發(fā)布時(shí)間：2020-11-15 12:42

　　 由于能源緊缺和環(huán)境問(wèn)題的突出,發(fā)展利用新能源和降低能耗行業(yè)的能源消耗已成為必然。鋼鐵行業(yè)是我國(guó)大能耗企業(yè)之一,能耗占全國(guó)總能耗的10-15%。高爐渣作為鋼鐵行業(yè)副產(chǎn)品,產(chǎn)量高,溫度在1450℃-1650℃,可回收利用價(jià)值大。而現(xiàn)在爐渣主要采用水淬法處理,具有無(wú)法回收利用爐渣熱量,浪費(fèi)水資源,污染環(huán)境的缺點(diǎn)。因此,干式�；�余熱回收成為非常具有發(fā)展前景的技術(shù)。其中,正處于研究中的離心�；�余熱回收,是通過(guò)離心�；�設(shè)備將液態(tài)高溫熔融爐渣顆粒粒化成細(xì)小的顆粒,顆粒在下落過(guò)程中與逆流而上的空氣就行對(duì)流換熱,同時(shí)與周圍環(huán)境進(jìn)行輻射換熱,自身不斷被冷卻并發(fā)生凝固�？諝鉁囟壬仙�并能被后續(xù)利用。同時(shí)有望得到高品質(zhì)的爐渣,作為水泥的替代物應(yīng)用于建筑行業(yè),克服了傳統(tǒng)水淬法處理的缺點(diǎn)。研究空氣冷卻高溫熔渣顆粒的相變換熱特性對(duì)余熱回收裝置的設(shè)計(jì)有非常重要的指導(dǎo)意義。高爐渣顆粒溫度高,給實(shí)驗(yàn)操作帶來(lái)很大的難度。且高爐渣的空氣冷卻凝固是一個(gè)典型的相變傳熱過(guò)程,其特點(diǎn)是求解域中存在一個(gè)位置隨時(shí)間變化的固-液相界面。這類問(wèn)題在數(shù)學(xué)上是一個(gè)強(qiáng)非線性問(wèn)題,且兩相界面的位置有待確定,界面能量守恒條件為非線性,再加上復(fù)雜的邊界換熱條件,使得這一問(wèn)題的求解相當(dāng)困難。本文針對(duì)�；�后熔渣顆粒的空氣冷卻相變換熱問(wèn)題,采用溫度法建立了高溫熔融高爐渣顆粒在相變溫度恒定時(shí)相變換熱的數(shù)值模型,采用焓法建立了考慮相變溫度帶時(shí)高爐渣顆粒的相變換熱數(shù)值模型。并通過(guò)簡(jiǎn)化。得到了一維情況下高爐渣顆粒的相變換熱特性。研究了一維情況下高爐渣顆粒相變換熱特性。同時(shí)利用凝固融化模型和VOF方法耦合,建立了單顆粒高爐渣顆粒的二維數(shù)值模型。研究了熔渣顆粒相變換熱特性,得到了顆粒內(nèi)部溫度分布,固-液相界面的移動(dòng)規(guī)律,空氣速度場(chǎng)和溫度場(chǎng)分布,并討論了邊界條件,導(dǎo)熱系數(shù)對(duì)相變換熱特性的影響。在此基礎(chǔ)上研究了顆粒尺寸,空氣流速,空氣初溫,以及顆粒初溫對(duì)單顆粒高爐渣空氣冷卻相變換熱特性的影響。主要研究成果如下:(1)熔渣顆粒的變導(dǎo)熱系數(shù)使得其冷卻凝固所需時(shí)間延長(zhǎng),而高溫所導(dǎo)致的輻射換熱則極大地加快了冷卻速率,模擬結(jié)果更符合實(shí)際情況;高爐渣顆粒直徑越大,相界面移動(dòng)速度越慢,冷卻凝固時(shí)間顯著增加。冷卻空氣流速越高、溫度越低,相界面移動(dòng)速度越快,冷卻凝固時(shí)間越短。但由于高爐渣顆粒初溫較高,完成凝固時(shí)顆粒溫度仍然很高。在熔渣顆粒的凝固階段,輻射換熱占總換熱平均比例是50%-60%,熔渣顆粒溫度降低,輻射換熱占比不斷減小。因此,增大空氣流速對(duì)于熔渣顆粒凝固以后的再冷卻過(guò)程影響將會(huì)明顯增加。在冷卻前期,空氣流速和溫度影響不顯著。(2)與相變溫度恒定情況相比,熔渣顆粒相變過(guò)程中相變溫度帶的加入,使得熔渣顆粒相變過(guò)程中具有兩相共存的區(qū)域。小球顆粒內(nèi)部平均降溫速率明顯降低,使得小球顆粒完成凝固的時(shí)間明顯延長(zhǎng)。熔渣顆粒的變導(dǎo)熱系數(shù)使得其冷卻凝固所需時(shí)間縮短,同時(shí)由于熔渣初溫較高,加入輻射模型,模擬結(jié)果更符合實(shí)際情況;高爐渣顆粒直徑越大,相界面移動(dòng)速度越慢,冷卻凝固時(shí)間顯著增加。冷卻空氣流速越高、溫度越低,相界面移動(dòng)速度越快,冷卻凝固時(shí)間越短。但由于高爐渣顆粒初溫較高,輻射換熱強(qiáng),空氣流速和溫度影響不顯著。(3)針對(duì)單顆粒熔渣,空氣的擾流冷卻作用能使顆粒表面快速冷卻成型,但是顆粒的凝固過(guò)程不是逐層推進(jìn),而是從外向里不均勻的發(fā)生凝固。這是由于顆粒表面換熱流場(chǎng)不均勻,導(dǎo)致顆粒表面換熱情況不均勻。熔渣顆粒在凝固到大約80%及以后,固相增長(zhǎng)率較小,剩下20%凝固耗時(shí)較長(zhǎng)。(4)熔渣顆粒直徑是對(duì)相變過(guò)程影響很大,熔渣顆粒直徑越小,完全凝固時(shí)間越短;而且完全凝固時(shí)間隨著直徑增加,時(shí)間增加幅度變大�？諝饬魉僭酱�,熔渣顆粒表面換熱越強(qiáng),凝固時(shí)間縮短。空氣流速對(duì)熔渣內(nèi)部固相份額的增加有重要的影響,風(fēng)速越大,顆粒外表面越快凝固成型。有利于避免�；�后顆粒相互之間以及與爐膛的粘接。這將對(duì)顆粒凝固完成后的物相品質(zhì)產(chǎn)生重要影響。但是由于熔渣顆粒在整個(gè)凝固過(guò)程中溫度均較高,與周圍環(huán)境的輻射換熱強(qiáng),因此增大風(fēng)速,強(qiáng)化對(duì)流換熱對(duì)顆粒在凝固階段總的換熱增強(qiáng)不明顯,對(duì)整個(gè)顆粒完成凝固的時(shí)間影響不顯著。綜上述,對(duì)于冷卻氣流風(fēng)速的選擇應(yīng)該綜合考慮。
【學(xué)位單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2016
【中圖分類】：TF534
【部分圖文】：

