氢富集对模拟焦炭床中熔渣润湿与流动行为的影响：实验与模拟的整合研究

本文通过实验与数值模拟相结合，揭示了氢气（H2）富集对高炉（BF）炼铁过程中熔渣润湿性及流动行为的作用机制。研究发现，H2促进碳质还原剂表面形成SiC晶须，显著降低熔渣接触角（从118°降至<20°），并提升静态渣滞留量（slag holdup），为氢冶金技术（H2-rich BF）的碳减排优化提供了关键理论支撑。

　　

Highlight

本研究通过实验与模拟结合，探究了H₂富集气体对熔渣在焦炭床中润湿与流动行为的影响。

关键发现

1. 1.

   SiC晶须的催化形成：H₂显著促进碳质还原剂表面SiC晶须的生成，且晶须产率与直径随H₂浓度（20%-40%）增加而提升。

2. 2.

   润湿性逆转：熔渣在未处理石墨基板呈非润湿态（接触角~118°），而经H₂预处理后转为超润湿态（接触角<20°）。

3. 3.

   静态渣滞留机制：接触角降低直接导致焦炭床中静态渣滞留量（static slag holdup）递增，数值模拟结果与实验高度吻合。

4. 4.

   渣碱度无关性：熔渣碱度（basicity）对接触角及滞留量影响可忽略，凸显SiC涂层的核心作用。

结论

H₂富集通过物理-化学协同机制（SiC涂层+晶须生长）优化熔渣-焦炭界面行为，为氢基高炉（H₂-BF）的低碳化设计提供了新见解。