單顆粒褐鐵礦氣基磁化焙燒過程的數(shù)值模擬.pdf

1、鐵礦石作為冶金中最主要原料之一，它也是經(jīng)濟發(fā)展中不可或缺的重大礦產(chǎn)資源。國內(nèi)各種難選菱鐵礦、赤褐鐵礦等礦石中不能有效開采使用的約有百億噸。如果可以采取有效工藝來進行相關(guān)礦石的焙燒-磁選處理，就能將廢棄難選鐵礦石轉(zhuǎn)變成實際戰(zhàn)略儲備。因此，開發(fā)新型鐵礦石資源已迫在眉睫。然而，常規(guī)的磁化焙燒工藝流因程相對繁瑣，開發(fā)投入大等諸多原因，難以向工業(yè)應(yīng)用大范圍轉(zhuǎn)化。針對以上問題，通過考慮在流態(tài)化下非均相氣固反應(yīng)有著很好的傳熱傳質(zhì)特點，對包頭固陽褐鐵礦

2、顆粒進行了磁化還原焙燒的數(shù)值模擬研究。褐鐵礦內(nèi)含豐富結(jié)晶水，其?貧、細、雜?的特點，導(dǎo)致物理選礦難，發(fā)展低品位鐵礦石的磁化焙燒技術(shù)可以有效利用廢棄資源，節(jié)約成本。流化床CO磁化焙燒近幾年發(fā)展很快，但單顆粒還原過程還未見報道。使用合適的褐鐵粒CO磁化還原焙燒過程模型，能詳細探究其還原度變化過程的影響因素。
　　褐鐵礦顆粒在爐內(nèi)磁化焙燒常常伴隨傳熱、傳質(zhì)和還原反應(yīng)以及褐鐵礦顆粒孔隙結(jié)構(gòu)變化等過程，致使褐鐵礦顆粒的還原特性很復(fù)雜，需要建

3、立一個相互耦合，并伴隨著傳熱傳質(zhì)以及孔隙結(jié)構(gòu)變化的還原模型，來詳細描述其還原焙燒過程。本文考慮了褐鐵礦顆粒還原過程的復(fù)雜性，通過對其形態(tài)、結(jié)構(gòu)分析，分別描述了褐鐵礦顆粒的內(nèi)部傳熱過程，反應(yīng)氣體擴散過程，孔隙結(jié)構(gòu)變化過程，并通過對這些過程的研究，建立了褐鐵礦顆粒還原模型。由于褐鐵礦顆粒在磁化焙燒過程中，伴隨著相當(dāng)復(fù)雜的物理和化學(xué)過程，而且褐鐵礦顆粒內(nèi)有孔隙的存在，褐鐵礦和CO的反應(yīng)同時發(fā)生在褐鐵礦顆粒的內(nèi)外表面，這些物理化學(xué)過程，對于模型

4、的建立也有很大影響，因此，本文的工作就是圍繞著這一復(fù)雜過程展開的，主要涉及以下幾個方面：
　　研究褐鐵礦顆粒的結(jié)構(gòu)對于磁化焙燒過程影響，將隨機孔模型引入其氣固反應(yīng)的結(jié)構(gòu)變化中，成功地描述了褐鐵礦顆粒在磁化還原焙燒過程中孔隙結(jié)構(gòu)變化，并將隨機模型和其傳熱傳質(zhì)模型相互耦合，提出了還原模型，并且通過實驗進行模型驗證；研究了CO在褐鐵礦顆粒內(nèi)部沿徑向方向的分布，擴散主要以努特森以及容積擴散為主，建立了CO氣體的傳質(zhì)方程；模擬了單顆粒褐鐵礦

5、中Fe2O3通過CO轉(zhuǎn)化為Fe3O4的反應(yīng)過程，通過模擬計算可以得出在各個環(huán)境溫度及不同氣體濃度氛圍下還原度隨還原時間的變化關(guān)系；在全尺度下，考慮氣固反應(yīng)阻力的存在，建立了新的磁化還原焙燒模型，通過對全尺度還原新模型的還原特性研究，分別考慮了褐鐵礦顆粒還原時兩個重要的參數(shù)，環(huán)境溫度以及初始CO濃度變化，分別給出了顆粒內(nèi)部各點還原度分布以及整體還原度隨時間的變化情況。最后，利用有限體積法，離散控制方程與邊界條件，通過FORTRAN編程，計