Оптимизация технологий получения металла в струйно-эмульсионных системах на основе принципов самоорганизации

• Автор: Мочалов, Сергей Павлович
• Шифр специальности: 05.16.02
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 1998
• Место защиты: Новокузнецк
• Количество страниц: 433 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. АНАЛИЗ ПРОБЛЕМЫ И ИСХОДНЫЕ ПРЕДПОСЫЛКИ ОПТИМИЗАЦИИ ТЕХНОЛОГИЙ ПОЛУЧЕНИЯ МЕТАЛЛА НА ОСНОВЕ ПРИНЦИПОВ САМООРГАНИЗАЦИИ
1.1 Системное представление проблемы оптимизации технологий получения металла
1.2 Анализ технологий процессов получения металла и критериев оптимизации
1.3 Механизмы и определяющие факторы физико-химических процессов в струйно-эмульсионных металлургических системах
1.4 Методологические предпосылки оптимизации сложных металлургических систем на основе теории и принципов самоорганизации
1.5 Постановка задачи
2. МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ ОПТИМИЗАЦИИ ТЕХНОЛОГИЙ ПОЛУЧЕНИЯ МЕТАЛЛА
2.1 Особенности подхода к исследованию и созданию синергетических объектов
2.2 Методика решения многокритериальной задачи оптимизации
2.3 Прикладные инструментальные системы, методики расчета и исследования
2.3.1 Структуры автоматизированных инструментальных систем
2.3.2 Разработка методик анализа сложных взаимосвязанных металлургических объектов
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ
3. ОСНОВЫ МАТЕМАТИЧЕСКОГО ОПИСАНИЯ ГЕТЕРОГЕННЫХ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В ПРОТОЧНОМ РЕАКТОРЕ СТРУЙНО-ЭМУЛЬСИОННЫХ ТИПА
3.1 Физико-химическая модель структуры потоков и процессов взаимодействия фаз в реакторе
3.1.1 Анализ подходов к описанию схем взаимодействия фаз в металлургических агрегатах
3.1.2 Формально-содержательное представление процессов взаимодействия потоков и фа< в реакторе
3.2 Вывод уравнений материального баланса
3.3 Вывод уравнений баланса энергии
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ
4. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ В ДИСПЕРСНЫХ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ
4.1 Анализ процессов тепломассообмена в дисперсных системах
4.1.1 Расчет определяющих параметров для процессов теплообмена
в каплях и частицах
4.1.2 Расчет определяющих параметров для процессов массообмена
в каплях и частицах
4.1.3 Теоретический анализ параметров массообмена в частицах для стационарных условий на примере восстановительных процессов
4.2 Математическое моделирование механизмов взаимодействия дисперсных частиц с внешней средой
4.2.1 Взаимодействие капли металла с окислительной атмосферой
4.2.2 Поведение капли металла в шлаковой фазе
4.3 Исследование восстановительных процессов в эмульсионной системе на высокотемпературной физической модели
4.4 Экспериментальное исследование в кислородном конвертере процессов в шлакометаллической эмульсии
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ
5. ИССЛЕДОВАНИЕ И ОПТИМИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИИ ВЫПЛАВКИ СТАЛИ В КИСЛОРОДНОМ КОНВЕРТЕРЕ КАК РЕАКТОРЕ ПЕРИОДИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ
5.1 Разработка и внедрение оптимальных технологических режимов продувки конвертерной ванны в основном периоде
5.2 Разработка способов контроля параметров состояния конвертерной плавки
5.2.1 Разработка способа оценивания основных параметров конвертерной плавки
5.2.2 Разработка способов косвенного контроля уровня газошлакометаллической эмульсии
5.3 Разработка способов контроля и управления заключительным периодом продувки
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ
6. РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЖИМОВ ХИМИКО-МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО РЕАКТОРА - ОСЦИЛЛЯТОРА ПРОТОЧНОГО ТИПА
6.1 Структура и принцип действия реактора
6.1.1 Функциональная структура реактора и принцип действия
6.1.2 Гидродинамические потоки и состояние фаз в реакторе
6.2 Исследование процессов взаимодействия входных потоков и закономерностей образования фаз
6.2.1 Взаимодействие двух встречных газовых струй
6.2.2 Низкотемпературное моделирование процессов диспергирования жидкости потоками газовых струй
6.2.3 Диспергирование потока чугуна азотом и кислородом
6.3 Исследование и моделирование гидродинамических режимов низкотемпературного реактора-осциллятора
6.3.1 Схема реактора и математическое описание процессов
6.3.2 Исследование процессов в реакторе

