2016-03-05來源：暫無數據
? ? ? ?流態化（fluidization）是一種由于流體向上流過固體顆粒堆積的床層而使得固體顆粒具有一般流體性質的物理現象，是現代多相相際接觸的工程技術。使用流態化技術的流化床反應器因具有相際接觸面積大，溫度、濃度均勻，傳熱傳質條件好，運行效率高等優點而應用于現代工業生產。
高爐煉鐵技術在礦產資源受限和環保壓力增大等形勢下，將面臨著前所未有的挑戰。鐵礦石對外依存度過高、鐵礦石粒度越來越小和焦炭資源枯竭等狀況，迫使人們加快步伐探索改進或替代高爐工藝的非高爐型煉鐵工藝。以氣固流態化還原技術為代表的非高爐煉鐵工藝逐步受到重視。
新工藝的建立和發展需要理論研究作為支撐。目前國內對于流態化還原煉鐵過程中的氣固兩相流規律的認識還不夠深入，特別是對不同屬性鐵礦粉的流態化特性、不同操作條件下的流態化還原特性，以及反應器結構對流態化還原過程的影響等相關研究還不夠充分，基于流態化還原技術的新工藝要成熟應用于大規模工業生產還有明顯距離。
發展流態化技術須重視基礎研究
流態化技術可以把固體散料懸浮于運動的流體之中，使顆粒與顆粒之間脫離接觸，從而消除顆粒間的內摩擦現象，使固體顆粒具有一般流體的特性，以期得到良好的物理化學條件。流態化技術很早就被引入冶金行業，成為非高爐煉鐵技術氣基還原流程中的一類重要工藝。流態化技術在直接還原煉鐵過程中主要有鐵礦粉磁化焙燒、粉鐵礦預熱和低度預還原、生產直接還原鐵的冶金功能。
我國從上世紀50年代后期開始流態化煉鐵技術的研究。1973年~1982年，為了開發攀枝花資源，我國進行了3次流態化還原綜合回收釩鈦鐵的試驗研究。中國科學院結合資源特點對貧鐵礦、多金屬共生礦的綜合利用，開展了流態化還原過程和設備的研究；鋼鐵研究總院于2004年提出低溫快速預還原煉鐵方法(FROL TS)，并隨后對工藝流程進行了探索，取得一定效果。除此之外，還有針對鐵礦及鐵氧化物微粉的低溫還原特性的研究，探索了小粒徑礦粉進行流態化還原的技術特點。使用流態化技術的代表性非高爐煉鐵工藝的床層結構、還原氣和物料特性見附表。
流態床的預還原反應器中的鐵礦粉等物料與還原氣體在流態化過程中相互作用，其動力學行為可促進兩相之間的動量、熱量和質量交換，為鐵礦粉的還原反應創造良好的條件。為有效發揮流化床反應器的還原效果，開展氣固兩相流的理論研究很有必要，基礎性研究成果將促進流態化技術發展及工業應用。
氣固兩相流相關研究進展
在流態化過程中，固體顆粒在流動的氣體或液體中呈現懸浮狀態，具有流體的性質，其狀態受流體屬性、固體顆粒屬性、床體結構、操作條件和相間作用的影響。
物料屬性對流化狀態的影響。研究顆粒及氣體屬性對流態化狀態的影響具有重要意義，特別是對工業應用原料的制備和選取具有指導作用，從而使原料對流態化過程的不利影響降低到最小，并最大限度地服務于需要的流態化狀態。
國外早在1947年就有研究人士用金剛砂研究了粒度和粒度分布對流化質量的影響，并作了定性的描述。在針對不同平均粒徑以及粒徑分布對流化狀態的影響研究中，得出的一般結論為：大粒子趨于增加流化的湍流強度，小粒子則趨于減弱流體的湍流強度，并且在粗粒床中加入細顆粒的作用是降低平均粒徑從而改變與平均粒徑有關的流化性質。
