Разработка и внедрение ресурсосберегающих, экологичных и взрывобезопасных систем припечной грануляции металлургических шлаков

• Автор: Зайнуллин, Лик Анварович
• Шифр специальности: 05.16.07
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 168 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

Перечень условных обозначений.

Общая характеристика работы.

1 Аналитический обзор известных способов и устройств

уборки и переработки доменных шлаков.

1.1 Анализ технологий централизованной грануляции

1.2 Существующие технологии припечной грануляции.

1.2.1 Системы диспергации расплавов

1.2.2 Теоретические основы диспергации.

1.2.3 Охлаждение частиц расплавов

1.2.4 Теоретические основы эрлифта.

1.3 Технология припечной грануляции ВНИИМТ Гипромез
1.4 Цель и задачи работы.
2 Диспергирование шлакового расплава.
2.1 Взрывобезопасный способ и устройство получения качественных гранул в технологии мокрой грануляции
2.2 Струйная диспергация шлакового расплава
2.3 Механическая диспергация шлакового расплава
2.4 Выводы.
3 Теплофизические и газодинамическая задачи процесса
грануляции
3.1 Охлаждение частиц расплава в паровоздушной и жидкой средах .
3.2 Траектория полта частиц в паровоздушной среде.
3.3 Теплоотдача между водяными струями и пластиной при е нагревании струй расплава металла.
3.3.1 Одиночная струя
3.3.2 Группа струй.
3.4 Выводы.
щ 4 Теория и практика применения эрлифта в системах при
печной грануляции шлаков.
4.1 Двухфазный изотермический и неизотермический эрлифт
4.2 Трхфазный неизотермический эрлифт
4.3 Методика инженерного расчта трхфазного неизотермического эрлифта
4.4 Выводы
5 Новые энергоэффективные и экологичные процессы гра
нуляции.
5.1 Технология сухой грануляции шлакового расплава
5.2 Полусухая грануляция с использованием части физического
тепла шлака для уменьшения его влажности
5.3 Технология приготовления нейтрализующей суспензии из порошкообразного известняка
ф 5.4 Выводы
6 Внедрение разработанных грануляционных систем.
6.1 Новизна технических и технологических решений.
6.2 Технологические схемы внедрнных грануляционных систем .
6.3 Техникоэкономические показатели работы промышленных
прииечных грануляционных систем.
6.4 Выводы
Заключение
Список использованных литерату рных источников
Приложение А Таблица АЛ Справка о практическом использовании результатов научноисследовательских работ, с которыми связана докторская диссертация Зайнуллина Я. А
ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
Р давление
с диаметр обтекаемого тела частицы
диаметр канала, трубы, струи
Н Н высота
Ь I длина
р плотность
т массовый расход
V объемный расход
Е сила площадь сечения
Т 0 абсолютная температура температура
ускорение
т время М т масса
р в расходное газосодержание объемная доля
Ф истинное газосодержание влажность
Я коэффициент теплопроводности коэффициент трения
коэффициент полезного действия теплосодержание г скрытая теплота парообразования а коэффициент поверхностного натяжения р коэффициент динамической вязкости С скорость охлаждения Су объемная теплоемкость а коэффициент температуропроводности а коэффициент теплоотдачи
еч степень черноты тела
С0 коэффициент излучения абсолютно черного тела удельный тепловой поток плотность теплового потока
V коэффициент кинематической вязкости К радиус шара
г текущий радиус шара скорость витания Ууд скорость удара при механическом диспергировании
IV расходная скорость массовая концентрация
V истинная скорость
Безразмерные комплексы
Яе число Рейнольдса Ми число Нуссельта Рг число Прандтля
Агм модифицированное число Архимеда Вг число Био 1е число Вебера
Верхние индексы
вход в канал выход из канала среднее значение
Нижние индексы
ф форсунка р расплав
ж жидкость ггаз шшлак
I текущее значение и насадка эрлифта ц центр ст стенка япар см смесь
1 газ в смеси
2 твердые частицы в смеси
3 жидкость в смеси
Буквенные обозначения в основном соответствуют ГОСТ 9 Газодинамика.
Диссертация оформлена в соответствии с ГОСТ 2.5 Общие требования к текстовым документам и ГОСТ 7.1 Библиографическая запись. Библиографическое описание.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Ключевые слова грануляционная система, технология грануляции, мокрая грануляция, полусухая грануляция, сухая грануляция, взрывобезопасность, экологичность, энергоэффективность, диспергация, охлаждение, эрлифтное транспортирование, обезвоживание, сушка, гранулированный шлак, физическое тепло, влажность, размер частиц, теория, эксперимент, практика, внедрение.
Основные определения
Грануляция процесс получения твердых гранул из расплава путем первоначального дробления диспергирования расплава шлака на отдельные жидкие или частично жидкие капли и последующего их охлаждения, при котором осуществляется превращение жидких или частично жидких капель в твердые частицы гранулы. Устройство, в котором осуществляются эти процессы, называется гранулятором. В технике различают три вида грануляции мокрую, полусухую и сухую.
Мокрая грануляция это процесс получения твердых гранул при избыточном количестве влаги. Типично мокрым процессом является бассейновый способ, когда шлак из ковша сливается в большую емкость с водой. Другими видами мокрой грануляции являются желобной и гидрожелобной. В первом из них процесс дробления и охлаждения происходит при совместном движении шлака и воды по длинному желобу. При гидрожелобном способе дробление шлака осуществляется острыми струями воды в желобе, из которого смесь поступает в емкость с водой. Получаемый этим способом граншлак, как правило, имеет избыточную влажность.
Полусухая грануляция это такой процесс получения гранул, когда их состояние по влажности можно считать условно сухим. Практика работы с гранулированным доменным шлаком показывает, что состояние условно сухой соответствует влажности 6 при этой влажности шлак еще не смерзается, в то же время остается ограниченно подвижным, что исключает утечку его через неплотности вагонов при транспортировке.
Сухая грануляция технология, при которой процессы кристаллизации и охлаждения шлака осуществляются без использования жидкости влаги.
Грануляционной системой будем называть цепь располагаемых друг за другом аппаратов, в которых последовательно реализуются процессы диспергирования, охлаждения, транспортировки, обезвоживания, сушки и складирования гранулированного шлака, а также производится нейтрализация вредных выбросов парообразных и газообразных продуктов грануляции.
Актуальность


