鐵礦石的氫氣直接還原是鋼鐵工業(yè)脫碳的核心環(huán)節(jié)，與傳統(tǒng)以碳載體為還原劑的還原工藝相比，基于氫氣的工藝能大幅降低二氧化碳排放量。然而，該技術(shù)面臨著與氣體反應(yīng)活性、溫度控制、球團特性及壓力條件相關(guān)的重大技術(shù)挑戰(zhàn)，這使得經(jīng)實驗驗證的動力學(xué)數(shù)據(jù)成為開發(fā)工業(yè)級氫氣直接還原反應(yīng)器的重要依據(jù)。林賽斯熱重分析儀與同步熱分析儀可提供關(guān)于反應(yīng)路徑、中間物相及氣氛動態(tài)變化的高精度測量數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)正是優(yōu)化氫氣還原工藝及建立相關(guān)模型的關(guān)鍵信息。

氫氣還原三氧化二鐵（Fe?O?）的反應(yīng)會分步進(jìn)行，先生成四氧化三鐵（Fe?O?）和氧化亞鐵（FeO），最終得到金屬鐵（Fe）。這些轉(zhuǎn)化過程的速率與效率受多種因素影響，包括孔隙率、球團缺陷、擴散特性及氣氛變化。擴散過程和氫分壓在很大程度上決定了反應(yīng)速率，而氫氣還原過程中生成的水蒸氣作為反應(yīng)產(chǎn)物，必須持續(xù)移除，以避免金屬鐵發(fā)生再氧化。因此，同步分析記錄質(zhì)量變化、熱效應(yīng)及氣相變化，對于全面理解該過程至關(guān)重要。

林賽斯熱重分析儀 TGA L87 MSB 憑借其高靈敏度，特別適用于研究粉末樣品及標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)。該設(shè)備具備可快速切換的氣氛控制功能（可通入氫氣、氮氣、氬氣及其混合氣體），能夠?qū)崿F(xiàn)可控的變工況調(diào)節(jié)。通過與質(zhì)譜儀聯(lián)用，可對反應(yīng)生成的氣體（尤其是水蒸氣及可能產(chǎn)生的副產(chǎn)物）進(jìn)行實時分析。

林賽斯同步熱分析儀 STA L81 結(jié)合了熱重分析與差示掃描量熱分析功能，因此在還原反應(yīng)過程中，不僅能監(jiān)測樣品的質(zhì)量變化，還能清晰捕捉吸熱或放熱反應(yīng)等能量效應(yīng)，并將二者對應(yīng)關(guān)聯(lián)。尤其在反應(yīng)從四氧化三鐵向氧化亞鐵轉(zhuǎn)化，或從氧化亞鐵向金屬鐵轉(zhuǎn)化的階段，會出現(xiàn)特征性的熱信號，這些信號為解讀反應(yīng)動力學(xué)規(guī)律及中間物相變化提供了有力支持。

林賽斯高壓同步熱分析儀 STA HP L85 能夠在真實工藝條件下開展測量，可適應(yīng)高氫氣壓力環(huán)境，且能實現(xiàn)氣體流量的精準(zhǔn)控制。借助該設(shè)備，可對完整球團的反應(yīng)過程進(jìn)行模擬，不僅能繪制出反應(yīng)動力學(xué)隨壓力與氣體流量變化的關(guān)系曲線、在負(fù)載狀態(tài)下完成氣體切換，還可對安全相關(guān)的氣體控制功能進(jìn)行測試。此外，樣品支架的靈活選擇（粉末樣品適配鉑金坩堝，球團樣品適配陶瓷坩堝），進(jìn)一步提升了設(shè)備對不同研究方案的適配性。

借助這些測量設(shè)備，可切實解決以下具有科學(xué)意義的問題：

• 隨溫度變化的還原動力學(xué)：在不同溫度下開展研究，區(qū)分不同球團形態(tài)與粉末形態(tài)樣品的反應(yīng)速率。

• 壓力依賴性：在不同壓力條件下進(jìn)行系列實驗，確定壓力對還原所需時間的影響。

• 中間物相與能量變化：對失重過程（Fe?O? → Fe?O? → FeO → Fe）進(jìn)行分步分析， 并通過差示掃描量熱法確定特征熱效應(yīng)。

• 氣相分析：通過質(zhì)譜儀對反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行實時檢測，建立質(zhì)量損失與氫氣/水蒸氣釋放之間的相關(guān)性。

• 微觀結(jié)構(gòu)變化：利用電子顯微鏡觀察反應(yīng)前后的微觀結(jié)構(gòu)變化（例如，孔隙結(jié)構(gòu)變化及晶粒生長隨壓力與溫度的變化規(guī)律）。

• 聯(lián)合建模：推導(dǎo)動力學(xué)參數(shù)，這些參數(shù)可作為數(shù)據(jù)庫，為模擬輔助的工藝優(yōu)化及放大生產(chǎn)提供支持。

林賽斯設(shè)備生成的數(shù)據(jù)集，對于氫基直接還原工廠的工藝模擬及控制策略開發(fā)至關(guān)重要。這些數(shù)據(jù)集是球團質(zhì)量保證的基礎(chǔ)，有助于確定操作窗口與安全限值，并且能夠為各類工業(yè)應(yīng)用中復(fù)雜氣體現(xiàn)象的建模提供支持。林賽斯熱重分析儀與同步熱分析儀可實現(xiàn)靈敏度、溫度及壓力穩(wěn)定性、快速氣體切換控制與靈活氣氛選擇的獨特結(jié)合，這類設(shè)備既適用于基礎(chǔ)熱力學(xué)研究，也可用于針對粉末和球團的應(yīng)用型工藝測試。未來展望包括對復(fù)雜氣體混合物（如氫氣/一氧化碳/二氧化碳）的評估，以及為未來可持續(xù)的鋼鐵生產(chǎn)工藝開展氫循環(huán)相關(guān)研究。