基于多种动力学模型的焦炭溶损反应机理解析.pdf
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1、 第 卷第 期煤 质 技 术 年 月 移动阅读周璐,史含放,张诏民,等 基于多种动力学模型的焦炭溶损反应机理解析 煤质技术,():,():基于多种动力学模型的焦炭溶损反应机理解析周 璐,史含放,张诏民,于海静,李佳霖,黄浚宸,汪 琦,杨松陶(辽宁科技大学 材料与冶金学院,辽宁 鞍山)摘 要:焦炭在高炉内与 发生溶损反应而导致其劣化,对焦炭溶损反应机理的动力学解析可为焦炭热性质评价及高炉顺行提供理论依据。在 范围内对 种不同反应性焦炭(、)进行等温、等溶损率的溶损反应实验,利用 种不同动力学模型(模型、模型、模型)对其溶损反应机理进行动力学解析,得到 种焦炭在各个温度下的反应速率常数及其发生溶损
2、反应的活化能。根据失重率计算值与实验值的平均偏差对比可知,、在同一温度下采用 种动力学模型的反应速率常数由高到低的排序为 模型、模型、模型,确定 模型为可靠性最高的动力学模型,、的溶损反应活化能分别为 、,由此为焦炭在高炉内的溶损反应动力学机理研究提供理论基础和支撑。关键词:焦炭;溶损反应;动力学模型;活化能;反应机理;反应速率常数;溶损率;失重率中图分类号:文献标志码:文章编号:()收稿日期:责任编辑:傅 丛 :基金项目:国家自然科学基金青年基金资助项目();国家自然科学基金面上资助项目()作者简介:周 璐(),女,辽宁盘锦人,本科生,主要研究方向为焦炭溶损反应动力学。:。通讯作者:黄浚宸(
3、),男,辽宁鞍山人,讲师、硕导,主要研究方向为焦炭溶损反应力学及劣化行为。:;汪 琦(),男,辽宁鞍山人,教授、博导,主要研究方向为炼焦煤性质与焦炭质量控制。:,(,):()(,)(,),煤 质 技 术 年第 卷 ,:;引 言焦炭作为高炉重要的炼铁原料,在高炉冶炼过程中主要起提供还原剂、渗碳剂、发热剂和料柱骨架作用。随着当今冶炼技术的发展,大型或巨型高炉不断涌现,高炉喷煤技术也在不断革新,对于焦炭在高炉内的热态强度要求不断提高,因而焦炭热态性能已成为行业关注的热点。焦炭在高炉内与 发生溶损反应,造成内部气孔结构改变,导致焦炭强度下降,进而发生劣化。焦炭热强度用于衡量焦炭抵抗 溶损侵蚀的能力,即
4、焦炭劣化的根本在于溶损反应,对于溶损反应动力学机理的深入全面研究是揭示劣化行为的基础。焦炭的溶损反应是典型的气固反应,已有诸多学者提出多种动力学模型。等建立 个新的 模型以 预 测 焦 炭 颗 粒 气 化 过程;等在 模型的基础上提出 模型;等在前人研究的基础上,针对焦炭与 气化反应,创建 个严谨科学的数学模型。但当今较为典型且应用广泛的气固反应动力学模型 却 主 要 涵 括 体 积 模 型()、核 模型()以 及 随 机 孔 模 型()。等利用以上 种模型,针对多种生物质焦进行了动力学解析;等利用此 种模型对在加压条件下不同焦炭的气化反应动力学行为进行分析;等采用以上 种模型解析焦炭水蒸气气
5、化反应与温度、压力之间的关系。利用以上 种动力学模型,针对反应性相差较大的 种焦炭,在 温度范围内与发生等溶损率()的溶损反应并进行动力学解析,给出 种动力学模型对应的动力学参数,通过失重率实验值和计算值的偏差对比,确定可靠性最高的动力学模型,以期为焦炭溶损劣化动力学机理研究和焦炭热性质评价提供理论支撑与参考。动力学模型焦炭与 溶损反应属于气固反应,()为模式函数,其反应速率表达见式():()()式 中,为 失 重 率,;为 反 应 速 率 常数,。针对模式函数,此次研究采用、和 模 型,其 反 应 速 率 表 达 分 别 见 式()、()、()。()()()()()()()式中,为原始焦炭气
6、孔结构因子。对式()()进行积分,可得式()():()()()()()()()由式()()可知,模式函数的积分式与 呈线性关系,代入原始实验数据并进行线性拟合,其 斜 率 即 为 种 模 型 的 反 应 速 率 常 数(、)。反应速率常数为温度的函数,其可用阿伦尼乌斯公式进行描述,见式()。()式中,为指前因子,;为反应活化能,;为气体常数,()。对式()两侧取对数,可得式():()将对应的 分别与 作图,并进行线性拟合,通过拟合线斜率可得,截距可得。将 种 模 型 的 反 应 速 率 常 数(、)代入式()(),可得失重率计算值()。()()()()第 期周 璐等:基于多种动力学模型的焦炭溶
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