噴霧熱解法加熱壁溫對鈰鋯固溶體生產過程的影響

摘要：【目的】為了探究噴霧熱解過程中加熱壁溫對鈰鋯固溶體生產過程的影響，分析熱解爐內的流量場和濃度場的變化情況，實現對熱解爐的設計優化?！痉椒ā坎捎脭抵的M的方法，建立噴霧熱解爐的物理模型，分別探討加熱壁溫對鈰鋯固溶體在熱解爐的不同階段及熱解爐中水蒸氣分布和HCl分布的影響?！窘Y果】當熱解溫度為850 ℃時，液滴的反應主要分2個階段，在爐膛高度為0～0.05 m處，為加熱蒸發階段，在爐膛高度為0.05～0.6 m處，為穩態熱解階段。當爐壁溫度為550～650 ℃時，在爐膛高度為0.9 m處溫度變化放緩，噴霧處于穩定熱解階段；而壁溫在750～850 ℃時，在爐膛高度為0.6 m處溫度變化放緩；當壁溫為850 ℃時，在爐膛高度為0.1～0.6 m處的溫度曲線斜率最大，液滴達到穩定蒸發階段的時間縮短，水分蒸發變快，熱解時間變短?！窘Y論】爐壁加熱區的溫度越高，HCl生成的速度越快，速度的最大值越小，在爐膛高度為0.4 m處速度變化最大，達到1.6 m/s 左右；并且整體HCl生成的量隨溫度的升高而增大，平均速度變化隨著熱空氣溫度的升高而減小。

關鍵詞： 噴霧熱解； 鈰鋯固溶體； 穩態熱解； 穩定熱解

中圖分類號：TB4； TQ051.8文獻標志碼：A

引用格式：

伍永福， 栗志， 趙爽， 等. 噴霧熱解法加熱壁溫對鈰鋯固溶體生產過程的影響［J］.中國粉體技術， 2024， 30（2）： 1-11.

WU Y F， LI Z， ZHAO S， et al. Effect of heating wall temperature on Cerium Zirconium Solid Solution productive process by spray pyrolysis［J］. China Powder Science and Technology， 2024， 30（2）： 1-11.

鈰鋯固溶體因具有良好的儲放氧和低溫還原性能，以及高溫穩定性而逐漸成為尾氣催化劑研制工作的一個重要研究方向［1］。目前鈰鋯固溶體的制備技術存在產品分散性能差、 容易產生團聚現象等問題。噴霧熱解法作為一種流程短、 工藝簡單、 綠色環保的方法，可為工業制備鈰鋯固溶體提供新思路。

噴霧熱解過程會發生一些較為復雜的化學反應和物理變化，這些反應都是在高溫下發生的［2］。熱解爐內部的流場及濃度場等難以直接監測，雖然可以隨時監測溫度，但是很難對熱解爐內進行全方位監測。流場、 溫度場和濃度場對熱解爐設計優化、 熱解過程研究的影響至關重要，在研究噴霧熱解過程中，對熱解爐結構和實驗條件的優化對研究人員來說增加了挑戰。將計算流體動力學運用到噴霧熱解的研究過程中，與傳統的方法相比，具有極大的優越性，有利于噴霧理論與實驗方面的研究［3］，不僅減少噴霧熱解實驗的次數，降低人力和物力的消耗，而且縮短實驗研究時間，使研究人員能更清晰、 更全面的深入了解整個過程。

在氣液兩相流的流場研究中， 錢麗娟等［4］通過對霧化過程中顆粒的運動規律的分析， 得出在一定氣液比條件下， 顆粒數、 顆粒初始直徑和噴頭尺寸對霧化效果的影響較小的結論。 皮駿等［5］利用Fluent軟件， 對噴霧干燥過程進行了數值模擬， 研究發現干燥過程中顆粒運動質量與停留時間的變化關系。張麗麗等［6］、 馬川川等［7］對液滴干燥過程進行模擬研究，并提出一個能準確描述溶劑濃度與液滴表面蒸氣壓與液滴直徑之間耦合關系的蒸發模型。

