论文部分内容阅读
近年来,我国钢铁工业发展迅速,为全球钢铁工业的发展做出了突出贡献,但能源消耗量和烟气排放量均高于全球先进生产水平。铁矿烧结作为钢铁生产过程的重要工序之一,能源消耗量和烟气排放量分别位居第二和第一,对钢铁行业的节能减排具有重要影响。因此,研究铁矿烧结机理,改进和优化烧结工艺,降低能源消耗量和烟气排放量,对我国及全球的钢铁工业可持续发展意义重大。铁矿烧结过程中的料层熔融和凝固等相变过程会造成料层收缩,对烧结过程及烧结矿性能会产生重要影响。因此,本文首先基于多孔介质模型和双能量方程模型,研究了焦炭含量、初始粒径和初始孔隙率对烧结过程的影响;然后耦合料层孔隙率变化模型,更加细致地考虑床层结构变化这一因素,对考虑和不考虑料层收缩的情况进行数值模拟研究,揭示了料层收缩对烧结过程影响的范围和趋势。常规条件下的铁矿烧结过程研究表明:随着焦炭含量的增加,料层最高温度升高,且由于下部料层的燃烧带和熔融区域进一步扩大,料层温度水平更高;物料初始粒径越大,单位体积表面积越小,气、固换热愈加恶劣,料层最高温度和最大熔化分数越低;料层初始孔隙率越大,对流换热愈加强烈,物料获得的热量更多,导致焦粉燃烧更加充分,料层最高温度和最大熔化分数越高。考虑料层收缩时的铁矿烧结过程研究表明:料层收缩使料层最高温度和燃烧带厚度降低,500 s、1000 s和1500 s时分别降低约94.58 K和1.367 cm,76.27 K和1.398 cm,72.37 K和4.367 cm;料层收缩对下部料层的最高温度影响更为强烈,1500 s时的料层最高温度差相对于500 s和1000 s时分别降低约22.21 K和3.90 K;料层收缩使燃烧带中心位置深度在500 s、1000 s和1500 s时分别降低约2.110 cm、2.071 cm和3.000 cm;料层收缩使燃烧带厚度在1700 s时达到最大值,相对于不考虑料层收缩时增加约50 s,由于下部料层熔融和收缩区域扩大,换热恶化,燃烧带厚度差逐渐扩大;料层收缩使0.2 m和0.4 m深度处的物料熔化停留时间分别降低约8.79 s和49.23 s;考虑料层收缩时,烟气最高温度降低约77 K,且烟气中达到SO2最大含量的时间增加约50 s。本论文在研究铁矿烧结机理的基础上,详细地考虑了料层收缩这一影响因素,重点探究了料层孔隙率变化对铁矿烧结过程的影响,得到了更加详细的变化特点,为钢铁工业节能减排的后续研究提供了重要的参考依据。