احیاء گلوله های آهن (گندله) به روش هسته واکنش نداده

آهن در طبیعت عمدتا به صورت اکسید آهن وجود دارد که برای احیاء آن روش های مختلفی در جهان ابداع شده است. یکی از عمده ترین روش های احیاء اکسید آهن، احیاء مستقیم می باشد. در این روش ابتدا سنگ معدن آهن به گلوله های اکسیدی به نام گندله تبدیل می شود و سپس از بالای راکتور احیاء وارد می شوند. گاز های کاهنده از انتهای راکتور به صورت جریان متقابل با گندله ها تماس پیدا می کنند و در اثر انجام یک سری فعل و انفعالات بین اکسید آهن و عوامل کاهنده، اکسید آهن تبدیل به آهن می گردد. با بررسی و مطالعات صورت گرفته روی مکانیزم فرآیندهای احیاء مستقیم یکی از کاربردی ترین مدل به کار رفته در این فرآیند، مدل هسته واکنش نداده است. در این تحقیق یک گندله با استفاده از مدل هسته واکنش نداده و با انجام یک سری فرضیات مدلسازی شده، سپس با استفاده از قوانین بقاء جرم و انرژی و معادلات حالت گاز کامل و دیگر معادلات کمکی، معادلات حاکم برگندله در فرآیند احیاء تهیه می شود. قبل از حل این معادلات ثوابت و ضرایب آنها از مراجع، هندبوک ها، مقالات و آزمایشات تحقیقاتی صورت گرفته بر اساس شرایط موجود در تحقیق استخراج می شود. بعد از مدل کردن گندله، جهت بررسی رفتار راکتور احیاء مستقیم، یک مقطع از راکتور با به کاربردن فرمولاسیون دیفرانسیلی مدل می شود که با حل آن تغییرات دما و ترکیب مواد درطول راکتور بدست می آید. معادلات پیچیده به دست آمده از روش های تحلیلی به راحتی قابل حل نبود لذا از روش های عددی جهت حل آنها استفاده شده. حل عددی معادلات دیفرانسیل حاکم بر گندله و راکتور با شرایط مرزی و اولیه، از روش اختلافات محدود و runge kutta method به وسیله نرم افزار7.6 matlabصورت می پذیرد. نتایج تجربی به خوبی صحت مدل را تایید می کنند. با بدست آوردن میزان خطاء مدل از نتایج تجربی این مقدار بین 2 تا 5 درصد قرار می گیرد. همچنین عوامل موثر بر میزان تبدیل گندله در فاز گاز دما، کمیت و کیفیت گاز کاهنده و در فاز جامد از جمله قطر، تخلخل و پیچش گندله می باشند. در راکتور دبی فاز های گاز و جامد برروی میزان تبدیل گندله موثر است.