在反應器模擬中，有直接對噴嘴尺寸進行模擬的，也有對結構優化后進行的模擬。呂超等［8］、 劉燕等［9］設計了文丘里管噴霧熱解反應器，并對霧化過程進行模擬。結果表明，設計的噴嘴模型未到達流量限定前，霧化范圍隨氣體流量的增加而擴大，但未與優化前噴嘴進行對比，未能準確比較優化噴嘴的優化性能，而數值模擬對文丘里熱解反應器是從本身的尺寸工藝和溫度上進行了分析，沒有進一步探究原料本身性質對產品的影響。Hosein等［10］對簡單噴嘴的尺寸進行模擬，主要從預測生產率、 分散氣體類型及其流速的影響等方面進行研究，與實驗較為吻合，說明其建立的模型可以用來模擬生產TiO2的火焰噴霧熱解工藝。

采用ANSYS模擬反應爐過程，大多研究單一的工藝參數對噴霧熱解制備稀土氧化物顆粒的影響，在與實驗吻合較好的情況下，研究生產率、 火焰高度、 溫度等因素對噴霧的影響，但這些研究針對的研究對象多為單一物質的氧化物，對噴霧熱解爐鈰鋯固溶體生產過程的研究較少，也未綜合考慮溫度對流場和濃度場的影響。

本文中利用噴霧熱解法制備鈰鋯固溶體，研究加熱壁溫對反應過程的影響，在驗證模型正確性的前提下，希望能準確反映噴霧熱解爐反應過程中流場和濃度場的變化，利用模擬結果對實驗進行優化。

1 熱解反應爐模型建立與網格劃分

1.1幾何模型的建立

根據實際反應爐建立反應爐模型并設定與實際反應爐相符的邊界條件，利用Fluent軟件中的ICEM建立反應爐模型并劃分網格，其下端有加熱區間0.5 m，爐膛整體高1.8 m，頂端為錐形收集口。本文中主要模擬的過程是溶液經過霧化噴嘴，噴出的空氣和液滴在熱解爐內蒸發并發生化學反應，生成鈰鋯固溶體的整個過程。建立的幾何模型如圖1所示。模型主要由3部分構成。首先是底部加熱的高溫段，此過程溶液經過噴嘴噴入爐膛；第2部分為爐膛中上部，此處主要是生成的顆粒繼續生長發育；第3部分是錐形收集段，此處顆粒開始進行收集。將整個熱解爐反應的流體空間作為研究對象。

1.2網格劃分

在網格劃分中，網格類型和網格質量的優劣直接關系到求解結果的準確性。劃分網格時，網格應保證最小網格的質量要求。本文中利用網格劃分軟件ICEM對物理模型進行了劃分，生成的網格屬于非結構化網格，有利于計算求解。由于爐體主要為圓柱型，采用四方格分區域劃分，且模型較為對稱，因此

網格化盡量統一。設置多邊形網格邊長為5 mm，再對模型表面進行網格劃分。由于表面流動較弱，因此網格最大尺寸設置為10 mm，壁面的邊界層數設置為3。對模型進行的網格劃分如圖2所示。

網格質量一般要求大于0.3即可滿足計算要求， 本次使用的網格質量在0.4～1； 縱橫比要求數值大于1， 本次網格縱橫比大多數大于1， 只有少數在小于1的范圍， 有些位置是難以過渡的區域， 但網格整體上是較為符合要求的； 雅可比比率在0～1取值， 越接近1網格越完美，文中劃分的網格質量均大于0.4，無不良網格，故滿足網格計算要求。

1.3邊界條件

設定爐膛下部管壁為加熱壁面，溫度為850 ℃，空氣入口速度為3 m/s，CeCl3和ZrOCl2以液滴形式噴入，速度為0.3 m/s，圓管壁面為反射壁面，出口設為逃逸壁面。

假設條件：液滴無黏壁現象。

1.4網格無關性驗證

在進行仿真實驗前，進行網格無關性驗證，可以盡量降低計算結果對網格密度的敏感度［11］。本文中對網格數分別為36萬、 48萬、 61萬、 79萬的溫度變化進行對比，z軸為爐膛軸向，不同網格數的溫度變化監測曲線如圖3所示。網格數為36萬時模擬結果差異較大，當網格數為48萬時結果逐漸接近，當網格數為61萬時，計算結果與網格數為79萬時相差不大，為提高計算效率，選擇網格數為61萬進行計算。

2 結果與分析

2.1熱解爐模擬驗證

圖4所示為反應在熱解期間，在爐內xz（y=0）的平面處溫度變化的云圖。其中，圖4（a）為單獨加熱爐膛時溫度分布。由圖可以看出，熱解爐在下部的加熱段經過加熱后，溫度達到850 ℃，脫離加熱段后快速降溫，到頂端出口溫度接近室溫。圖4（b）、 （c）為發生化學反應時爐膛溫度云圖。

