链篦机抽风干燥段温度的多物理场耦合机理研究

发布时间：2020-07-31 15:56

【摘要】：钢铁冶炼中的链篦机-回转窑球团生产工艺能提高球团质量,节能环保。球团链篦机是用于对球团进行干燥预热的热工设备,而抽风干燥段是球团链篦机的重要组成部分,抽风干燥段温度场能否实现均衡稳定控制直接影响球团生产质量和热能的合理利用。论文针对链篦机抽风干燥段温度场、气流速度场、气压场等多物理场耦合机理及对球团干燥过程的影响,研究了抽风干燥段温度的多物理场耦合建模、仿真和试验分析问题。主要研究内容和成果包括:1.根据传热学、干燥动力学、计算流体动力学和多孔介质理论,建立了链篦机抽风干燥段温度的多物理场耦合数学模型。用偏微分方程组描述关键变量随时间和空间的变化,考虑了球团内部导热、气固对流换热、球团干燥过程中水分析出、气流流动、热气流与篦板热交换和篦板压力损失等因素。2.构建了球团链篦机抽风干燥段的物理模型,进行区域的离散化,确定数值模拟计算方法,基于FLUENT软件,采用User Defined Scalar(UDS)和User Defined Functions(UDF)修正和定义能量方程、组分方程的源项,对多物理场耦合模型进行数值模拟,得到了链篦机抽风干燥段温度分布、气流速度分布和气压分布,并进行理论分析,发现抽风干燥段温度场在链篦机高度方向和篦床运行方向上都出现了温度梯度,气流在篦床下部和料层上部空间呈现较大的流速梯度,局部最大流速达到了2.8m/s,而气体压力在多孔介质域产生了较大的压力损失,总压力损失为120Pa。3.研究了球团链篦机鼓风干燥段和抽风干燥段段间耦合作用对多物理场分布及球团干燥过程的影响。受鼓风干燥段入口热气流影响,抽风干燥段温度场局部温度低于预期,最低仅有477K;同时改变了抽风干燥段内气流速度和气压分布。受抽风干燥段高温热气流影响,鼓风干燥段温度场局部温度变化剧烈,料层上部局部空间温度最高达565K,远远高于其入口气流温度(473K),料层温度最高达492K,对球团干燥过程影响较大。4.研发制作了多物理场分布检测与动态耦合控制试验系统,设计试验方案,开展了球团链篦机干燥过程温度的多物理场耦合试验研究。将数值模拟与数据测量过程相结合,通过比较分析数值模拟与试验结果,最大计算误差为9.3%,在工程应用允许误差范围内,研究了温度场分布变化规律、多物理场耦合机理及对球团干燥过程的影响,验证了所建的链篦机抽风干燥段温度的多物理场耦合数学模型的合理性,误差修正后可应用于实际控制过程。论文研究成果为实现球团链篦机抽风干燥段温度场均衡稳定的控制奠定了理论基础,对我国球团矿生产企业提高综合经济效益具有重要意义。
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TF046.6;TF066.2
【图文】：

流程图,球团生产,流程

江苏大学硕士学位论文第一章绪论究背景及意义来源于国家自然科学基金项目（编号：51675245），球团链篦机篦场时空耦合与协同控制机理研究。工业和高炉的大型化发展，对炉料的品质也提出越来越高的需求有磷、硫、铅、锌、砷等大量杂质，冶炼过程中会产生大量的污染铁渣，效率低、能耗高。而全球富矿资源日益枯竭，我国贫铁矿石全国已探明铁矿石储量的 97%，约 450 亿吨[1]。

链篦机,球团

（a）链篦机外形（b）篦床内部图 1.3 球团链篦机Fig.1.3 Pellet grate图 1.4 回转窑外貌图 1.5 环冷机外貌Fig.1.4 Rotary kiln Fig.1.5 Circular cooler承载球团的链篦机篦床是一个复杂机电运动装置，链长 120 余米，宽 2 万余个零部件组成。研究发现，链篦机球团干燥过程受温度场、气流速压场等多物理场耦合作用，直接影响球团的水分迁移、对流换热和氧化

外貌,回转窑,链篦机,球团

图 1.4 回转窑外貌图 1.5 环冷机外貌Fig.1.4 Rotary kiln Fig.1.5 Circular cooler承载球团的链篦机篦床是一个复杂机电运动装置，链长 120 余米，宽 2 万余个零部件组成。研究发现，链篦机球团干燥过程受温度场、气流速压场等多物理场耦合作用，直接影响球团的水分迁移、对流换热和氧化等。目前，关于链篦机干燥过程中球团料层温度的多物理场耦合机理研对链篦机抽风干燥段球团干燥过程温度的多物理场耦合的研究几乎没有机鼓风干燥段与抽风干燥段段间耦合作用对多物理场分布及球团干燥的研究更是空白。

【参考文献】