新型高炉渣干式处理过程物理模拟与数值模拟

摘要

高炉渣是钢铁企业高炉炼铁的主要副产品，液态炉渣中含有高品位的工业余热可以利用，玻璃态高的高炉渣粒可以作为生产水泥的原料。目前高炉渣处理方式以水淬为主，但湿法工艺对高炉渣中的高品位余热无法回收，消耗大量新水，并排放大量的硫化物气体污染物。高炉渣干式工艺可以有效解决湿法工艺带来的上述问题，因此得到了钢铁行业内的广泛关注。
　　高炉渣干式急冷粒化工艺的主要要求是：在熔渣冷却开始的短时间内形成薄层（或渣粒）；渣层破碎（颗粒收集）前实现层内硬化；整个处理周期内保证必要的冷却速率以形成玻璃态渣。基于上述工艺要求，课题组自主设计并搭建了一种新型干式处理工艺实验平台，并制定了冷渣工作机制。本文首先通过石蜡的低温热态实验，对该平台能否形成薄层进行了验证；然后利用 FLUEN T软件对高炉渣凝固过程进行数值模拟，研究了一个冷却周期内渣层内的温度分布与各处的冷却速率。
　　通过进行低温热态实验，得出液体石蜡在滚筒表面上形成0.3~0.45mm厚度均匀的薄层。蜡层厚度受到滚筒转速和石蜡初始温度的影响，转速越快，厚度越薄，温度的影响主要通过粘度来实现，初始温度越高，粘度越小，厚度也会越薄。同时通过对厚度形成的原理进行分析，总结了厚度的半经验公式为??? vL?15.43。
　　通过对渣层冷却凝固过程的数值模拟，得出2 mm熔渣层可以在5s内完全凝固，并且冷却速率在25℃/s以上，可以形成以玻璃体为主的固体渣层。同时渣层凝固过程受到厚度和炉渣导热系数的影响，厚度越大，凝固时间越长，导热系数越大，凝固时间越短，在厚度较大的情况下，导热系数的影响比厚度要大。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

1 绪论

1 .1 研究背景

1 .2 国内外研究现状

1.2.1 高炉渣湿式粒化工艺简介

1.2.2 高炉渣干式粒化工艺简介

1.2.3干式粒化研究现状

1 .3 本文研究内容

2 高炉渣冷却过程的物理模拟

2.1 实验系统

2.1.1 整体方案

2.1.2 冷却破碎系统

2.1.3 水路系统

2 .2 实验研究

2.2.1 实验方案

2.2.2 实验方法

2 .3 实验结果及分析

2.3.1 温度对蜡层厚度的影响

2.3.2 滚筒转速对石蜡层厚度的影响

2.3.3 流体粘度与滚筒转速对厚度的影响规律

2 .4 小结

3 高炉渣凝固过程数值模拟

3 .1 高炉渣凝固传热模型

3.1.1 物理模型

3.1.2 数学模型

3 .2 数值模拟流程及各参数设定

3.2.1 数值模拟流程

3.2.2 参数设定

3.2.3 热物理参数的确定

3.2.4 网格划分

3 .3 渣层凝固过程模拟结果及分析

3.3.1 渣层成壳过程分析

3.3.2 渣层凝固过程分析

3.3.3 渣层冷却速率分析

3 .4 小结

结论

参考文献

在学研究成果

致谢