难选铁矿深度还原中试炉的研发及关键问题的讨论

摘要

临江难选铁矿石深度还原-高效分选项目是东北大学冶金技术研究所申报的国家863项目。课题组承接的深度还原炉的研发是这一863项目的重要子课题，决定了深度还原工艺的实现与否。
　　根据难选铁矿石深度还原过程的工艺特性，提出了一种以蓄热式燃烧技术为基础，采用双面加热、还原气体二次燃烧的新还原工艺及装置并申报了国家发明专利。本文完成了中试还原炉的设计及关键问题的讨论工作，主要内容包括:
　　(1)提出整体结构设计思路，采用蓄热燃烧技术实现了分层燃烧双面加热的结构设计。
　　(2)采用数值模拟方法对炉子结构参数和关键热工操作参数进行预示模拟，最终获得了最佳的炉子热工设计参数。
　　(3)针对蓄热式燃烧沿炉宽方向上的炉温均匀性问题，采用半机理模型方法建立了火焰长度方向析热模型，讨论不同燃烧模式对炉温均匀性的影响。
　　(4)对燃料燃烧空气消耗系数的选取进行模拟分析，得到炉内温度关于空气系数的曲线。
　　(5)对炉膛进行热平衡计算，分析新炉的节能效果。
　　(6)为了进一步分析炉内还原效果，借助fluent软件对炉内温度场、气体流场等进行模拟计算，并针对不同的燃料供给方案进行了模拟对比。
　　本文是应用数学模型方法指导炉子设计的新尝试，论文的研究结果为难选铁矿深度还原炉的工业化实验提供了重要的理论依据。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题背景介绍

1．2 难选矿深度还原-高效分选工艺介绍

1．3 原有实验炉存在的问题

1．4 主要研究内容

第2章 中试炉结构设计方案概述

2．1 深度还原中试炉简介

2．1．1 用途及要求

2．1．2 主要设计参数

2．1．3 设计要求及设计思路

2．2 中试炉结构设计方案

2．2．1 炉体结构

2．2．2 炉衬结构

2．2．3 炉门结构

2．2．4 燃烧系统

2．2．5 管道系统

2．3 密封问题的解决

2．3．1 炉侧密封

2．3．2 炉门密封

2．4 托盘设计的讨论

2．4．1 托盘材质的选择

2．4．2 托盘的支撑

2．5 本章小节

第3章 炉内还原反应分析

3．1 还原反应的热力学分析

3．2 还原反应的动力学分析

3．3 还原气氛分析

3．4 影响还原速度的因素

3．4．1 还原温度

3．4．2 还原时间

3．4．3 还原煤的选用及配碳量

3．4．4 矿物还原的理化性能

3．4．5 炉气气氛

3．5 还原反应参数的确定

3．4．1 反应温度的确定

3．4．2 反应时间的确定

3．4．3 配碳量的确定

3．4．4 料层厚度的确定

3．6 盖碳保护分析

3．7 本章小节

第4章 蓄热烧嘴的设计及模拟

4．1 蓄热体的选取

4．2 蓄热烧嘴结构的确定

4．3 烧嘴砖的设计

4．4 烧嘴内膛尺寸的确定

4．4．1 基于当量小球模型的烧嘴内腔尺寸计算

4．4．2 烧嘴内腔所装蓄热球长度的设计

4．5 蓄热烧嘴喷口的模拟分析

4．5．1 燃气与空气喷口中心线交汇处的选择

4．5．2 燃气喷口位置的选择

4．5．3 空气喷口形状的选择

4．5．4 空气喷口角度的选择

4．6 本章小结

第5章 炉内热工问题分析

5．1 扩散燃烧的火焰析热和火焰长度

5．1．1 扩散燃烧火焰的析热

5．1．2 扩散燃烧火焰的长度

5．2 不同的燃烧方式对炉温均匀性的影响

5．2．1 理想燃烧模式(曲线1)

5．2．2 扩散燃烧炉温模式(曲线2)

5．2．3 半扩散、半预混燃烧炉温模式(曲线3)

5．2．4 预混燃烧炉温模式(曲线4)

5．3 空气消耗系数对炉内温度的影响

5．4 热平衡分析

5．4．1 热平衡表

5．4．2 热平衡分析

5．5 本章小结

第6章 炉内热工过程的数值模拟

6．1 几何模型的建立

6．2 简化假设

6．3 模拟结果与分析

6．3．1 炉膛温度场的模拟结果分析

6．3．2 燃烧气体流场的模拟结果分析

6．3．3 炉膛气体成分的模拟结果分析

6．4 本章小结

第7章 结论

参考文献

致谢