مدل‌سازی، بررسی سینتیکی و تعیین مکانیزم‌های اکسیداسیون محصول بریکت سرد آهن و کربن

در پژوهش حاضر با استفاده از نتایج آزمون های افت درجه فلزی محصولات آهن اسفنجی سرد (cdri)، بریکت داغ آهن اسفنجی (hbi) و بریکت سرد آهن و کربن (cbic) و به کارگیری روش طراحی آزمایش ها، به مدل سازی رفتار اکسیداسیون آنها در شرایط محیطی پرداخته شد. همچنین آزمون های اکسیداسیون 3 ماهه محصولات cdri و cbic در محیط با دماهای 25، 65 و °c110 و رطوبت های نسبی 30 و 90 درصد انجام شد تا سینتیک و مکانیزم های کنترل کننده اکسیداسیون این محصولات مورد بررسی قرار گیرد. نتایج بدست آمده نشان داد که افزایش دمای محیط از 25 به °c65 باعث 2 تا 2.5 برابر شدن سرعت افت درجه فلزی محصولات خانواده آهن اسفنجی (dri) می گردد در حالی که افزایش دمای محیط به °c110، نرخ افت درجه فلزی را 3 تا 4 برابر محیط با دمای °c25 خواهد نمود. تغییر قابل توجه شیب نمودارهای اکسیداسیون محصولات خانواده dri با گذشت زمان نشان دهنده دو مرحله ای بودن اکسیداسیون و تغییر در مکانیزم کنترل کننده این فرآیند می باشد. همچنین افزایش دمای محیط باعث تسریع در تغییر مکانیزم کنترل کننده اکسیداسیون محصولات گردیده است که به سینتیک بالاتر واکنش های اکسیداسیون در دماهای بالاتر و تسریع در تشکیل محصولات اکسیداسیون و انسداد تخلخل های نزدیک به سطح نسبت داده می شود. انرژی اکتیواسیون اکسیداسیون مرحله اول محصولات خانواده dri در محدوده kj/mole 138-105 قرار دارد که بیانگر کنترل فرآیند توسط مخلوط دو عامل نفوذ و انجام واکنش شیمیایی است. اما انرژی اکتیواسیون به مراتب پایین تر مرحله دوم (kj/mole 42-30) حاکی از این واقعیت است که نفوذ تنها عامل کنترل کننده فرآیند اکسیداسیون در این مرحله است.

Modeling, kinetics investigation and determining the controlling mechanisms of atmospheric oxidation of “Cold-Briquetted Iron and Carbon (CBIC)”

In this study, the atmospheric oxidation behavior of Cold Direct Reduced Iron (CDRI), Hot Briquetted Iron (HBI) and Cold Briquetted Iron and Carbon (CBIC) was modeled by obtained experimental results from oxidation tests using Design Of Experiments (DOE) method. 3month oxidation tests at 25, 65 and 110 °C and relative humidity of 30 and 90% were also done on CDRI and CBIC to study the kinetics and determine the controlling mechanisms of their oxidation process. The results showed that increasing the environmental temperature from 25 to 65 °C raises oxidation rate 2 to 2.5 times. Moreover, raising the temperature from 25 to 110 °C makes the oxidation rate larger up to 4 times. On the other hand, changing the controlling mechanism of oxidation of Direct Reduced Iron (DRI) family products took place sooner at higher temperatures. This is due to the higher kinetics of oxidation reactions at higher temperatures which accelerates the formation of oxidation products and blocking the pores near the surface. Activation energy of the first stage oxidation of CDRI and CBIC was measured in the range of 105138 KJ/mole indicating the process was mixedcontrolled (by chemical reaction and diffusion). But, the much lower activation energy of the second stage (3042 KJ/mole) showed that diffusion was the only controlling factor of this process.