Effect of particle agglomeration in iron oxide reduction – A CFD-DEM approach (Open Access)
Juan G. Ramírez, Y. Tang, Martin van Sint Annaland, Niels G. Deen, Ivo Roghair*
Keywords: Direct reduced iron; Sintering; Fluidized beds; CFD-DEM; Shrinking core model; Metal fuels
DOI: 10.1016/j.partic.2026.02.026
氢基流化床直接还原铁工艺中，高温环境下铁颗粒因烧结发生团聚，极易造成流化失常、设备停机；采用低温工况虽可有效抑制颗粒团聚问题，但会降低还原反应效率，因此，合理确定工艺操作温度区间，是平衡烧结团聚与还原反应效率的核心难题。本文在CFD-DEM框架内嵌入未反应收缩核模型与基于表面扩散的固桥力烧结模型，在630°C–980°C温度区间内选取6个温度点开展数值模拟，并设置无烧结工况作为对照，定量探究温度对氧化铁颗粒团聚行为以及还原性能的影响规律。结果表明，温度为630°C时，未发现颗粒失流化现象，还原效率也不受影响；当温度超过630°C后，颗粒烧结团聚现象加剧并诱发颗粒快速失流；温度升至840°C以上，虽然还原反应活性随温度升高而提升，但剧烈烧结以及由此催生的大范围气体沟流，使得沟流通道周边颗粒充分还原，而床层其余区域物料难以接触还原气体、转化程度大幅降低，最终造成整体还原效率降幅超过20%，并进一步加剧了产物还原程度分布的不均匀性。
研究通过多模型耦合的CFD-DEM数值方法，为流化床氢直接还原工艺避免粘结失流、优选最佳操作温度区间提供理论支撑。
本文已OA，收录于专刊“2nd International Workshop on Reactive Particle-Gas Systems - Special issue organized by the Collaborative Research Centre BULK-REACTION”。客座编辑为马格德堡大学Dominiquen Thévenin教授、Evangelos Tsotsas教授，以及波鸿鲁尔大学Viktor Scherer教授、Francesca Di Mare教授。欢迎感兴趣的读者扫描下方二维码或者点击文末“阅读原文”进入ScienceDirect官网阅读、下载！
编辑、排版：《颗粒学报》编辑部
文章信息
Ramírez, J. G., Tang, Y., van Sint Annaland, M., Deen, N. G., & Roghair, I. (2026). Effect of particle agglomeration in iron oxide reduction – A CFD-DEM approach. Particuology, 112, 260-270. https://doi.org/10.1016/j.partic.2026.02.026