浅析Fick定律描述CO+H2混合气体还原铁矿物内扩散环节的偏差

针对铁矿物的气固还原,钢铁冶金领域内主要采用未反应核模型对其进行研究.目前即使考虑还原剂为CO+H 2混合气体,也就是CO-CO 2-H 2-H 2O四元体系参与扩散的情况,未反应核模型中对内扩散环节的描述仍以仅严格适用于二组元扩散体系的Fick定律为主.因此,本文以精确描述复杂多组元体系传质过程的Maxwell-Stefan关系式为基础,首先建立与其耦合的铁矿物气固还原单界面未反应核模型,并开发相关数值算法.然后,通过比较相同条件下基于Fick定律未反应核模型(Fick模型)和基于Maxwell-Stefan关系式未反应核模型(M-S模型)的计算结果,探讨采用Fick定律描述多组元气体内扩散相对于采用Maxwell-Stefan关系式描述多组元气体内扩散的偏差.研究结果表明,相比于M-S模型,Fick模型计算的CO还原速率偏小,H 2还原速率偏大,总还原速率偏大,并且这些偏差随矿石还原度的提高和固体产物层结构参数的减小而增大.对某一组元(CO或H 2)的还原速率而言,Fick模型的计算偏差随该组元含量的增加而减小.对总还原速率而言,各组元含量越接近,Fick模型的计算偏差越大.与之相反,各组元含量差异越大,Fick模型的计算偏差越小.

基于全局优化的多组元熔体互扩散分析方法

不同于传统的确定多元互扩散系数的"扩散路径法"和"平方根扩散系数法"等方法,本文基于遗传算法和模拟退火算法的全局搜索功能,将这些智能算法与Levenberg-Marquardt算法进行有机结合从而提出一种既具有全局搜索能力又能够保证最优解精度的算法.通过扩散实验的成分谱构建目标函数,利用本算法对目标函数进行优化得到最优解,从而获得多组元体系的互扩散系数.为了说明本算法能够方便、可靠地处理多组元熔体的互扩散过程,本文分别对正常扩散情形,上坡扩散情形,理想扩散情形(不存在随机误差),大噪声比情形(随机误差范围为1个原子百分比)的扩散偶进行了分析,结果表明本算法都能适用于这些情形并给出很好的分析结果.此外,相对于"扩散路径法"等传统方法,本算法还具有精度高,通用性强等优点.

应用Fick定律计算CO/H_(2)+N_(2)混合气体还原铁矿石动力学参数的偏差

为了讨论采用Fick定律未反应核模型(Fick模型)计算CO/H_(2)+N_(2)混合气体还原铁矿石动力学参数的偏差,建立基于Maxwell-Stefan关系式的未反应核模型(M-S模型),对Fick模型计算得到的动力学参数和M-S模型中设定的动力学参数进行比较分析.结果表明:N_(2)对CO/H_(2)还原FeO的阻碍作用与其摩尔分数成正比;N_(2)对正反应速率常数的计算没有影响;CO-N_(2)体系中Fick模型所用的互扩散系数小于实际值,而H_(2)-N_(2)体系中其所用的互扩散系数大于实际值.