工程科学学报，第37卷，第3期：281-285,2015年3月 Chinese Journal of Engineering,Vol.37,No.3:281-285,March 2015 DOI:10.13374/j.issn2095-9389.2015.03.003:http://journals.ustb.edu.cn 气相质谱法研究Fe与C0,-C0氧化反应动力学 严红燕”，胡晓军)四，张昭亮”，侯新梅”，周国治) 1)北京科技大学钢铁治金新技术国家重点实验室，北京1000832)北京科技大学治金与生态工程学院，北京100083 区通信作者，E-mail:huxiaojun@usth.edu.cn 摘要采用气相质谱在线监测反应气体成分变化的方法，研究了1273~1473K范围内，不同比例C02C0混合气体对铁片 恒温氧化的反应动力学，结果表明，氧化反应速率与二氧化碳分压呈线性关系，反应速率常数随C02/C0体积比值增大而减 小，铁片氧化反应的表观活化能为(137.7±15.8)kJ·ml'.该方法得到的结果与文献相比较，结果是可靠的，表明该方法可 以用来在线研究气一固反应的动力学. 关键词铁：二氧化碳：一氧化碳：氧化反应动力学：气相质谱法 分类号T℉01：0643.12 Oxidation kinetics of iron and CO,-CO by using gas mass spectrometry method YAN Hong-yan,HU Xiaojun,ZHANG Zhao-iang,HOU Xin-mei,CHOU Kuo-chih 1)State Key Laboratory of Advanced Metallurgy,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 2)School of Metallurgical and Ecological Engineering,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China Corresponding author,E-mail:huxiaojun@ustb.edu.cn ABSTRACT The oxidation kinetics of iron sheet in CO,-CO mixture was studied by on-line measuring the composition change of the reaction gas using a gas mass spectrometer under different CO,partial pressures in the temperature range of 1273 to 1473 K.It is found that the oxidation rate increases linearly with CO,partial pressure,the rate constant decreases with the increase of CO,/CO vol- ume ratio,and the apparent activation energy of the oxidation of iron sheet is (137.715.8)kJmol Compared with the results re- ported,this on-ine mass spectrometry analysis can get reliable results,so it can be used to study the gas-solid reaction kinetics. KEY WORDS iron:carbon dioxide:carbon monoxide:oxidation kinetics:gas mass spectrometry method 炉气在线分析对高炉炼铁、转炉炼钢、RH精炼等散控速.Wagner四则进一步提出控速环节是CO,的 治金过程的动态控制以及对提高生产效率、节能减耗 界面解离反应.到目前为止，大多数工作都是采用热 具有十分重要的意义口.作为一种具有更好在线功能 重法进行反应动力学的研究.考虑到实际生产过程气 的气体分析技术，气相质谱已经开始被用来连续检测体成分的变化更易于在线测定，可以快速判断反应进 治金反应过程的炉气成分变化，实现治炼的全程动态 程，因此本文尝试利用在线气相质谱法对C0,一C0与 控制D-4 纯铁片氧化反应的动力学进行研究，通过连续监测反 固态铁氧化物与C0,-C0气体间的氧化还原反 应过程中C0和C0,气体成分的变化，分析和建立反 应是重要的治金基础反应，前人已做了大量研究5习. 应动力学方程，并对不同条件下的动力学参数进行解 Hauffe和Pfeiffer研究CO,-CO混合气体对铁片的 析.同时，将该方法得到的结果与其他方法得到的结 氧化反应，指出反应前期是化学反应控速而后期为扩 果进行比较，考察该方法研究的可靠性 收稿日期：201401-29 基金项目：国家自然科学基金资助项目(50874128,50834007,51334001)工程科学学报，第 37 卷，第 3 期: 281--285，2015 年 3 月 Chinese Journal of Engineering，Vol． 37，No． 