CO-N2还原球团矿的本征数学模拟与动力学预测

根据传统宏观动力学分析仅能“模拟”而无法“预测”未知试验,提出本征数学模拟及预测的方法以解决传统动力学分析方法中存在的参数调整随意性强、预测准确性差等系统性问题。采用热重法进行了5组不同温度下(1 235、1 275、1 326、1 377和1 425 K)一氧化碳还原球团矿的等温动力学试验来获取本征动力学参数集合,再对试验数据进行模拟复原,并且对1 254和1 301 K下的反应进行了预测。由还原速率的转折点可将还原过程分为2段,反应前期主要为球团矿中的Fe2O3还原为浮氏体的过程,由一级化学反应控制,反应后期主要为浮氏体还原为铁的过程,由缩核模型控制。反应前后期的转折点的还原度Dtp与温度T之间的关系由方程Dtp=9.101 4×10^(-4)T-0.787 4确定。各反应时期的本征动力学参数分别为,一级化学反应活化能为40.63 kJ/mol,频率因子为52.43 g/(m^(2)·s);外扩散等效活化能为53.58 kJ/mol,频率因子为3.04 m/s;界面化学反应活化能为37.87 kJ/mol,频率因子为0.72 m/s;内扩散等效活化能为85.12 kJ/mol,频率因子为0.09 m^(2)/s。根据最适反应机理建立分段速率微分方程,利用4阶Runge-Kutta法模拟出球团矿还原的初始动力学过程并预测了球团矿在1 254和1 301 K下的动力学曲线,在不同温度下所选时间节点处球团矿动力学曲线的本征数学模拟结果和预测结果与试验结果的相对误差均为6%以内。