高炉熔渣纤维化过程中的传热规律研究

发布时间：2017-04-02 19:00

  本文关键词：高炉熔渣纤维化过程中的传热规律研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：钢铁工业生产节能和矿物资源的高质高效利用是目前研究的热点,作为炼铁过程的主要副产品,高炉熔渣成纤是资源深度利用的一个重要途径,调质是成纤前的必备环节,传热直接影响调质剂的加入量和熔渣的成纤性能,传统的作法全凭经典理论和经验,特别是利用二阶偏微分方程研究黏弹性的熔渣传热问题时难以精确的刻画和模拟,本文创造性的引入分数阶微分算子理论研究熔渣成纤过程的微观传热机理,达到“一叶以知秋”的目的,以对实践或生产提供有意义的支撑。针对调质剂在渣液中的传热问题,首先分五个阶段对从接触液面到完全浸入的传热规律进行了探讨,然后以调质剂在高炉熔渣熔化过程中显示的扩散性质为基础,结合传导传热和辐射传热两种方式,首次引入局部分数阶微分算子,建立了调质剂浸入熔渣过程的瞬态分数阶传热模型,用构建的局部分数阶杨-拉普拉斯变换和傅里叶变换两种算法进行了求解,通过与实际实验数据的比较,得到了满足要求的最佳分层维数和熔化时间。为设计调质炉熔池尺寸和确定调质剂颗粒的范围提供了依据。针对调质剂在渣液中的均热问题,从外部加热和化学反应两个方面进行了分析。考虑外部加热时,以能量守恒定律为基础,建立了调质剂熔化前固体内部的局部分数阶均热模型,并用设计的局部分数阶杨-傅里叶变换算法进行了求解,计算得到了不同半径下的调质剂颗粒的物理均热时间,并通过与实验数据进行比较,得到了最佳分层维数。考虑化学反应时,通过对熔渣中的反应进行综合评判,给出了主要的反应方程,并利用未反应模型和均质过程中的扩散模型,求解出了均热过程中时间与温度的直接关系。为调质剂的加入速度、设备的选型和功率的设置提供了理论参考。针对动态液渣在倾倒后的流股形式的传热问题,分别从液芯到流股边界、流股边界到外界空气两个方面进行了分析。建立模型求解了对流换热量、辐射散热量、层流状态下渣液半径对传热的影响规律和流柱热量的总散失比例,得到了最优流股半径、最大流股高度和过余温度。针对动态渣液在渣槽中运动时的传热问题,从辐射和传导传热角度考虑,建立模型并得出了槽中熔渣与空气间的辐射散热流量、渣槽与熔渣之间的导热量,给出了熔渣在渣槽中热剩余量的计算方程,并得到热剩余量与熔渣在渣槽中的深度成正比关系的结论。计算结果与实验测试数据进行了对比,证明了方法的可靠性。为确定最佳成纤的出渣温度、渣流的大小等方面奠定了基础。针对渣液喷吹纤维化时的传热问题,基于流动及喷吹过程的渣液破碎机理的基础,通过改变雷诺数和卡门涡漩的流动状态,建立了散热模型,分别给出了渣液细线、渣液成形线上的散热规律。基于对流传热理论,基于局部分数阶微分算子,建立了渣液液滴的局部分数阶散热模型,并建立局部分数阶Adomian算法进行了求解。为确定喷吹口半径、分析成纤机理等方面提供了前期准备。总之,通过上述对高炉熔渣直接纤维化的调质、均质、倾倒、渣槽流动、喷吹五个过程的传热规律的研究,将为其工业化过程中的热量补偿和潜热利用提供支撑,具有一定的理论意义和实际价值。
【关键词】：传热规律 分数阶模型 直接纤维化 高炉熔渣 喷吹
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TF534
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-13
• 第1章 绪论13-22
• 1.1 选题背景与课题来源13-15
• 1.1.1 选题背景及意义13-14
• 1.1.2 课题来源14-15
• 1.2 研究现状15-20
• 1.2.1 高炉熔渣处理技术现状15-17
• 1.2.2 传热模型与分数阶微分方程17-20
• 1.3 研究内容20-21
• 1.4 本章小结21-22
• 第2章 高炉熔渣调质直接纤维化工艺22-43
• 2.1 引言22-23
• 2.2 实验原料与设备23-25
