針對(duì)磁鐵礦球團(tuán)在鏈箅機(jī)預(yù)熱段中的氧化程度難以直接測(cè)量的難題,采用基于CFD、多孔介質(zhì)傳質(zhì)、傳熱理論和未反應(yīng)收縮核模型相結(jié)合的方法建立磁鐵礦球團(tuán)氧化反應(yīng)模型,仿真得到球團(tuán)表面及內(nèi)部的氧化反應(yīng)速率分布、生成物質(zhì)量分?jǐn)?shù)分布以及O₂在球團(tuán)內(nèi)部的擴(kuò)散情況,對(duì)不同預(yù)熱溫度、不同球團(tuán)直徑的氧化率及氧化速率進(jìn)行數(shù)值模擬。結(jié)果表明:在單向流的作用下,O₂從球團(tuán)頂部的接觸面逐漸向湍流尾部進(jìn)行擴(kuò)散,在球團(tuán)內(nèi)部呈現(xiàn)縮核模型現(xiàn)象;生成物質(zhì)量分?jǐn)?shù)分布呈現(xiàn)非均勻性;預(yù)熱溫度對(duì)氧化率影響顯著,在973 K和1 273 K溫度工況下預(yù)熱14 min,球團(tuán)的氧化程度分別為67.6%和99.8%;氧化速率隨氧化時(shí)間的延長而逐漸降低并趨于穩(wěn)定;球團(tuán)直徑越大,氧化效果越差,獲得的最佳球團(tuán)直徑范圍為8～12 mm。研究計(jì)算結(jié)果與文獻(xiàn)中的實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果一致,其可用于預(yù)測(cè)球團(tuán)預(yù)熱過程的氧化率計(jì)算并優(yōu)化相關(guān)工藝參數(shù)。 

【文章來源】：燒結(jié)球團(tuán). 2020,45(03)北大核心

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

反應(yīng)器物理模型示意圖與網(wǎng)格劃分

圖2為1 073 K條件下仿真得到的球團(tuán)表面氧化反應(yīng)速率分布云圖。從圖2可以看出:球團(tuán)上方先接觸O2的部分最先開始進(jìn)行反應(yīng),并沿z軸負(fù)半軸方向(即氣流方向)在球團(tuán)表面快速擴(kuò)散,60 s時(shí)表面反應(yīng)基本完成。球團(tuán)內(nèi)部x-y截面的氧化速率云圖如圖3(a)所示。由圖3(a)可以看出:球團(tuán)在橫截面方向的氧化反應(yīng)呈現(xiàn)縮核反應(yīng)現(xiàn)象,反應(yīng)界面逐漸向核心收縮且氧化速率較大;產(chǎn)物層范圍(已反應(yīng)區(qū)域)逐漸擴(kuò)大,其氧化速率隨著反應(yīng)向核心進(jìn)行而逐漸減小;球團(tuán)整體的氧化速率隨時(shí)間增加而降低,這是由氣體在球團(tuán)內(nèi)擴(kuò)散阻力逐漸增大以及反應(yīng)物質(zhì)量分?jǐn)?shù)逐漸降低所導(dǎo)致;球團(tuán)內(nèi)部反應(yīng)速率較慢,在數(shù)值上整體小于表面反應(yīng)速率。圖3(b)為球團(tuán)內(nèi)部x-y截面生成物的Fe2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)分布云圖。從圖3(b)可以看出:隨著氧化反應(yīng)從球團(tuán)表面向核心逐步進(jìn)行,由球團(tuán)表面到球團(tuán)中心,生成物Fe2O3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)越來越低;隨著時(shí)間延長,球團(tuán)內(nèi)生成物質(zhì)量分?jǐn)?shù)逐漸變大;受模型網(wǎng)格形狀和孔隙結(jié)構(gòu)的影響,Fe2O3在球團(tuán)內(nèi)部的生成情況呈現(xiàn)非均勻性。

數(shù)值模擬計(jì)算出的磁鐵礦球團(tuán)在不同預(yù)熱溫度下的氧化率如圖5所示(數(shù)值模擬所設(shè)置的球團(tuán)直徑為12 mm)。從圖5可以看出:預(yù)熱溫度對(duì)磁鐵礦球團(tuán)氧化率的影響十分顯著。預(yù)熱溫度越高,球團(tuán)達(dá)到一定氧化率所需時(shí)間越短。在973 K預(yù)熱溫度下,球團(tuán)需要11 min左右才能達(dá)到60%氧化率,而在1 273 K溫度下,只需4 min就可以達(dá)到60%氧化率。氧化時(shí)間越長,氧化率越高。當(dāng)預(yù)熱時(shí)間為14 min,預(yù)熱溫度為973、1 073、1 173、1 273 K時(shí),氧化率分別為67.6%,78.6%,89.5%和99.8%。由此可知,氧化率的增加趨勢(shì)隨氧化時(shí)間的增加而減慢。圖4 不同時(shí)刻O2在球團(tuán)內(nèi)部擴(kuò)散的濃度分布云圖

【參考文獻(xiàn)】：
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