（a）單獨爐膛加熱（b）反應時爐膛（c）反應時爐膛溫度局部放大圖

圖4 熱解爐溫度云圖

Fig.4 Pyrolysis furnace temperature cloud maps

由圖4可知，熱解爐內隨高度變化溫度分布不均，可以看出在底部加熱段溫度急劇變化，底部溫度急劇降低。這是由于在熱解爐底部，噴嘴噴出的CeCl3和ZrOCl2液滴溫度較低，液滴在高溫下發生劇烈的物理化學變化，瞬間被熱解蒸發，在熱解蒸發過程中吸熱，導致爐膛內溫度快速降低，在200 ℃左右；之后隨著高度的上升，有部分熱氣流繼續向上運動，使得溫度增加，在爐膛中下部基本達到最大溫度300 ℃左右；隨后熱解爐的溫度因熱量與周圍交換開始下降。加熱壁面由于熱輻射，使得下端加熱區間始終溫度較高。

爐膛實際溫度通過K型熱電偶測溫儀伸入爐膛內部進行測量。熱電偶的誤差在±0.4 ℃內。圖5為熱解爐實驗壁溫850 ℃時中心爐溫的熱電偶測量溫度與模擬結果對比。由圖可以看出，實際測量的爐膛中心溫度與模擬溫度相近，誤差約為5.0%，結果表明，模型具有較高的精度，可以為后續的仿真提供理論依據。模擬溫度高于實際中心爐膛溫度，可能是由于模擬過程中爐膛壁面設定為絕熱壁面，不能進行熱傳遞，導致模擬的爐膛溫度比實際中心溫度高。

2.2熱解爐內各場的分布特征

2.2.1 熱解爐溫度分布

熱解爐內不同高度處徑向截面上爐膛溫度變化云圖如圖6所示。由圖6（a）可知，z=0.05 m處熱解爐內溫度變化最明顯，原因主要是液滴進入爐內，溫度變化梯度較大，反應發生較為劇烈，迅速進行蒸發等變化。在反應初始階段，液滴從低溫進入高溫的熱空氣中，溫度梯度變化劇烈，液滴先進行蒸發，表面不斷地吸收熱量，隨著水分的減少，液滴開始收縮結殼，逐漸進行熱解反應?？諝庵g的熱傳遞較快，液滴中的水分蒸發吸收大量熱，造成液滴在爐膛中心處的溫度迅速下降，所以溫度變化較為明顯。由圖6可以看出，在熱解爐不同高度下，徑向溫度云圖的顏色變化減少，說明爐膛溫度隨高度的升高，趨于均勻，在0.6 m處基本穩定。這是因為在爐膛底部的液滴在蒸發吸熱后，基本上完成了反應的過程。當熱解爐高度為中上部時，液滴中的水分幾乎蒸發完畢，反應接近結束，此時熱量交換基本結束。

2.2.2 熱解爐水蒸氣分布

熱解爐內H2O質量分數云圖如圖7所示。由圖中可以看出，水蒸氣質量分數在噴嘴內急劇減少，到達出口處最低，接近于0，說明在液滴進入爐膛后就開始進行急速揮發，且在生成鈰鋯復合氧化物的過程中由于需要H2O的參與，故在噴嘴口處H2O最少，之后隨著液滴中的水分大量蒸發，爐膛內水蒸氣質量分數上升。在爐膛內隨高度的增加，水蒸氣質量分數經過急劇減少后增加，但達到一定值后，不再有較大的變化，原因是熱的水蒸氣逐漸充滿上部的爐膛，與外界的熱量交換趨于穩定。

2.2.3 熱解爐HCl分布

爐膛內HCl質量分數云圖如圖8所示。由圖可知，化學反應主要發生在爐膛底部，通過噴嘴噴出液滴后，液滴與下端進入的空氣發生反應，此時生成鈰鋯復合氧化物的反應開始進行，隨即HCl在噴嘴口生成，大量液滴在爐膛底部發生反應，之后隨著反應的進行，HCl質量分數開始逐漸減少，最后在上端出口處趨于穩定。