重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文鼓法（熔渣薄片狀固化工藝）0 年代，日本鋼管(NKK)公司開(kāi)發(fā)了冷卻轉(zhuǎn)鼓工藝，[4-7]，其流程示意見(jiàn)圖 1.1[8]。液態(tài)高爐渣從滾筒的的旋轉(zhuǎn)滾動(dòng)下成為薄片狀。薄片狀熔渣在冷卻流體卻流體吸收熱量，經(jīng)過(guò)換熱器冷卻以后，重新回到發(fā)電。

圖 1.2 住友金屬機(jī)械攪拌法Fig.1.2 Schematic of mechanical agitation processec 工藝（利用熱應(yīng)力）德國(guó)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)，見(jiàn)圖 1.3[2]。�；�器是充填了介質(zhì)(細(xì)渣的凝固溫度,因此熔渣在熱應(yīng)力作用下破碎粒化器換熱冷卻，再通過(guò)篩分，得到 0～3 mm 和> 3 別進(jìn)入渣倉(cāng) 1 和 2，細(xì)渣粒返回用于循環(huán)操作�；�器的冷卻空氣和流化床換熱器得到回收。流化床節(jié)，一般為 500-800℃

圖 1.2 住友金屬機(jī)械攪拌法Fig.1.2 Schematic of mechanical agitation processec 工藝（利用熱應(yīng)力）德國(guó)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)，見(jiàn)圖 1.3[2]。�；�器是充填了介質(zhì)(細(xì)渣的凝固溫度,因此熔渣在熱應(yīng)力作用下破碎粒化器換熱冷卻，再通過(guò)篩分，得到 0～3 mm 和> 3 別進(jìn)入渣倉(cāng) 1 和 2，細(xì)渣粒返回用于循環(huán)操作�；�器的冷卻空氣和流化床換熱器得到回收。流化床節(jié)，一般為 500-800℃
【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前4條

1 劉小英;朱恂;廖強(qiáng);王宏;;高溫熔融高爐渣顆粒相變冷卻特性分析[J];化工學(xué)報(bào);2014年S1期

2 邢宏偉;王曉娣;龍躍;張玉柱;;�；�鋼渣相變傳熱過(guò)程數(shù)值模擬[J];鋼鐵釩鈦;2010年01期

3 戴曉天;齊淵洪;張春霞;;熔融鋼鐵渣干式粒化和顯熱回收技術(shù)的進(jìn)展[J];鋼鐵研究學(xué)報(bào);2008年07期

4 徐永通;丁毅;蔡漳平;劉青;黃曄;葉樹(shù)峰;;高爐熔渣干式顯熱回收技術(shù)研究進(jìn)展[J];中國(guó)冶金;2007年09期

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