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高炉渣破碎及余热回收过程的数值模拟

郭英  
【摘要】:钢铁工业是一个能源和资源消耗巨大的行业。但是,其中的液态渣由于温度高,积存的物理热量大,其物理热的利用是目前钢铁企业最重要的节能方向和降低环境污染的有效措施,也是我国冶金工业可持续发展的关键之一。转杯粒化熔渣显热回收技术就是其中一种有效地回收高炉渣显热的方法。 本文首先分析转杯粒化熔渣显热回收技术的整个过程,并化分成三个主要内容:炉渣破碎过程、炉渣飞行中的传热和凝固过程以及流化床余热回收过程。首先,阐述了每项内容的理论依据以及前人在这个方面的研究方法和成果。然后,本文采用VB6.0语言,对上述主要内容进行了数值模拟。第一步,分析了炉渣液膜在转杯内的流动过程,列出液膜在转杯内的运动方程,计算转杯内各点的液膜厚度、切向落后速度及落后百分率,确定转杯结构、转速、流量等对液膜厚度、液膜切向速度等的影响规律;其次,利用波理论分析炉渣破碎机理,并与石蜡和炉渣为研究对象的实验结果进行对比,验证模型的准确性,并得出转杯转速、流量、粘度和转杯直径等对炉渣破碎尺寸的影响规律;然后,列出了破碎后颗粒在空中飞行的运动方程和能量方程,并利用无机物相变理论模拟了炉渣颗粒的凝固过程,得出炉渣颗粒在飞行过程中的温度变化规律,以及计算各温度下的形核速率、晶体生长速率等相变参数,并讨论炉渣直径、转速、空气温度、炉渣初始温度等因素对炉渣颗粒凝固过程的影响;最后列出流化床、固定床传热控制方程、离散并求解,得到了流化床和固定床的温度场分布,以及炉渣和空气的出口温度随时间变化情况,讨论床层种类、空气速度、炉渣流量、炉渣直径、炉渣堆积高度等因素对炉渣和空气的出口温度以及回收能量和回收热效率的影响。 本文的工作为炉渣显热回收技术的开发研制和实际应用提供了理论依据。


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