2.2.4 熱解爐速度分布

熱解爐速度分布云圖及矢量圖如圖9所示。熱解爐速度變化主要集中在反應爐上端，通過矢量局部圖可以看出，在爐膛底部噴嘴出口處速度矢量是傾斜向上的，沿著軸向速度逐漸增大，在爐膛的下部速度變化較小，之后速度逐漸增大，這是由于從噴口噴出液滴與下端進入的空氣發生反應，消耗部分動能，隨著反應的進行，動能不斷累加最后達到最大。在上部爐膛中心速度最大，管壁速度較小，主要由于管壁周圍有摩擦，而中心阻力較小，故上部中心流速最大。

2.3熱解溫度對熱解過程的影響

2.3.1 熱解爐加熱壁溫對熱解過程的影響

爐膛加熱壁溫對噴霧熱解過程具有較大影響。在實驗中，通過比較溫度變化，實驗溫度為850 ℃時鈰鋯復合氧化物產品的形貌較好。熱解過程中能源需求較大，熱解溫度是由室溫加熱到所需要的溫度，故應該選擇合適的熱解溫度，盡可能地減少能耗，實現低碳環保、能源的最大化利用，因此，設定最高加熱溫度為850 ℃，對爐膛溫度為750、 650以及550 ℃的噴霧熱解過程中爐膛的情況進行了深入的研究，并判斷溫度對爐膛的影響，探究生成物含量的變化。

不同加熱壁溫下熱解爐的爐膛溫度云圖如圖10所示。爐膛底部是高溫加熱區，在此處對加熱溫度進行了設定，即高溫熱解段。

從云圖中看到的溫度變化無法定量描述，因此取爐膛中心軸線作為研究對象，建立的不同加熱壁溫下熱解爐的爐膛溫度變化曲線如圖11所示。從圖中可知，當加熱溫度升高，爐膛進口處溫度穩定時的溫度越高，熱解反應發生的速率越大。所以爐膛高度為0～0.1 m處溫度大幅降低，之后隨著熱解反應的溫度進行，爐膛溫度逐漸升高，并最后保持穩定。從圖11中可以看出，熱解過程大體分為加熱階段和熱解階段。當加熱壁溫為650、 550 ℃時，在爐膛高度為0.9 m時溫度變化放緩；當加熱壁溫為750、 850 ℃時，爐膛高度為0.6 m時溫度變化放緩，達到了穩定反應階段。在爐膛高度為0.1～0.6 m時，加熱壁溫為850 ℃時曲線斜率最大。說明隨熱解爐內熱解溫度的升高，液滴會越快地進行蒸發熱解，達到熱解穩定的時間縮短，水分蒸發越快，熱解時間越短。

2.3.2 熱解爐加熱壁溫對水蒸氣分布的影響

不同加熱壁溫下熱解爐水蒸氣質量分數云圖如圖12所示。通過云圖可知，加熱壁溫對水蒸氣分布影響較小，均在通過噴嘴口后急劇減少，但隨著爐膛加熱壁溫的升高，爐膛內水蒸氣的質量分數越快達到均勻。這是因為爐膛內液滴接觸的溫度梯度越大，熱量交換越迅速，液滴中的水分會加快蒸發，使得水蒸氣快速達到均勻狀態。

不同加熱壁溫下熱解爐中心水蒸氣質量分數曲線如圖13所示。水含量在通過噴嘴后就急劇降低，說明溶液在噴嘴噴出后反應立即發生。隨爐膛溫度的升高，加熱壁面溫度越高水蒸氣最終在爐膛含量越少，這是由于溫度越高越容易使得水分蒸發。在爐膛中心0.6 m處水分含量基本保持穩定，說明此時反應基本保持穩定。

2.3.3 熱解爐加熱壁溫對HCl分布的影響

圖14所示為不同加熱壁溫下熱解爐內HCl質量分數云圖，通過云圖可以看出反應在噴嘴口處就立即開始發生，產生大量的HCl氣體，隨著爐膛高度的增加，HCl氣體逐漸減少，通過圖中可以看出在爐膛加熱區就完成了化學反應，之后擴散到爐膛上部，故HCl質量分數逐漸減小。

（a）550 ℃（b）650 ℃（c）750 ℃（d）850 ℃

圖14 不同加熱壁溫下熱解爐HCl分布云圖

Fig.14 Cloud map of HCl distribution in pyrolysis furnace at different heating temperatures

