利用热力学与微观结构缓解球团还原模型中的过拟合
材料科学
2025-08-05 v2
摘要
使用富氢气体进行铁的直接还原正迅速成为绿色钢铁生产的关键策略。该过程涉及复杂的多尺度现象，包括固态相变和气体在孔隙中的传输，必须对其进行准确表征以实现可预测的工业应用。在此，我们提出了一种热力学上严谨的球团尺度模型，该模型描述了这些机制，并可作为增进对含H/CO气氛下球团还原动力学理解的基础。该模型假设气相保持热力学平衡，意味着气体成分会瞬间适应系统中的任何变化。与其他现有模型相比，这大幅减少了拟合参数的数量，同时保持了严格的热力学上限估计。基于平衡气相中O的分压，在反应速率方程中引入了一个驱动力项。这种基于约束平衡的方法确保了三个氧化铁还原步骤以及含碳气体中石墨和渗碳体的形成仅在热力学上可行时才会发生。结果表明，仅基于转化程度数据拟合动力学参数会导致过拟合。这对于现有模型和本文提出的模型均成立，尽管后者的参数较少。为了克服这一过拟合问题，可以考虑关键还原阶段的空间分辨微观结构数据，如本文针对近期报道的在H气氛中还原的球团数据所示。
引用
@article{arxiv.2503.16274,
title = {Using Thermodynamics and Microstructure to Mitigate Overfitting in Pellet Reduction Models},
author = {Ömer K. Büyükuslu and Fabrice Yang and Dierk Raabe and Moritz to Baben and Anna L. Ravensburg},
journal= {arXiv preprint arXiv:2503.16274},
year = {2025}
}