·112* 北京科技大学学报 第36卷 为5L/min; 式中：G1、G2和G3分别为Fe203→Fe304、Fe304→ (7)计量：用电子天平实时计量还原过程中含 Fe0和FeO-Fe反应失重量，kg:[%K]球为含碳球 碳球团的失重量 团内铁矿粉的质量分数：[%Fe,0,]r、[%FeO,]r 2.3分析方法 和[%Fe0],分别为铁矿粉中Fez0,、生成Fe0,、生 为精确确定含碳球团在转底炉各段区域的实时 成Fe0的质量分数；M:为CO、Fe,O3、Fe3O,和Fe0 反应进度，对分段热模拟边界条件进行确定 的分子量，g/mol. (1)理论失重：铁氧化物由高价逐级向低价还 (2)分段边界点：为精确反映含碳球团在预热、 原的热力学特性己为公认的，故根据含碳球团的物 预还原、高温快速还原和冷却过程的实时反应进度， 料特性及自还原特点，确定其理论失重 确定各段的边界点如式4. ①有机粘结剂失重 ta-to=3.44; G钻结剂G钻结剂=G球×0· (1) te-tg=3.58; 式中：G球为含碳球团质量，kg;。为含碳球团内粘 te-tn=9.11: 结剂质量分数 (4) [A9%]=B%]=fio(A)=fi2o(B): ②煤粉挥发分失重 [C%]=[D]=fi200(C)=fixs0 (D) G挥发分：G挥发分=G球×[L%M门球[%H]煤·(2) 式中：%M]球为含碳球团内煤粉质量分数：[% E%]=f1s0(E). 式中：t:为分段边界点i的时刻，mim;%]为i点的 H为煤粉中挥发分的质量分数 失重百分比，%f为j温度下的失重百分比，%；A、 ③含碳球团还原反应失重：G= B、C、D、E分别表示图2中时间节点. G球×[%K]球[%Fe0]r×Mco 3Mpe203 G2 2.4分段反应进度 G球×[%K]肆[%F30,]r×Mo 按前述分段边界条件对热模拟实测失重情况进 Mreoa 行分析，分别模拟含碳球团在转底炉各段的反应进 度.以工况碳氧摩尔比nc:no=1.0为例，分析过程 G3= G球×[%K]球[%FeO]r×Mco (3) Mro 如图2所示 45 40 35 30 还原温度：1350℃ 还原段 25 还原温度：1200℃ 55.69%Fe0→MFe 失重 14.311% 20 还原温度：1000℃ 16.14%fe0,一→fe,0 C加热段 Fe0→feO 100%fe,0,→pe0 失重 失重5.999% 11.28%Fe0→Fe 9.382% Fe0,→fe,0 失重2.999% 粘结剂。 00%精结剂反应 10%某粉扬发分反府 煤粉挥发分 失重 83.86%Fe,0,→Fe,0. 失重6.615% 0】9.130% 10 5 20 25 理论失重 实际失重 时间min 图2含碳球团分段反应进度(nc:no=1.0) Fig.2 Reduction progress of the carbon-containing pellets in different sections(nc:no =1.0) 图2中OA、BC、DE段分别模拟了含碳球团在转底 转变： 炉预热段、加热段以及还原段的反应进度，可看出： (2)加热段主要完成剩余Fe203→Fe30,和 (1)预热段完成了煤粉挥发分、有机粘结剂的 Fe0,→Fe0的全部转变，同时实现了5%~20% 全部分解，以及80%以上Fe,03→Fe,0,的转变；nc: FeO→MFe的转变； no=1.2工况下预热段完成了Fe203→fe30,全部 (3)还原段主要完成剩余FeO→MFe的转变，北 京 科 技 大 学 学 报 第 36 卷 为 5 L /min; ( 7) 计量: 用电子天平实时计量还原过程中含 碳球团的失重量． 2. 3 分析方法 为精确确定含碳球团在转底炉各段区域的实时 反应进度，对分段热模拟边界条件进行确定． ( 1) 理论失重: 铁氧化物由高价逐级向低价还 原的热力学特性已为公认［15］，故根据含碳球团的物 料特性及自还原特点，确定其理论失重． ① 有机粘结剂失重 G粘结剂∶ G粘结剂 = G球 × η0 ． ( 1) 式中: G球 为含碳球团质量，kg; η0 为含碳球团内粘 结剂质量分数． ② 煤粉挥发分失重 G挥发分∶ G挥发分 = G球 ×［% M］球［% H］煤． ( 2) 式中: ［% M］球 为含碳球团内煤粉质量分数; ［% H］煤为煤粉中挥发分的质量分数． ③ 含碳球团还原 反应失重: G1 = G球 ×［% K］球［% Fe2O3］矿 × MCO 3MFe2O3 ， G2 = G球 ×［% K］球［% F3O4］矿 × MCO MFe3O4 ， G3 = G球 ×［% K］球［% FeO］矿 × MCO MFeO ． ( 3) 式中: G1、G2 和 G3 分别为 Fe2 O3 →Fe3 O4、Fe3 O4 → FeO 和 FeO→Fe 反应失重量，kg; ［% K］球 为含碳球 团内铁矿粉的质量分数; ［% Fe2O3］矿、［% Fe3O4］矿 和［% FeO］矿分别为铁矿粉中 Fe2O3、生成 Fe3O4、生 成 FeO 的质量分数; Mi 为 CO、Fe2 O3、Fe3 O4 和 FeO 的分子量，g /mol． ( 2) 分段边界点: 为精确反映含碳球团在预热、 预还原、高温快速还原和冷却过程的实时反应进度， 确定各段的边界点如式 4． tA － tO = 3. 44; tC － tB = 3. 58; tE － tD = 9. 11; ［A%］=［B%］= f1000 ( A) = f1200 ( B) ; ［C%］=［D%］= f1200 ( C) = f1350 ( D) ; ［E%］= f1350 ( E)          ． ( 4) 式中: ti 为分段边界点 i 的时刻，min; ［i%］为 i 点的 失重百分比，% ; fj 为 j 温度下的失重百分比，% ; A、 B、C、D、E 分别表示图 2 中时间节点． 2. 4 分段反应进度 按前述分段边界条件对热模拟实测失重情况进 行分析，分别模拟含碳球团在转底炉各段的反应进 度． 以工况碳氧摩尔比 nC ∶ nO = 1. 0 为例，分析过程 如图 2 所示． 图 2 含碳球团分段反应进度( nC ∶ nO = 1. 0) Fig． 2 Ｒeduction progress of the carbon-containing pellets in different sections( nC ∶ nO = 1. 0) 图2 中OA、BC、DE 段分别模拟了含碳球团在转底 炉预热段、加热段以及还原段的反应进度，可看出: ( 1) 预热段完成了煤粉挥发分、有机粘结剂的 全部分解，以及 80% 以上 Fe2O3→Fe3O4的转变; nC ∶ nO = 1. 2 工况下预热段完成了 Fe2 O3 →Fe3 O4 全部 转变; ( 2) 加 热 段 主 要 完 成 剩 余 Fe2 O3 →Fe3 O4 和 Fe3O4→FeO 的 全 部 转 变，同 时 实 现 了 5% ～ 20% FeO→MFe 的转变; ( 3) 还原段主要完成剩余 FeO→MFe 的转变， ·112·