圖15所示為不同加熱壁溫下熱解爐中心HCl變化曲線圖。 從圖中可以看出， 一開始就有HCl生成， 噴嘴出口（即熱解爐底）處HCl的質量分數達到最大值。 隨著熱解爐高度的上升， HCl質量分數逐漸減小。 減小的原因主要有： 一是隨著化學反應的減弱而慢慢減少， 二是初始產生的HCl氣體隨著時間的推移而逐漸擴散到爐膛出口， 進而跑出爐膛。 從圖中可以看到， HCl質量分數的變化幅度很小， 變化范圍為0.01～0.07。 HCl的質量分數不能完全為0， 因為反應熱解生成的HCl氣體在爐體內會彌散開， 并不是所有的氣體都會隨著生成物一直到熱解爐的頂端， 然后排出熱解爐出口。 在z=0.05 m處， 當加熱壁溫為850 ℃時，HCl生成量大于其他溫度下的， 說明CeCl3和ZrOCl3轉化為鈰鋯固溶體的效率更高。 溫度為850 ℃時產物的轉化率高于其他溫度。

圖16所示為在熱解爐不同的橫向截面（xy）區域HCl質量分數的分布情況。由圖可以看出，在熱解爐的高度z=0.05 m處（z-0.05），HCl質量分數變化明顯；隨著熱解爐高度的增加，HCl質量分數變化緩慢，在加熱區z=0.6 m（z-0.6）以后基本不變；在熱解爐的同一橫截面上，HCl質量分數變化也不相同，在離爐膛壁面兩端越靠近位置處，HCl質量分數越小，離爐膛中心軸線越靠近位置處，HCl質量分數越大；最終數值達到一個穩定值，這表明在接近壁面的中央，反應速度更快，產生更多的HCl。

2.3.4 熱解爐加熱壁溫對速度分布的影響

圖17所示為不同加熱壁溫下熱解爐中心速度變化曲線圖。從圖中可以看出，流體在噴嘴入口處以一定速度進入，之后速度在爐膛高度為0～0.1 m處有所下降，這是由于流體通過噴嘴，在噴嘴口處發生反應，能量損失，故速度有所下降，之后在爐膛高度為0.2 m處速度開始上升，而溫度越高，流體的上升速率越小，速度也較低，這考慮是由于空氣存在黏性阻力，與溫度呈負相關。即隨溫度升高，空氣黏性阻力增大，液滴穿過爐膛上升的阻力也就越大，最終液滴速度就越小，故溫度為850 ℃的速度曲線低于750、 650 ℃的。在爐膛高度為1.7～1.8 m處速度又略微增加，是由于接近錐形出口，速度又有所增加。

3 結論

本文中應用計算流體動力學方法，使用Ansys Fluent軟件，通過對噴霧熱解爐場內的模擬，對熱解爐內的溫度場和速度場進行定量計算。將不同加熱壁溫下爐膛的溫度場、速度場和濃度場的分布等熱解爐內特性，以定性和定量的方式直觀地表示出來，并進行對比。

1）液滴在熱解爐內發生反應主要有2個階段的變化，一是加熱蒸發階段，此階段液滴主要進行蒸發反應，液滴收縮；二是穩態熱解階段，此階段液滴結殼發生反應，加熱壁溫的溫度越高，液滴越早進入熱解階段。蒸發速度與爐膛加熱壁溫有關，因此爐膛的溫度越高，熱解速度就越快，綜合實驗中產品形貌等因素，在爐膛為850 ℃時，熱解反應效果最好。

2）爐壁加熱區的溫度越高，HCl生成的速度越快，HCl生成的速度的最大值也就越小。在爐膛高度為0.4 m處速度變化最大，達到1.6 m/s左右，并且整體HCl產生的量隨溫度的升高而增加，原因是高溫促進反應的進行。由于空氣的黏性阻力隨著溫度升高而增大，平均速度隨著加熱壁溫的升高而變小，因此在溫度為850 ℃時HCl生成的速度最小。

利益沖突聲明（Conflict of Interests）

所有作者聲明不存在利益沖突。

All authors disclose no relevant conflict of interests.

作者貢獻（Author’s Contributions）

栗志、 伍永福、 趙爽、 劉中興參與了實驗設計、 論文的寫作和修改。所有作者均閱讀并同意了最終稿件的提交。

The study was designed by LI Zhi， WU Yongfu， ZHAO Shuang and LIU Zhongxing. The manuscript was drafted and revised byLI Zhi， WU Yongfu， ZHAO Shuang and LIU Zhongxing， All authors have read the final version of the paper and agree to submit it.