3: 281--285，March 2015 DOI: 10． 13374 /j． issn2095--9389． 2015． 03． 003; http: / /journals． ustb． edu． cn 气相质谱法研究 Fe 与 CO2 --CO 氧化反应动力学 严红燕1) ，胡晓军1) ，张昭亮1) ，侯新梅2) ，周国治1) 1) 北京科技大学钢铁冶金新技术国家重点实验室，北京 100083 2) 北京科技大学冶金与生态工程学院，北京 100083  通信作者，E-mail: huxiaojun@ ustb． edu． cn 摘 要 采用气相质谱在线监测反应气体成分变化的方法，研究了 1273 ～ 1473 K 范围内，不同比例 CO2 --CO 混合气体对铁片 恒温氧化的反应动力学． 结果表明，氧化反应速率与二氧化碳分压呈线性关系，反应速率常数随 CO2 /CO 体积比值增大而减 小，铁片氧化反应的表观活化能为( 137. 7 ± 15. 8) kJ·mol － 1 ． 该方法得到的结果与文献相比较，结果是可靠的，表明该方法可 以用来在线研究气--固反应的动力学． 关键词 铁; 二氧化碳; 一氧化碳; 氧化反应动力学; 气相质谱法 分类号 TF01; O643. 12 Oxidation kinetics of iron and CO2 --CO by using gas mass spectrometry method YAN Hong-yan1) ，HU Xiao-jun1)  ，ZHANG Zhao-liang1) ，HOU Xin-mei2) ，CHOU Kuo-chih1) 1) State Key Laboratory of Advanced Metallurgy，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China 2) School of Metallurgical and Ecological Engineering，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China  Corresponding author，E-mail: huxiaojun@ ustb． edu． cn ABSTＲACT The oxidation kinetics of iron sheet in CO2 --CO mixture was studied by on-line measuring the composition change of the reaction gas using a gas mass spectrometer under different CO2 partial pressures in the temperature range of 1273 to 1473 K． It is found that the oxidation rate increases linearly with CO2 partial pressure，the rate constant decreases with the increase of CO2 /CO vol￾ume ratio，and the apparent activation energy of the oxidation of iron sheet is ( 137. 7 ± 15. 8) kJ·mol － 1 ． Compared with the results re￾ported，this on-line mass spectrometry analysis can get reliable results，so it can be used to study the gas--solid reaction kinetics． KEY WOＲDS iron; carbon dioxide; carbon monoxide; oxidation kinetics; gas mass spectrometry method 收稿日期: 2014--01--29 基金项目: 国家自然科学基金资助项目( 50874128，50834007，51334001) 炉气在线分析对高炉炼铁、转炉炼钢、ＲH 精炼等 冶金过程的动态控制以及对提高生产效率、节能减耗 具有十分重要的意义［1］． 作为一种具有更好在线功能 的气体分析技术，气相质谱已经开始被用来连续检测 冶金反应过程的炉气成分变化，实现冶炼的全程动态 控制［2 － 4］． 固态铁氧化物与 CO2 --CO 气体间的氧化还原反 应是重要的冶金基础反应，前人已做了大量研究［5 － 9］． Hauffe 和 Pfeiffer［10］研究 CO2 --CO 混合气体对铁片的 氧化反应，指出反应前期是化学反应控速而后期为扩 散控速． Wagner［11］则进一步提出控速环节是 CO2 的 界面解离反应． 到目前为止，大多数工作都是采用热 重法进行反应动力学的研究． 考虑到实际生产过程气 体成分的变化更易于在线测定，可以快速判断反应进 程，因此本文尝试利用在线气相质谱法对 CO2 --CO 与 纯铁片氧化反应的动力学进行研究，通过连续监测反 应过程中 CO 和 CO2 气体成分的变化，分析和建立反 应动力学方程，并对不同条件下的动力学参数进行解 析． 同时，将该方法得到的结果与其他方法得到的结 果进行比较，考察该方法研究的可靠性．