6.4 Математическое моделирование физико-химических процессов в
высокотемпературном реакторе
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ
7. РАЗРАБОТКА НЕПРЕРЫВНЫХ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ НА ОСНОВЕ ПРИНЦИПОВ САМООРГАНИЗАЦИИ И ОПТИМИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЙ ПОЛУЧЕНИЯ МЕТАЛЛА В СТРУЙНОЭМУЛЬСИОННЫХ АГРЕГАТАХ
7.1 Принципиальные особенности процесса и конструкции струйноэмульсионного агрегата непрерывного действия
7.2 Зоны взаимодействия фаз, взаимосвязь определяющих конструктивных и физико-химических параметров
7.3 Основы моделирования и расчета технологий получения металла в струйно-эмульсионных агрегатах
7.3.1 Особенности подхода и характеристика объекта
7.3.2 Результаты моделирования и расчета технологий получения металла из чугуна и железосодержащих материалов
7.3.3 Результаты моделирования и расчета технологий прямого получения металла
7.4 Экспериментальная проверка на опытной установке практической реализуемости вариантов технологий непрерывного получения металла в струйно-эмульсионных агрегатах
7.4.1 Характеристика опытной установки
7.4.2 Результаты экспериментальной проверки технологий
7.5 Оптимизация технологий получения металла на основе струйноэмульсионных процессов
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ
ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
ПРИЛОЖЕНИЯ

лись бы тысячелетиями даже при повышенных температурах, а практически при температурах выше 600 °С они восстанавливаются полностью за десятки минут [143]. В ряде случаев восстановление оксидов прекращается задолго до достижения термодинамического равновесия. При близких упругостях диссоциации одни оксиды значительно быстрее восстанавливаются водородом, другие - монооксидом углерода.
В соответствии с адсорбционно-автокаталитической теорией восстановление (исключая диффузионные процессы) идет в три стадии [143]: адсорбция газа-восстановителя на поверхности оксида
МеО + Вгаз - МеО-Вадс, (1.7)
собственно химический акт, сопровождающийся перестройкой кристаллической решетки твердых фаз
МеО-Вадс = Ме-(ВО)адс (1.8)
и десорбция оксида восстановителя с поверхности твердой фазы
Ме-(ВО)адс = Ме + В0газ. (1.9)
В сумме реакции (1.5), (1.6) и (1.7)-(1.9) дают одну и ту же реакцию:
МеО + Вгаз - Ме + ВОгаз (1-Ю)
и в термодинамическом отношении равноценны. Однако, благодаря предположению совершенно другого механизма процесса, адсорбционно-автокаталити-ческая теория объясняет большинство наблюдаемых на практике фактов.
Так, относительно большие скорости восстановления обусловлены тем, что хемосорбция является процессом самопроизвольным и часто имеет каталитическую природу [144]. Прекращение восстановления задолго до достижения равновесных концентраций вызывается большой адсорбционной способностью продуктов восстановления (С02, Н20) и “отравлением” ими поверхности твердых фаз. А различные скорости восстановления оксидов различными газами (СО, Н2) связаны с их различными адсорбционными способностями.
Однако адсорбционно-автокаталитическая теория, раскрывающая и объясняющая механизм только поверхностных (происходящих на поверхности) процессов, также не является универсальной. Дело в том, что в определенных условиях диффузионные процессы в твердых фазах, а также в микропорах, мо-