铁矿微粉在低温还原中的微空间尺度传输问题研究

铁矿固相提纯- - 低温固相还原- - （半）固态成型的工艺路线将能避免传统钢铁生产流程中无效的能耗和物耗，使化学和能量状态转换更趋合理。在其中的还原环节可通过减小矿粉粒径来解决低温下反应速率不足、反应时间过长和反应不彻底等问题，这涉及到微空间尺度极端条件下的非经典传质、传热问题，从而必须考虑热（质）传递速度的有限性即非富立叶效应和非费克效应。本课题拟通过实验研究与非典型传输的数值模拟相结合的方法解决其中的关键问题。设计铁矿微粉的可控瞬间反应器在不同的温度、压力、粒径和反应时间下进行还原试验，采用X射线衍射、拉曼谱仪和电镜等方法测定微粉样品矿相组成、结构和形貌变化等信息，从单个微粉颗粒以及微粉团之间的非费克传质、非富立叶导热及反应过程的耦合出发对反应物薄层的扩散和传热行为进行模拟，与实验数据进行综合对照，确定在恰当的还原温度、压力和时间条件下合理的粒径，并对铁矿微粉低温还原机理作出理论分析。