磁铁矿球团等温氧化反应建模与数值模拟
发布时间：2022-01-25 10:19
针对磁铁矿球团在链箅机预热段中的氧化程度难以直接测量的难题,采用基于CFD、多孔介质传质、传热理论和未反应收缩核模型相结合的方法建立磁铁矿球团氧化反应模型,仿真得到球团表面及内部的氧化反应速率分布、生成物质量分数分布以及O2在球团内部的扩散情况,对不同预热温度、不同球团直径的氧化率及氧化速率进行数值模拟。结果表明:在单向流的作用下,O2从球团顶部的接触面逐渐向湍流尾部进行扩散,在球团内部呈现缩核模型现象;生成物质量分数分布呈现非均匀性;预热温度对氧化率影响显著,在973 K和1 273 K温度工况下预热14 min,球团的氧化程度分别为67.6%和99.8%;氧化速率随氧化时间的延长而逐渐降低并趋于稳定;球团直径越大,氧化效果越差,获得的最佳球团直径范围为8～12 mm。研究计算结果与文献中的实验测量结果一致,其可用于预测球团预热过程的氧化率计算并优化相关工艺参数。
【文章来源】：烧结球团. 2020,45(03)北大核心
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
反应器物理模型示意图与网格划分
图2为1 073 K条件下仿真得到的球团表面氧化反应速率分布云图。从图2可以看出:球团上方先接触O2的部分最先开始进行反应,并沿z轴负半轴方向(即气流方向)在球团表面快速扩散,60 s时表面反应基本完成。球团内部x-y截面的氧化速率云图如图3(a)所示。由图3(a)可以看出:球团在横截面方向的氧化反应呈现缩核反应现象,反应界面逐渐向核心收缩且氧化速率较大;产物层范围(已反应区域)逐渐扩大,其氧化速率随着反应向核心进行而逐渐减小;球团整体的氧化速率随时间增加而降低,这是由气体在球团内扩散阻力逐渐增大以及反应物质量分数逐渐降低所导致;球团内部反应速率较慢,在数值上整体小于表面反应速率。图3(b)为球团内部x-y截面生成物的Fe2O3质量分数分布云图。从图3(b)可以看出:随着氧化反应从球团表面向核心逐步进行,由球团表面到球团中心,生成物Fe2O3的质量分数越来越低;随着时间延长,球团内生成物质量分数逐渐变大;受模型网格形状和孔隙结构的影响,Fe2O3在球团内部的生成情况呈现非均匀性。
数值模拟计算出的磁铁矿球团在不同预热温度下的氧化率如图5所示(数值模拟所设置的球团直径为12 mm)。从图5可以看出:预热温度对磁铁矿球团氧化率的影响十分显著。预热温度越高,球团达到一定氧化率所需时间越短。在973 K预热温度下,球团需要11 min左右才能达到60%氧化率,而在1 273 K温度下,只需4 min就可以达到60%氧化率。氧化时间越长,氧化率越高。当预热时间为14 min,预热温度为973、1 073、1 173、1 273 K时,氧化率分别为67.6%,78.6%,89.5%和99.8%。由此可知,氧化率的增加趋势随氧化时间的增加而减慢。图4 不同时刻O2在球团内部扩散的浓度分布云图
【参考文献】：
期刊论文
[1]Isothermal Oxidation Kinetics of Artificial Magnetite Pellets[J]. 张汉泉,FU Jintao,潘建,张峰,GUO Zhengqi. Journal of Wuhan University of Technology（Materials Science）. 2018(06)
[2]应该重视入窑(预热)球团的质量[J]. 高飞,庞兴露. 烧结球团. 2014(03)
[3]磁铁精矿球团氧化动力学[J]. 傅菊英,李云涛,姜昌伟,王黎光. 中南大学学报(自然科学版). 2004(06)
[4]气固相非催化反应缩核模型的分形分析[J]. 朱建军,林西平,韶晖. 石油化工. 1998(07)
[5]A MATHEMATICAL MODEL FOR THE PROCESS OF MAGNETITE OXIDATION[J]. HUANG Dianbing, KONG Lingtan, LIN ZongcaiUniversity of Science and Technology Beijing, Beijing. China. Acta Metallurgica Sinica（English Edition）. 1994(01)
