郭漢杰，郭靖

北京科技大學(xué)

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(bào)道。

學(xué)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(shí)質(zhì)性的研發(fā)，哪怕是理論模型計(jì)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(yuǎn)期的實(shí)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(xué)的兩個(gè)模型從另外角度看高爐運(yùn)行

（1）熱力學(xué)模型一

Fe2O3碳還原最理想的熱力學(xué)模型

 

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

元素?cái)?shù)m=3：Fe、C、O，體系中獨(dú)立的化學(xué)反應(yīng)數(shù)： r=c-m=3 。

因此從熱力學(xué)理論上用3個(gè)獨(dú)立化學(xué)反應(yīng)描述氧化鐵的碳還原的始態(tài)和末態(tài)實(shí)際上就反映了全部的工藝過程。

 

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

1）按照反應(yīng)（1）還原的化學(xué)計(jì)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(yīng)（2）提供給還原反應(yīng)（1）必須的化學(xué)熱所消耗的碳素； 

3）以上兩個(gè)反應(yīng)產(chǎn)生的還原煤氣的組成CO、CO2，由完成反應(yīng)（1）及（2）的化學(xué)計(jì)量算出。

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

按照模型一（1#）的理想計(jì)算所得的碳、氧的配加量，代入最小自由能模型二進(jìn)行精確計(jì)算，發(fā)現(xiàn)此時(shí)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(shí)消失。4#時(shí)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(xué)的化學(xué)計(jì)量結(jié)果不一致？

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