Разработка методики и системы расчета вариантов технологий непрерывного получения металла в агрегатах струйно-эмульсионного типа

• Автор: Рыбенко, Инна Анатольевна
• Шифр специальности: 05.16.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Новокузнецк
• Количество страниц: 165 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1 АНАЛИЗ ПРОБЛЕМЫ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ
1.1 Физико-химические основы расчета процессов
1.2 Принципы и методики расчета существующих технологий
1.3 Системы расчета и моделирования процессов на ЭВМ
1.4 Характеристика нового непрерывного металлургического процесса
1.5 Постановка задачи
2 РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ И СИСТЕМЫ РАСЧЕТА ВАРИАНТОВ ТЕХНОЛОГИЙ
2.1 Исходные предпосылки создания методики
2.2 Вывод уравнений материального и теплового балансов
2.2.1 Вывод уравнений материального баланса
2.2.2 Вывод уравнений теплового баланса
2.3 Принципы расчета основных термодинамических функций и параметров
2.4 Разработка методики расчета и структуры системы моделирования
и оптимизаций
ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ
3 МОДЕЛИРОВАНИЕ УСЛОВИЙ И РЕЖИМОВ ЖИДКОФАЗНОГО ВОССТАНОВЛЕНИЯ МЕТАЛЛОВ В СИСТЕМАХ ИЗ СМЕСИ ЭЛЕМЕНТОВ
3.1 Моделирование условий формирования газовой фазы
3.2 Моделирование условий и режимов восстановления железа в системе Fe-C
3.3 Моделирование условий и режимов восстановления железа и марганца в системе Fe-C-0-Мп
3.4 Моделирование условий и режимов восстановления железа в системе Fe-C-O-Н
ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ
4 РАСЧЕТ ВАРИАНТОВ ТЕХНОЛОГИЙ НЕПРЕРЫВНОГО ПОЛУЧЕНИЯ МЕТАЛЛА В АГРЕГАТАХ СТРУЙНОЭМУЛЬСИОННОГО ТИПА
3.4 Моделирование условий и режимов восстановления железа в
системе Ре-С-О-Н
ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ
4 РАСЧЕТ ВАРИАНТОВ ТЕХНОЛОГИЙ НЕПРЕРЫВНОГО ПОЛУЧЕНИЯ МЕТАЛЛА В АГРЕГАТАХ СТРУЙНОЭМУЛЬСИОННОГО ТИПА
4.1 Расчет технологий получения стали на опытной установке
4.1.1 Характеристика опытной установки и сущность технологии непрерывного получения металла
4.1.2 Расчет технологии получения стали из чугуна и окалины
4.1.3 Расчет технологии прямого получения металла из железосодержащих материалов и пылевидных отходов
4.2 Расчет технологий прямого получения металла для проектируемых агрегатов
4.2.1 Характеристика проектируемых агрегатов и сущность технологии
4.2.2 Расчет технологии прямого получения металла для проектируемых агрегатов
ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ
ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
ПРИЛОЖЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
Проблемы состояния и развития металлургии, обусловленные высокой степенью износа основных фондов, использованием устаревших технологий с повышенным расходом сырьевых и энергетических ресурсов и, соответственно, повышенными отходами и выбросами вредных веществ в окружающую среду, требуют внедрения мобильных и экологически чистых процессов, обладающих малой энергоемкостью и высокой удельной производительностью агрегатов. Одним из перспективных направлений является создание технологий получения металла в агрегатах струйно-эмульсионного типа, для которых характерны: низкая себестоимость продукции и энергоемкость процесса; экологичность и возможность реализации в одном агрегате различных видов технологий. В связи с этим актуальным является создание методик и систем, позволяющих осуществлять расчеты стационарных режимов процессов непрерывного получения металлов с учетом особенностей заданного вида технологии.
Это предопределило цель данной диссертации, которая заключается в разработке методики и системы расчета на ЭВМ стационарных режимов процессов применительно к особенностям реализации различных вариантов технологий непрерывного получения металлов в агрегатах струйно-эмульсионного типа на основе применения методов термодинамического моделирования и решения задач оптимизации.
На защиту выносятся:
- методика расчета процессов прямого получения металла в струйноэмульсионных агрегатах;
- математические модели стационарных режимов металлургических процессов, протекающих в агрегатах струйно-эмульсионного типа применительно к особенностям различных вариантов технологий;
- методика и результаты решения задач моделирования по определению наилучших условий осуществления процессов прямого жидкофазного восстановления железа и марганца в струйно-эмульсионных процессах;
- результаты расчетов технологий получения металлов на опытной установке, созданной в ККЦ-2 ОАО "ЗСМК", и проектируемых маломасштабного агрегата и типового металлургического модуля.

Теперь начальное состояние системы определено на уровне потоков, веществ и элементов. Для оценки конечного состояния определим количество и состав выходных потоков.
Масса вещества Кп в металлической фазе определяется с учетом его процентного содержания в металле [/?„]:
% =сЛ]/10 о- (2-35)
Аналогично определяем количество вещества Я„ в шлаковой фазе:
0=0)1100. (2.36)
Для расчета состава и масс компонентов газовой фазы рассмотрим механизм образования отходящих газов в струйно-эмульсионном агрегате. В технологии с применением природного газа предполагается его частичная внутренняя конверсия, с последующим использованием продуктов конверсии в качестве восстановителей. Принимаем, что природный газ полностью сгорает и в газообразном выходном потоке отсутствует. При конверсии природного газа образуются СО и Н2:
г~1КОНв /~1вХ
СО} - {СНц} ‘ Чконв '
(2.37)
гконв _ гвх 0
{Н2} - и{СЯ4} Чконв ' 0 016 ’
при полном горении природного газа образуются С02 и Н20

_ {СН4} ' О Vконе ) '
(2.38)
гг°р _Гех Л Л 0
Н20} ~ °'{СЯ4> ' I1 Чконв ) 0 6
Принимаем, что весь углерод шихтовых материалов окисляется до СО, тогда количество СО, образующееся при горении углерода, можно определить следующим образом:

Огор — 'Дсо} ~
Цо//с/, о„[с]

(2.39)

С учетом процессов горения общее количество СО, образовавшегося в
струйно-эмульсионном агрегате равно:
-чг _ ,~1вх . г-1 коне . /—1 гор
7{СО} - и{СО) + {СО} и{СО} *
ш _ + С(со 1 (2.40)