工艺因素对铁矿粉流态化还原效果影响的模拟研究

摘要

以高压循环流化床为原型,建立流化床内管几何模型,综合考虑颗粒间传热传质和化学反应特征,以金属化率和反应平衡时间为评价指标,采用B arracuda软件模拟分析还原温度、矿粉粒径、还原气氛等工艺因素对铁矿粉流态化还原的影响,确定铁矿粉流态化还原的最佳方案;采用扫描电镜表征铁矿粉的微观形貌,探讨工艺因素对铁矿粉流态化还原和黏结的机理。结果表明:铁矿粉粒径为[0.150,0.180) mm时,还原温度在573～1 173 K范围,升高温度有利于提高铁矿粉的金属化率和颗粒纵向速度、缩短反应平衡时间,但温度过高颗粒纵向速度降低,这是由于铁晶须相互勾连形成团聚,抑制铁矿粉流化;温度为973 K时,铁矿粉粒径在[0.080,1.000) mm范围,减小粒径可增大铁矿粉的比表面积,有利于提高铁矿粉的金属化率,但铁矿粉粒径过小颗粒堆积不易流化;还原气氛为（H₂+CO）的条件下,纯H₂的还原效率优于CO,但增加CO的含量利于减少水蒸气的生成,提高铁矿粉的流化性能。气体线速度为0.6 m/s、压力为0.2 MPa条件下,流态化还原铁矿粉的最佳工艺参数为还原温度973 K、粒径[0.150,0.180) mm、还原气氛70%H2+30%CO。

关键词

数值模拟 / 流化床 / 铁矿粉 / 还原机理 / 黏结机理