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
来源期刊：材料与冶金学报2019年第3期
论文作者：张京 孟繁超 邵磊 邹宗树
文章页码：169 - 174
关键词：铁矿石还原;气固反应;等摩尔反向扩散;多组元气体扩散;未反应核模型;
摘 要：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+H2混合气体,也就是CO-CO2-H2-H2O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,H2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H2）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.
张京1，孟繁超2，邵磊2，邹宗树2
1. 东北大学理学院2. 东北大学冶金学院
摘 要：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+H2混合气体,也就是CO-CO2-H2-H2O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,H2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H2）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.
关键词：铁矿石还原;气固反应;等摩尔反向扩散;多组元气体扩散;未反应核模型;
