本文綜述使用氣基豎爐進行氧化鐵直接還原（DRI）技術，涵蓋實驗研究與數學模型兩大領域，同時也探討高爐-鹼性氧氣爐、直接還原鐵-電弧爐等主要煉鋼法。直接還原法是透過固態還原氧化鐵來減少碳排放，並可用天然氣等其他還原劑取代焦炭。
氣基豎爐的研究可分為微觀和宏觀兩個層面：
微觀層面：研究單一鐵礦石顆粒的還原動力學。
宏觀層面：研究整個反應器的還原過程。
在實驗研究方面，主要有兩類工作：
冷模型試驗：了解豎爐中固體和流體的流動動力學；
實驗室規模的DRI爐模型：理解還原現象和操作特性。
在數學模型方面，研究者們採用多種方法，包括一維和二維反應器模擬，以及考慮水煤氣置換和甲烷裂解等副反應的模型。本文特別探討兩類主要模型：未反應收縮核模型(USCM)和多孔固體模型(如下表2)。
表2、未反應收縮核模型(USCM)和多孔固體模型比較
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未反應收縮核模型(USCM) |
多孔固體模型 |
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USCM適用於初始孔隙率低的緻密球結礦，假設還原反應發生在不斷縮小的核心表面。 |
多孔固體模型則更適合初始多孔的氧化鐵球結礦，認為還原氣體可以滲透到球團內部，使得反應在整個球團中發生。 |
許多研究者利用這些模型，探討了還原氣體成分(如H₂/CO比例)、溫度、壓力、流量等參數對豎爐性能和碳排放的影響，並將模型結果與實驗數據進行比對以驗證其準確性。總結來說，數學建模是理解和優化豎爐性能的重要工具，有助於設計更高效的生產系統。
（摘自：世界金屬導報, N.2714, 2025-04-08）