Жидкие шлаки обладают огромным теплоэнергетическим потенциалом, который, к сожалению, мало используется по ряду объективных причин, в том числе и по причине сложности реализации разработанных способов на практике. Переработка жидких шлаков осуществляется практически в полном объме. Основная часть шлаков перерабатывается в гранулированный шлак и используется в строительной индустрии. Припечная грануляция доменного шлака наиболее прогрессивная технология шлакоиереработки, т. В середине х годов прошлого столетия во ВНИИМТ была разработана и внедрена первая в СССР грануляционная система, перерабатывающая доменный шлак непосредственно у доменной печи небольшого объема 5 м3. В этой конструкции был удачно решен ряд вопросов, сдерживавших промышленное применение технологии припечной грануляции, а именно локализация вредных паро и газообразных выбросов, эрлифтный способ транспортировки гранулированного продукта, использование части физического тепла шлака для уменьшения его влажности. Однако для уверенного переноса этой технологии на вновь проектируемые доменные печи большого объема . Исследование и разработка научно обоснованных ресурсосберегающих, взрывобезопасных и экологичных технологий и технических решений мокрых, полусухих и сухих способов припечной грануляции для печей со значительным выходом шлака в черной и цветной металлургии. Полученные результаты обеспечили развитие теории процессов формирования гранулированного шлака для мокрых, полусухих и сухих способов его получения. Установлены закономерности, определяющие среднемассовый размер гранул шлака при использовании для дробления шлаковых струй энергии воды и воздуха, механической энергии. Полученные зависимости учитывают параметры распыливающих сред для мокрых и полусухих способов расходы и скорости воды и воздуха, углы атаки потоков, теплофизические параметры температуры, плотность, вязкость и поверхностное натяжение шлаков для сухих способов наряду с теплофизическими характеристиками шлакового расплава, число оборотов механического барабанного диспергатора и скорость удара УУуд, мс. Математически описаны процессы охлаждения высокотемпературной частицы сферической формы в условиях сложного теплообмена при учете явлений теплопроводности внутренняя задача, конвективного и лучистого теплообмена внешняя задача между частицей и охлаждающей паровоздушной средой, а также при охлаждении частицы в водном бассейне. Математические модели этих процессов использованы для расчета времени затвердевания частицы после распыления струи шлакового расплава. Модели также явились теоретической базой для экспериментального определения коэффициентов теплоотдачи необходимых параметров для анализа температурных полей при формировании из частицы расплава шлака твердой гранулы. Предложена методика расчета траектории полета частицы шлакового расплава, основанная на решении задачи движения частицы в газовой среде с учетом размера частицы, сопротивления среды, начальной скорости частицы и угла наклона вектора этой скорости к горизонту. Определены в критериальной форме зависимости между интенсивностью теплообмена при высоких плотностях тепловых потоков более
,0 МВтм , достигаемых в результате струйного охлаждения водой металлической пластины, нагреваемой расплавом металла, и другими теплофизическими характеристиками теплопроводностью, вязкостью и температуропроводностью охлаждающей среды, скоростью среды на срезе сопла, диаметра сопла и расстояния от среза сопла до охлаждаемой поверхности. Изучены особенности теплофизических процессов между твердыми частицами гранулами, охлаждающей водой и образующимся водяным паром в условиях, отражающих механическую и тепловую работу эрлифта. Установленные зависимости дополнили теорию эрлифта, распространив ее на трехфазные эрлифтные системы твердые частицы, жидкость и газообразная среда, для которых свойственны неизотермические процессы. Систематизированы укрупненные показатели работы и основные режимные параметры известных систем припечной грануляции шлака, сравнение которых позволяет в зависимости от конкретных условий выбирать ту или иную технологию получения гранулированного шлака.