[6]磁铁矿球团氧化过程动力学[J]. 肖兴国,马志,吕建华. 烧结球团. 1990(04)
[7]杭钢含硫镁磁铁精矿球团氧化动力学研究[J]. 傅守澄,舒刚. 烧结球团. 1985(05)
本文编号：3608363
【文章来源】：烧结球团. 2020,45(03)北大核心
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
反应器物理模型示意图与网格划分
图2为1 073 K条件下仿真得到的球团表面氧化反应速率分布云图。从图2可以看出:球团上方先接触O2的部分最先开始进行反应,并沿z轴负半轴方向(即气流方向)在球团表面快速扩散,60 s时表面反应基本完成。球团内部x-y截面的氧化速率云图如图3(a)所示。由图3(a)可以看出:球团在横截面方向的氧化反应呈现缩核反应现象,反应界面逐渐向核心收缩且氧化速率较大;产物层范围(已反应区域)逐渐扩大,其氧化速率随着反应向核心进行而逐渐减小;球团整体的氧化速率随时间增加而降低,这是由气体在球团内扩散阻力逐渐增大以及反应物质量分数逐渐降低所导致;球团内部反应速率较慢,在数值上整体小于表面反应速率。图3(b)为球团内部x-y截面生成物的Fe2O3质量分数分布云图。从图3(b)可以看出:随着氧化反应从球团表面向核心逐步进行,由球团表面到球团中心,生成物Fe2O3的质量分数越来越低;随着时间延长,球团内生成物质量分数逐渐变大;受模型网格形状和孔隙结构的影响,Fe2O3在球团内部的生成情况呈现非均匀性。
数值模拟计算出的磁铁矿球团在不同预热温度下的氧化率如图5所示(数值模拟所设置的球团直径为12 mm)。从图5可以看出:预热温度对磁铁矿球团氧化率的影响十分显著。预热温度越高,球团达到一定氧化率所需时间越短。在973 K预热温度下,球团需要11 min左右才能达到60%氧化率,而在1 273 K温度下,只需4 min就可以达到60%氧化率。氧化时间越长,氧化率越高。当预热时间为14 min,预热温度为973、1 073、1 173、1 273 K时,氧化率分别为67.6%,78.6%,89.5%和99.8%。由此可知,氧化率的增加趋势随氧化时间的增加而减慢。图4 不同时刻O2在球团内部扩散的浓度分布云图
【参考文献】：
期刊论文
[1]Isothermal Oxidation Kinetics of Artificial Magnetite Pellets[J]. 张汉泉,FU Jintao,潘建,张峰,GUO Zhengqi. Journal of Wuhan University of Technology（Materials Science）. 2018(06)
[2]应该重视入窑(预热)球团的质量[J]. 高飞,庞兴露. 烧结球团. 2014(03)
[3]磁铁精矿球团氧化动力学[J]. 傅菊英,李云涛,姜昌伟,王黎光. 中南大学学报(自然科学版). 2004(06)
[4]气固相非催化反应缩核模型的分形分析[J]. 朱建军,林西平,韶晖. 石油化工. 1998(07)
[5]A MATHEMATICAL MODEL FOR THE PROCESS OF MAGNETITE OXIDATION[J]. HUANG Dianbing, KONG Lingtan, LIN ZongcaiUniversity of Science and Technology Beijing, Beijing. China. Acta Metallurgica Sinica（English Edition）. 1994(01)
[6]磁铁矿球团氧化过程动力学[J]. 肖兴国,马志,吕建华. 烧结球团. 1990(04)
[7]杭钢含硫镁磁铁精矿球团氧化动力学研究[J]. 傅守澄,舒刚. 烧结球团. 1985(05)
本文编号：3608363
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/yjlw/3608363.html