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Effect of heating wall temperature on

Cerium Zirconium Solid Solution productive process by spray pyrolysis

WU Yongfu1a，3， LI Zhi1a， ZHAO Shuang1a， LIU Zhongxing1b，3，

WANG Zhenfeng1b，3， DONG Yunfang1b，3， LIU Yubao2， MA Shouying1a

（1a. Faculty of Energy and Environment， 1b. Faculty of Materials and Metallurgy， Inner Mongolia Universityof Science and Technology，

Baotou 014000， China; 2. State Key Laboratory of Baiyunebo Rare Earth Resources Research and Comprehensive Utilization，

Baotou Rare Earth Research Institute， Inner Mongolia， Baotou 014000， China; 3. Clean extraction and

application of light rare earth Inner Mongolia Autonomous Region Engineering Research Center， Baotou 014000， China）

Abstract

Objective During spray pyrolysis， a series of complex chemical reactions and physical changes occur， most of which occur at high temperatures. Therefore， it is difficult to directly observe the velocity field and various concentration fields in pyrolysis furnaces， but the velocity field， temperature field and various concentration fields have a crucial impact on the design optimization of pyrolysis furnaces and the study of pyrolysis processes. In order to investigate the effect of the heating wall temperature on the solution of cerium-zirconium solids during spray pyrolysis， the temperature field， flow field and concentration field variations in the pyrolysis furnace were analyzed and further design and optimization of the pyrolysis furnace was implemented.

Methods A hydrodynamic numerical simulation method was used to simulate the spray pyrolysis furnace and a physical model of the spray pyrolysis furnace was developed. The influence of heating wall temperature on the reaction process was studied， and on the premise of verifying the correctness of the model， it was hoped that the changes of various fields during the reaction process of spray pyrolysis furnace could be accurately reflected， and the simulation results could be used to guide the optimization of the experiment. The thermal and velocity fields in the pyrolysis furnace were calculated quantitatively." The distributions of the temperature， velocity and concentration fields in the furnace at different heating wall temperatures were described qualitatively and quantitatively and compared.

Results and Discussion In the process of spray pyrolysis， when the temperature of spray pyrolysis is 850 ℃， the reaction of spray pyrolysis droplets is mainly divided into two stages， respectively： at 0-0.05 m in the furnace， it is the spray pyrolysis heating evaporation stage. Within 0.05-0.6 m of the furnace， the steady-state pyrolysis phase of the spray pyrolysis occurs. When the spray pyrolysis furnace wall temperature rises from 550 ℃ to 650 ℃， the spray pyrolysis temperature in the furnace changes slowly at 0.9 m， and the spray pyrolysis process is in the stable pyrolysis stage. When the furnace wall temperature is in the range of 750-850 ℃， the change of spray pyrolysis temperature in the furnace slows down at 0.6 m. When the wall temperature is 850 ℃， the temperature slope of the furnace is the largest at 0.1-0.6 m， and the time required for droplets to reach the stable evaporation stage of spray pyrolysis is shortened. At the same time， the rate of evaporation of water is accelerated and the total time required for pyrolysis is shortened.

Conclusion The higher the temperature in the heating zone of the furnace wall during the spray pyrolysis， the faster the HCl formation rate and the smaller the maximum air velocity. At a height of 0.4 m in the furnace， the velocity changes most， reaching about 1.6 m/s. Moreover， the amount of produced HCl increases with temperature because the reaction is facilitated at high temperatures. Since the viscous resistance of the air increases with the increase of temperature and the average velocity decreases with the increase of the heating wall temperature， the velocity is minimum at the temperature of 850 ℃.

Keywords： spray pyrolysis; cerium zirconium solid solution; steady-state pyrolysis; stable pyrolysis

（責任編輯：王雅靜）

收稿日期： 2023-08-17，修回日期：2023-10-18，上線日期：2023-12-28。

基金項目：國家自然科學基金項目，編號：51964039；內蒙古自治區自然科學基金項目，編號：2022LHMS05004；內蒙古自治區應用技術研究與開發資金項目，編號：2021GG0103。

第一作者簡介：伍永福（1974—），男，教授，博士，碩士生導師，研究方向為冶金熱過程綠色低碳新技術開發與應用。E-mail： wyf07@imust.edu.cn。

通信作者簡介：劉中興（1963—），男，教授，博士，內蒙古自治區跨世紀、 新世紀321人才、 包頭市“5512”工程領軍人才，碩士生導師，研究方向為稀土綠色冶金技術開發。E-mail： liuzx@imust.edu.cn。