郭漢杰，郭靖

北京科技大學

1氫冶金的發(fā)展和目前的問題

目前媒體上關(guān)于氫冶金的報道。

學者建議和發(fā)文

目前的問題

1 大家都看好氫冶金的前景，沒有實質(zhì)性的研發(fā)，哪怕是理論模型計算，更多停留在概念上； 

2 冷靜考慮，氫來自何方？如何來？有多少？ 

3 近期和遠期的實施步驟是什么？其依據(jù)？ 

2 高爐碳冶金的原理解析

高爐碳還原----用熱力學的兩個模型從另外角度看高爐運行

（1）熱力學模型一

Fe2O3碳還原最理想的熱力學模型

 

在等溫等壓下，熱力學體系中 ，組元數(shù)C=6：Fe₂O₃、CO、CO₂、O₂、Fe、C； 

元素數(shù)m=3：Fe、C、O，體系中獨立的化學反應數(shù)： r=c-m=3 。

因此從熱力學理論上用3個獨立化學反應描述氧化鐵的碳還原的始態(tài)和末態(tài)實際上就反映了全部的工藝過程。

 

此二反應構(gòu)成鐵礦石Fe2O3與碳的還原煉鐵最理想的模型（以下簡稱為模型一）。其中作為還原過程能源C的消耗分為兩個部分：

1）按照反應（1）還原的化學計量關(guān)系，還原1Kg鐵（或噸鐵）所需要的碳素，為最為理想的還原劑用量；

2）由碳的完全燃燒反應（2）提供給還原反應（1）必須的化學熱所消耗的碳素； 

3）以上兩個反應產(chǎn)生的還原煤氣的組成CO、CO2，由完成反應（1）及（2）的化學計量算出。

以還原1KgFe（或1000KgFe）為基準模擬計算高爐狀態(tài)下，碳素還原純Fe2O3的反應，由于這個反應是吸熱反應，所以要完成這個反應需要給高爐下部吹氧，碳氧反應放熱維持表觀的直接還原。

按照模型一（1#）的理想計算所得的碳、氧的配加量，代入最小自由能模型二進行精確計算，發(fā)現(xiàn)此時并不能完全得到1Kg（17.9mol）的鐵，只得到了833gFe（14.92mol），體系中還有226g FeO（3.14mol）沒有被還原。在此基礎(chǔ)上，逐漸增加還原劑C，見2#、3#、4#，每增加1molC，F(xiàn)eO逐漸減小，直至4#時消失。4#時總耗碳42.1mol，1Kg（17.9mol）的鐵完全被還原出來。 

為什么模型二的結(jié)果與熱力學的化學計量結(jié)果不一致？

……