Разработка и внедрение теплотехнических методов расчета в практику исследования и проектирования металлургических шахтных печей и агрегатов

• Автор: Шаврин, Владимир Сергеевич
• Шифр специальности: 05.16.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1984
• Место защиты: Свердловск
• Количество страниц: 227 c. : ил

Диссертационная работа вшолнена на кафедре Металлургические печи УПИ им. С.М. Кирова и посвящена исследованию методами математического и физического моделирования газодинамической тепловой и восстановительной работы металлургических агрегатов шахтного типа. Получены решения, обеспечивающие количественное соответствие условий протекания иоследуемых процессов с конструктивным оформлением агрегата. Показана принципиальная возмокность использования разработанных методов расчета как для исследования работы агрегатов с различными схемами организации газового потока, так и для решения задач по оптимизации их конструктивных и режимных параметров. На основе полученных результатов установлено, что оптимизация элементов профиля, способов ввода дутья, работы зоны разделения и организации спутных потоков является мощным резервом в управлении газораспределением в шахтных печах. Выработаны рекомендации, использованные при выполнении предпроектных проработок перспективных способов производства металлизованного сырья в слоевых агрегатах шахтного типа институтами ВНИИМТ, ГИПРОГШ г.


Резюмируя сказанное, необходимо отметить следующее. За последние годы математическое моделирование газораспределения в слое шагнуло далеко вперед от попыток получения аналитического решения уравнения Лапласа при линейном законе сопротивления и кончая численным моделированием на ЭВМ. При решении задач газодинамики уравнение движения газа в слое сводится к уравнению С. Эргана. Учитывается лишь инерционная часть, а слагаемые, определяющие конвективные ускорения предполагаются ничтожно малыми. Однако, как вытекает из работ , , конвективные ускорения оказывают существенное влияние на конечный результат, особенно в области фурм. Почти все расчеты, выполненные в настоящее время, описывают движение газового потока в шахтах сравнительно простой конфигурации и не учитывают геометрию устройств ввода дутья. Наибольшей полнотой отличается газодинамическая модель, созданная на кафедре Металлургические печи В. С.Швыдким, Я. М.Гор
доном, Ю. Г.Ярошенко и В. Б.Щербатским, построенная на качественной аналогии между движением сжимаемого газа в слое и гипотетической среды, заполняющей весь объем , . Математическая модель оостоит из уравнения неразрывнооти, полученного из условия сохранения массы уравнения движения сжимаемого газа в слое, полученного на основе принципа сохранения количества движения уравнения энергии уравнения теплообмена для газа уравнения нагрева кусков материала состояния газа 1Г, Р и эмпирических соотношений для определения вязкости газа и его теплопроводности. При решении задач по изучению газодинамики в прифурменной зоне доменных печей очень похожие по структуре уравнения использованы в работах . Несмотря на предельную идеализацию реологических свойств слоя вблизи фурменного очага, опубликованные результаты указывают на перспективность данного направления. Экспериментальное изучение газодинамики в шахтных
Современный уровень математического моделирования процессов, протекающих в шахтных печах,очень высок. Однако, даже самые полные модели не позволяют описать многообразие и взаимосвязь всех явлений, протекающих в слое. Поэтому при решении многих инженерных и научных задач большое значение имеют физическое моделирование и эксперименты на действующих агрегатах. В настоящее время большинство экспериментального материала по изучению газомеханики плотного слоя относится к доменному процессу. Газораспределение исследовали известные металлурги М. А.Павлов , В. К.Грузинов , З. И.Некрасов , А. Н.Похвиснев и многие другие. Обобщенные материалы по результатам экспериментальных иссле
дований газодинамики в доменных печах содержатся в работах К. М.Бугаева , Б. И.Китаева, Ю. Г.Ярошенко и др. В.П. Тарасова , в материалах Международных симпозиумов в Волонгонге Австралия, В г. Арли Франция, В г. Ньюкастле Австралия, г. Один из важных вопросов, который встает перед исследователем при проведении экспериментов по изучению газомеханики в шахтной печи, является выбор методики определения скорости газа в слое. На сегодняшний день известно четыре основных способа определения вышеотмеченного параметра газового потока, подробный анализ и классификация которых изложены в работах ,, . Ряд исследований основан на определении скоростей газа в шахтной печи массообменными способами. Суть такого подхода состоит в следующем. Материал, составляющий слой,и проходящий через него газ вступают в химическую реакцию, причем о скорости газа в данной точке судят по количеству прореагировавших веществ. Проведение подобного рода экспериментов весьма трудоемкая задача, а точность полученных результатов невелика. Исследовать работу реального агрегата с помощью такой методики практически невозможно. Достаточно широкое распространение в последние годы получила методика определения скорости газа и времени его пребывания. В некоторых случаях исследователям удавалось определить даже профиль скорости по радиусу печи 2, 4 . Точность измерений при этом определяется равномерностью распределения изотопов по сечению потока газа. Кроме того, использование данной методики возможно при наличии сложной специальной аппаратуры.