罗思义等：铁矿一生物质复合球团还原行为及还原动力学 ·155 0.8 1123K 0.8 1123K O一化学反应控制 ☆ 一0一化学反应挖制 0 一女内扩散阻力控制 ★一内扩骸阻力控制 0.6 0.6 寸04 04 a=1-1-f0 a=1-(1-fn 0.2 0.2 ★=1+21-f31fP 4=1+2(1-/-3(1-f 92+ 10 15 20 5 10152025 时问/min 时间/min 图5复合球团还原化学反应控制与内扩散阻力控制曲线.()添加生物质球团：(b)未添加生物质球团 Fig.5 Comparison of reduction curves between chemical control and diffusion control:(a)pellets with biomass;(b)pellets without biomass 不同还原温度下，FeO→Fe的反应平衡常数K如 表6所示. 1-1-0与30-1-0力-20-1-0力之 t 表6不同温度时FcO→Fe的反应平衡常数K 间有较好的线性关系.这进一步说明复合球团的还原 Table 6 Reaction (Fe0-Fe)equilibrium constant K at different 过程主要受界面化学反应控制. reduction temperatures 根据图6中直线斜率和截距可求得有效扩散系数 T/K 11231173 122312731323 D和反应速率常数k,结果见表7 平衡常数K1.7611.5821.4341.3101.205 po后 D.= tp(CR-C)' (7) 当忽略外扩散，考虑内扩散和界面化学反应阻力 k Kporo (8) 的影响，反应速率方程转化为式(4). c(1+)(C9-C) t={31-(1-0]2-20-(1-)门3}+ 表7有效扩散系数D。和反应速率常数k te×0-(1-)门. (4) Table 7 Effective diffusion coefficient D.and reaction rate constantk 式中： Poro =6D.(C8-C) (5) 添加生物质的球团 未添加生物质的球团 还原温 D./ kl D.I 为内扩散控制时的还原反应时间，min; 度T/K (cm2.s-1) (cm's-1) (cm2.s-1) (cm's-1) Kporo e=k(1+)(C-C) (6) 1123 7.88 3.03 3.35 2.90 1173 9.65 4.06 3.68 3.98 界面反应控制时的反应时间，min. 1223 12.83 5.67 3.92 5.57 以--)对1+1-0*-21-0*作图，由 1273 13.46 7.94 5.67 7.74 图6可以看出，球团在1123~1323K件下， 1323 25.88 12.91 15.45 12.87 40a 30(0 小女★言一 28 A1123K ▲1123k 71173k 26 四 71173k ◇1223k ◇1223K 30 q1273K 41273k 6◇01323k 22 1323 060 4 闲 20 0960⊙ 04 20 44寸 18 0 0.2040.60.81.012 14 0 0.2040.60.81.012 11+H1--21-f1 11+1f-21-f1 图6两种球团不同温度下的还原曲线。()添加生物质的球团：()未添加生物质的球团 Fig.6 Reduction curves of the two kinds of pellets at different temperatures:(a)pellets with biomss:(h)pellets without biomss罗思义等: 铁矿--生物质复合球团还原行为及还原动力学 图 5 复合球团还原化学反应控制与内扩散阻力控制曲线． ( a) 添加生物质球团; ( b) 未添加生物质球团 Fig． 5 Comparison of reduction curves between chemical control and diffusion control: ( a) pellets with biomass; ( b) pellets without biomass 图 6 两种球团不同温度下的还原曲线． ( a) 添加生物质的球团; ( b) 未添加生物质的球团 Fig． 6 Ｒeduction curves of the two kinds of pellets at different temperatures: ( a) pellets with biomass; ( b) pellets without biomass 不同还原温度下，FeO→Fe 的反应平衡常数 K 如 表 6 所示． 表 6 不同温度时 FeO→Fe 的反应平衡常数 K Table 6 Ｒeaction ( FeO → Fe ) equilibrium constant K at different reduction temperatures T /K 1123 1173 1223 1273 1323 平衡常数 K 1. 761 1. 582 1. 434 1. 310 1. 205 当忽略外扩散，考虑内扩散和界面化学反应阻力 的影响，反应速率方程转化为式( 4) ． t = tD { 3［1 － ( 1 － f) 1 3 ］2 － 2［1 － ( 1 － f) 1 3 ］3 } + tC ×［1 － ( 1 － f) 1 3 ］． ( 4) 式中: tD = ρ0 r 2 0 6De ( C0 A － C* A ) ( 5) 为内扩散控制时的还原反应时间，min; tC = Kρ0 r0 k( 1 + K) ( C0 A － C* A ) ( 6) 界面反应控制时的反应时间，min． 以 t 1 － ( 1 － f) 1 3 对 1 + ( 1 － f) 1 3 － 2( 1 － f) 2 3 作图，由 图 6 可 以 看 出，球 团 在 1123 ～ 1323 K 件 下， t 1 － ( 1 － f) 1 3 与 3［1 － ( 1 － f) 1 3 ］－ 2［1 － ( 1 － f) 1 3 ］2 之 间有较好的线性关系． 这进一步说明复合球团的还原 过程主要受界面化学反应控制． 根据图 6 中直线斜率和截距可求得有效扩散系数 De和反应速率常数 k，结果见表 7． De = ρ0 r 2 0 6tD ( C0 A － C* A ) ， ( 7) k = Kρ0 r0 tC ( 1 + K) ( C0 A － C* A ) ． ( 8) 表 7 有效扩散系数 De 和反应速率常数 k Table 7 Effective diffusion coefficient De and reaction rate constant k 还原温 度 T /K 添加生物质的球团 未添加生物质的球团 De / ( cm2 ·s － 1 ) k / ( cm·s － 1 ) De / ( cm2 ·s － 1 ) k / ( cm·s － 1 ) 1123 7. 88 3. 03 3. 35 2. 90 1173 9. 65 4. 06 3. 68 3. 98 1223 12. 83 5. 67 3. 92 5. 57 1273 13. 46 7. 94 5. 67 7. 74 1323 25. 88 12. 91 15. 45 12. 87 · 551 ·