转底炉内冶金粉尘含碳球团直接还原过程数学模型研究

发布时间：2023-04-06 23:13

　　钢铁行业是一个高消耗、高污染行业,钢铁生产流程中产生的冶金粉尘是主要的污染源之一。冶金粉尘中含有铁、碳、锌等元素,具有回收利用价值。目前,回收冶金粉尘中有价元素的主要方法是将粉尘收集后返回烧结工艺,制成烧结矿,作为高炉炼铁的原料,回收粉尘中的铁、碳元素。但是由于粉尘中的锌易挥发,会在高炉中循环富集,影响高炉操作,降低高炉寿命。因此,只有少量低锌粉尘能采取这种方法处理,大量的粉尘由于得不到有效处理,只能采取堆放或者填埋处置。这样的处置方式不仅占用了大量的土地面积,而且还会带来一系列环境问题。随着环保政策的日益严格,寻找一种适合处理钢铁行业冶金粉尘的工艺变得越来越迫切。转底炉直接还原工艺在处理冶金粉尘方面有诸多优点,不仅可以有效回收粉尘中的铁、碳、锌资源,而且该工艺可靠性高、易于操作和维护、工艺灵活、二次污染小、投资省,得到国内外钢铁行业的广泛关注。转底炉的工作过程十分复杂,涉及到炉底含碳球团的直接还原、炉内烟气的流动、传热传质、煤气的燃烧等,目前对该工艺的研究还不是很充分,进一步开展相关的研究工作对钢铁行业的可持续发展具有重要意义。本文采用数值模拟手段,通过建立相关数学模型来系统研究转底...

【文章页数】：138 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
符号清单
1 引言
2 文献综述
    2.1 钢铁厂冶金粉尘的特点及处理工艺
        2.1.1 冶金粉尘的特点
        2.1.2 冶金粉尘处理工艺
    2.2 转底炉直接还原工艺
        2.2.1 直接还原工艺简介
        2.2.2 转底炉直接还原工艺的发展
    2.3 含碳球团直接还原理论研究
        2.3.1 铁氧化物还原理论研究
        2.3.2 氧化锌还原理论研究
        2.3.3 含碳球团直接还原机理研究
    2.4 含碳球团直接还原过程数学模型研究
    2.5 主要研究内容
    2.6 本章小结
3 单个含碳球团直接还原过程数学模型研究
    3.1 含碳球团直接还原过程概述
    3.2 物理模型及简化假设
    3.3 控制方程及定解条件
        3.3.1 控制方程
        3.3.2 定解条件
    3.4 模型中主要参数的确定
        3.4.1 物性参数
        3.4.2 化学反应动力学参数
    3.5 数学模型的求解
        3.5.1 计算区域的离散
        3.5.2 控制方程的离散
        3.5.3 数值求解方法
        3.5.4 计算流程框图
    3.6 含碳球团直接还原实验及模型验证
        3.6.1 实验原料
        3.6.2 实验设备及方法
        3.6.3 模型的验证
    3.7 计算结果及讨论
        3.7.1 球团还原过程中温度的变化
        3.7.2 球团还原过程中固相组分浓度的变化
        3.7.3 球团直径对球团直接还原的影响
        3.7.4 碳氧比对球团直接还原的影响
        3.7.5 含碳球团直接还原工艺参数优化
    3.8 本章小结
4 料层直接还原过程数学模型研究
    4.1 料层直接还原过程数学模型概述
    4.2 数学模型的建立
        4.2.1 物理模型及简化假设
        4.2.2 控制方程
        4.2.3 定解条件
    4.3 数学模型的求解
        4.3.1 计算区域的离散
        4.3.2 控制方程的离散
        4.3.3 数值求解方法
        4.3.4 计算流程框图
    4.4 计算结果及讨论
        4.4.1 球团排列方式对料层直接还原的影响
        4.4.2 炉膛温度对料层直接还原的影响
        4.4.3 料层厚度对料层直接还原的影响
    4.5 小章小结
5 转底炉内冶金粉尘含碳球团直接还原过程耦合数学模型研究
    5.1 耦合数学模型概述
    5.2 炉膛传热传质及燃烧过程子模型的建立
        5.2.1 物理模型及简化假设
        5.2.2 网格划分
        5.2.3 控制方程
        5.2.4 边界条件
        5.2.5 数值求解方法
    5.3 耦合数学模型的验
    5.4 耦合模型计算结果分析
        5.4.1 炉膛烟气流速分布规律
        5.4.2 炉膛温度分布规律
        5.4.3 炉膛气氛浓度分布规律
        5.4.4 碳氧比对炉膛传热传质的影响
    5.5 本章小结
6 结论
参考文献
作者简历及在学研究成果
学位论文数据集



本文编号：3784599