Исследование тепло-массообменных процессов при агломерации шихты

• Автор: Елисеев, Андрей Александрович
• Шифр специальности: 05.14.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Череповец
• Количество страниц: 196 с.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Глава 1. СОСТОЯНИЕ В1РОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Описание процесса агломерации

1.2. Основные процессы и их закономерности

1.2.1. Газодинамические закономерности процесса

1.2.2. Особенности теплообмена в слое агломерационной шихты

1.2.3. Закономерности сушки агломерируемого слоя

1.2.4. Горение топлива при агломерации

1.2.5. Диссоциация известняка

1.3. Математическое моделирование тепломассообмена в слое

1.4. Задачи исследования

1.5. Выводы по главе
Глава 2. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ПРОЦЕССОВ ТЕПЛОМАССООБМЕНА В АГЛОМЕРИРУЕМОМ СЛОЕ
2.1. Особенности разработки модели системы процессов
2.1.1 .Системный подход к решению задачи
2.1.2. Особенности тестирования и адаптации
2.2. Формулировка математического описания
2.2.1. Подмодель процессов газодинамики в слое
2.2.2. Подмодель процессов конвективного теплообмена в неподвижном плотном слое
2.2.3. Подмодель массообмена при испарении и конденсации влаги
2.2.4. Подмодель формирования газовой смеси
2.3. Разработка дискретной модели
2.3.1. Численное решение задачи газодинамики
2.3.2. Дискретная модель конвективного теплообмена
2.3.3. Разработка приближенного решения процессов массообмена при сушке агломерируемого слоя
2.3.4. Разработка алгоритма расчета процесса горения твердого топлива в
2.3.5. Разработка алгоритма расчета процесса диссоциации известняка
2.3.6. Разработка алгоритма расчета процессов формирования газовой
2.4. Выводы по главе
Глава 3. ТЕСТИРОВАНИЕ, ПРОВЕРКА АДЕКВАТНОСТИ И
АДАПТАЦИЯ МОДЕЛИ
3.1. Тестирование модели
3.1.1. Тестирование алгоритма расчета процессов конвективного теплообмена в неподвижном плотном слое
3.1.2. Уточнение математического описания процесса газодинамики и алгоритма решения
3.2. Проверка адекватности модели процесса спекания
3.2.1. Установление адекватности процессов газодинамики
3.2.2. Проверка адекватности модели тепломассообменных процессов
при агломерации
3.2.3. Учет процессов плавления и кристаллизации материалов
3.2.4. Проверка адекватности модели агломерационного процесса
3.3. Выводы по главе
Г лава 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА СПЕКАНИЯ ШИХТЫ И РАЗРАБОТКА РЕКОМЕНДАЦИЙ ПО СОВЕРШЕНСТВОВАНИЮ ТЕХНОЛОГИИ АГЛОМЕРА1ДИИИ
4.1. Зажигание агломерационной шихты при разном содержании кислорода в газовой фазе
4.2. Влияние высоты спекаемого слоя на показатели процесса
агломерации
4.3. Исследование спекания при двухслойной загрузке
4.4. Влияние порозности слоя на тепломассообменные процессы при агломерации
4.5. Влияние крупности частиц шихты на показатели агломерационного процесса
4.6. Разработка рекомендаций по совершенствованию технологии
спекания
4.7. Выводы по главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА


Содержание железа в агломерате на большинства аглофабрик снизилось, содержание мелочи крупностью менее 5 мм в агломерате за исключением ОАО “Северсталь” по-прежнему остается на уровне - %, хотя реальное количество мелочи в агломерате, загружаемом в доменную печь, гораздо выше вследствие отсутствия на большинстве аглофабрик стадии сортировки и стабилизации гранулометрического состава агломерата. Поэтому, в сравнении с лучшими зарубежными аглодоменными производствами, где содержание мелочи в поступающем в доменную печь агломерата не превышает 8 %, аналогичные данные отечественных аглофабрик в 2-3 раза хуже. Содержание железа в агломерате зарубежных производств также значительно выше ( - %), чем у нас (в России и других странах СНГ), за исключением ОАО “Северсталь” ( % при основности 1,). Основность агломерата на лучших зарубежных образцах составляет 1,8 - 2,0, у нас - в диапазоне 1,0 - 1,7. Более высокое качество зарубежного агломерата достигается лучшей подготовкой и усреднением аглосырья, окомкованием, загрузкой, автоматизацией контроля и управления процессом производства и т. Поэтому существует необходимость в дальнейшем теоретическом исследовании процесса агломерации, для выявления закономерностей влияния отдельных технологических параметров на показатели спекания таких как: высота слоя, крупность частиц шихты, порозность слоя, - с целью установления оптимальных значений данных параметров. Требуется объяснение и теоретическое обоснование различных способов совершенствования технологии, позволяющих повысить качество агломерата: спекание при двухслойной загрузке, спекание в высоком слое, проведение зажигания нагретым воздухом. Процесс агломерации является весьма сложным, характеризуется одновременным протеканием целого ряда теплофизических и физико-химических процессов. Очевидна необходимость в дальнейшем его изучении и исследовании. При исследовании и совершенствовании технологии процесса спекания необходимо учитывать взаимовлияние отдельных процессов. Математические модели агломерации в той или иной степени дают качественные и частично количественные характеристики процессов, протекающих в спекаемом слое. Рассмотрим закономерности процессов, оказывающих наибольшее влияние на тепло-массообмен в агломерируемом слое. Описанию и изучению газодинамики слоевых процессов, в частности, процесса агломерации, посвящено немало трудов. Выполнены экспериментальные и расчетные исследования распределения температуры и давления в слое при спекании агломерационной шихты [2-6]. В работе [2] опыты проводились в чаше диаметром 5 мм, приспособленной для введения «щупов». В процессе спекания замеряли: расход воздуха, температуру и вакуум на четырех горизонтах пирога, а также температуру отходящих газов и общий вакуум под колосниковой решеткой. Зажигание слоя производилось с применением запального топлива, это отразилось на значениях перепадов давлений (вакуума). Однако, в данной работе не указано ряда параметров. Результаты экспериментальных исследований [2] представлены на рис. Аналогичные данные (рис. К1ц + К2р,И'г)-И'„ (1. К2 = У [Г! I - эффективный диаметр частиц материала в слое, м; е -порозность слоя; Ф - фактор формы (для шара - 2/3). Время. Рис. Кривые изменения температуры (а) и вакуума (б) при спекании нсофлюсованиой шихты при расходе коксика 4% [2]. Формула (1. Коэффициент К характеризует насадку при ламинарном, а коэффициент К2 - при турбулентном движении газа. Для разных агломерационных шихт и при разных способах и условиях окомкования, при усадке слоя шихты коэффициенты газодинамического сопротивления существенно различаются. Экспериментальное определение значений указанных коэффициентов является весьма трудоемким и сложным. В [3] были получены коэффициенты газодинамического сопротивления уравнения (1. Определив экспериментально закон изменения температуры по высоте слоя, и высоте каждой зоны в отдельности и измерив потери напора на границах отдельных зон, В. И. Коротич и В. П. Пузанов расчетным путем определили величину коэффициентов газодинамического сопротивления К и К2 для каждой зоны при спекании оленегорского концентрата. В табл. Таблица 1. Плавления 2, . Из табл. Эти данные использованы во множестве работ при моделировании процессов газодинамики агломерируемого слоя. АР = ЛН1? А и п - газодинамические коэффициенты сопротивления.