床體結構對流態化狀態的影響。在流態化反應器從實驗室級試驗到半工業試驗直至工業生產規模試驗的逐漸放大過程中，出現氣泡的短路現象逐漸嚴重，氣體反混逐漸加劇，致使反應選擇性變差，轉化率降低，不利于工業生產的進行。而實踐證明，通過合理的流化床反應器設計可以很好地改善這個問題。流化床反應器的結構形式很多，但一般由床層殼體、內部裝置、換熱裝置、氣固分離裝置等組成，研究各個部分的工作特性，對控制床層內部狀態和指導反應器設計具有重要意義。
為了適應工業生產需要，大型化、連續性、穩定性生產變得非常重要。針對顆粒的還原度控制、還原氣體的利用率提高、系統穩定經濟高效的運行要求，流化床反應器趨向于循環流化床、多級流化床串聯，鼓泡床、快速流化床、噴動床等多種流化床混合使用，各反應器相互獨立又相互協作的方向發展，對流化床的設計和運行控制也提出了更高的要求。
流態化還原技術應用展望
隨著適用于煉鐵的優質鐵礦資源不斷減少、粒度越來越細，使用球團礦會增加生產成本，直接采用粉礦進行流態化還原成為煉鐵技術發展中被考慮的一種重要途徑。該工藝可直接使用粉礦，省去傳統的燒結、球團和煉焦流程，大大縮短鐵前工序，有利于環境保護和資源綜合利用，而且擁有高的換熱、傳質和輸送效率，因其理論上的經濟可行性與傳統高爐工藝形成鮮明對比而備受關注。
目前開發成功并已工業化的FINEX工藝，采用了4級（或3級）串聯的流化床預還原反應器，進行鐵礦粉的預熱和預還原，再進行壓塊或終還原。無論是FINEX工藝，還是其他處于開發階段、半工業化或小型工業化的流態化還原工藝，最常出現的問題包括：顆粒黏結，導致傳輸線堵塞和流態化效果損失；不能處理精礦大小的細顆粒；淘析損失和粉塵俘獲效率低等。此外，氣體利用率低、氣體循環消耗的能量高、產品的均勻度低等問題也有待解決。于是，現有流化床反應器的流程(FINMET、FINEX、Circored)比氣基豎爐(Midrex、HYL-III)更難控制和實現大型化工業應用。
因此，研究顆粒屬性對流化特性的影響，對指導特定流化特性要求的生產工藝的物料選擇和制備具有重要意義。而合理的床體結構和內部構件設計可以有效地改善流態化過程中氣體的分布和氣泡狀態，是流化床反應器的放大及工業化應用的重要前提。
對于流態化還原的煉鐵技術發展而言，須要進一步開展理論與實驗研究，可借助物理模型和數值模擬，研究不同粒徑及分布、不同微觀性質、不同成分與密度的鐵礦粉的流化過程及性質，得出鐵礦粉屬性與流化性質的相互關系；研究針對鐵礦粉流化的不同床體形狀及尺寸和內部構件如分布板、氣泡控制部件等對鐵礦粉流化流態的影響，研究黏結失流產生的原因和條件，尋求適于鐵礦粉流化的床體設計的變量和參數，以及改善內部流體力學條件的適宜的物理量及參數、多級流化床反應器或不同流型的流化床反應器的銜接參數等。鐵礦粉在流態化狀態下表現出的動力學特性與傳統鐵礦粉還原的差異，以及不同還原條件（如溫度、壓力、氣體成分組成等）對流態化還原過程的影響也同樣值得進一步研究，以確定鐵礦粉流態化還原的熱力學和動力學適宜條件，避免黏結失流，并提高還原氣體利用率和生產效率等。還須研究反應器的放大問題，提出系列有關流化床反應器的設計及運行優化的控制參數，以適應新工藝的發展要求，促進我國流態化還原煉鐵新工藝的工業化應用。
