1724.7929.819.146.135.7314.413.513.31