• 2.2.1 高炉渣及调质剂的基础性能23-24
• 2.2.2 实验设备24-25
• 2.3 高炉渣作为矿渣棉原料的可行性分析25-27
• 2.4 调质机理与成纤方法27-31
• 2.4.1 调质机理27-29
• 2.4.2 成纤工艺方法29-31
• 2.5 高炉熔渣调质过程31-40
• 2.5.1 调质配比方案31
• 2.5.2 调质结果分析31-40
• 2.6 熔渣喷吹成纤工艺流程40-43
• 2.6.1 熔渣成纤工艺40
• 2.6.2 液态纤维冷却过程分析40-41
• 2.6.3 纤维基础性能分析41-43
• 第3章 调质剂颗粒在高炉熔渣中的传热模型43-59
• 3.1 引言43-44
• 3.2 调质剂浸入到熔渣的熔化过程传热分析44-51
• 3.2.1 h=R时的熔化过程传热分析44-45
• 3.2.2 0＜h＜R时的熔化过程传热分析45-46
• 3.2.3 h=0 时的熔化过程传热分析46
• 3.2.4 -R＜h＜0 时的熔化过程传热分析46-47
• 3.2.5 h＜-R浸没时的熔化过程传热分析47-51
• 3.3 计算调质剂颗粒熔化时间的瞬态分数阶传热模型51-56
• 3.3.1 求解熔渣温度的分数阶模型52
• 3.3.2 局部分数阶杨-拉普拉斯变换算法数值求解52-55
• 3.3.3 局部傅里叶级数算法数值求解55-56
• 3.4 熔化传热时间运算结果及分析56-57
• 3.5 本章小结57-59
• 第4章 调质剂在高炉熔渣中的均热规律59-75
• 4.1 引言59
• 4.2 均热过程的相关基础理论59-61
• 4.3 调质剂在熔渣中物理过程的分数阶均热模型61-64
• 4.3.1 调质剂溶化后的均热时间分析62-63
• 4.3.2 调质剂熔化前的固体内部局部分数阶均热模型63-64
• 4.4 局部分数阶YANG-FOURIE变换法求解64-67
• 4.4.1 局部分数阶Yang-Fourier变换及其属性64-65
• 4.4.2 局部分数阶Yang-Fourier变换方法求解析解65-66
• 4.4.3 均热时间运算结果及分析66-67
• 4.5 调质剂化学反应过程的均热时间分析67-74
• 4.5.1 高炉渣内主要化学反应67-69
• 4.5.2 调质剂化学均热时间计算69-74
• 4.6 本章小结74-75
• 第5章 动态渣液传热规律75-93
• 5.1 引言75
• 5.2 渣液流柱的散热分析75-84
• 5.2.1 对流热损失分析计算75-76
• 5.2.2 辐射热与对流热损失分析计算76-77
• 5.2.3 流股剩余热量分析计算77-78
• 5.2.4 渣液柱的散热分析78-84
• 5.3 渣液流在溜槽中的散热分析84-91
• 5.3.1 渣槽内熔渣散热量计算84-90
• 5.3.2 渣槽内熔渣热剩余量计算90-91
• 5.4 本章小结91-93
• 第6章 高炉熔渣纤维化中喷吹过程的传热规律93-110
• 6.1 引言93
• 6.2 喷吹过程渣流的破碎机理分析93-96
• 6.3 喷吹过程渣流的散热机理分析96-102
• 6.3.1 渣液细线的传热规律分析97-99
• 6.3.2 渣液成纤过程传热规律分析99-102
• 6.4 纤维冷却过程分析102-107
• 6.4.1 气-液换热规律分析103
• 6.4.2 潜热释放对纤维凝固过程的影响103
• 6.4.3 气-固换热过程分析103-104
• 6.4.4 纤维冷却过程中的温度场分析104-105
• 6.4.5 纤维各处温度变化105-107
• 6.5 渣滴的分数阶传热模型及散热规律107-109
• 6.6 本章小结109-110
• 结论110-112
• 参考文献112-119
• 攻读博士学位期间承担的科研任务与主要成果119-122
• 致谢122-123
• 作者简介123

【参考文献】

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