4.2. Влияние параметров гидродинамического режима ванны на зффек-

Исследование гидродинамики шлакоугольных суспензий и особенностей восстановления в них железа с целью совершенствования технологии процесса Ромелт : диссертация … кандидата технических наук : 05.16.02

4.2. Влияние параметров гидродинамического режима ванны на зффек-

Год: 2006

Номер работы: 97220

Колесников, Юрий Сергеевич

Стоимость работы:249 e

Без учета скидки. Вы получаете файл формата pdf

Бесплатно

Вы получаете первые страницы диссертациив формате txt

Платно

Просмотр 1 страницы = 3 руб

Основой массового получения чугуна являются доменные печи.

Однако, на протяжении уже нескольких десятилетий, не ослабевает интерес к развитию жидкофазных бескоксовых технологий производства жидкого чугуна (Ромелт (Россия), HIsmelt (Австралия), Auslron (Австралия), DIOS (Япония), Redsmelt-NST (Италия, Германия, ЕЭС)). Эти процессы позволяют производить чугун, используя вместо кокса рядовые энергетические угли, позволяют перерабатывать неокускованные руды и железосодержащие отходы. Особенно пер

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОНРОСА И ИОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧП ПССЛЕДОВАНИЯ

1.1.

Роль шлакоугольной суспензии в современных нроцессах жидкофазиого восстановления Наличие продуваемой кислородсодержащим дутьем шлакоугольной суспензии в реакторе жидкофазного восстановления является отличительной особенностью всех разрабатываемых в настоящее время или готовых к реализации процессов бескоксового производства чугуна. Проведем краткий анализ связи гидродинамического режима плавки с основными параметрами технологии в перечисленных процессах. Опытно-промышленный реактор жидко

1.2.

Анализ современных нодходов к физическому моделированию струйной продувки металлургических раснлавов Задача физического моделирования шлакоугольных суснензий нроцесса Ромелт ноставлена в данной работе впервые в связи с развитием жидкофазных процессов бескоксовой металлургии чугуна. В металлургической литературе отсутствуют результаты, которые можно было бы напрямую использовать при выборе совокупности определяющих критериев подобия. Цель данного раздела — анализ возможности использования

1.3.

Анализ современных подходов к моделированию частиц в суспензиях

1.3.

Анализ современных нодходов к моделированию частиц в сусиеизиях В современной металлургической науке, никогда ранее не имевшей дело с технологиями жидкофазного восстановления, практически нет исследований, посвященных проблематике моделирования частиц в шлакоугольных суспензиях. Исследования гидродинамических параметров пневматически перемешиваемых суспензий в последние десятилетия были связаны с задачами химической, горной, пиш;евой промышленности, биотехнологий и др. Накоплен значитель

1.4. Анализ современных исследований восстановления железа в шлакоугольных суснензнях В современных жидкофазных процессах бескоксового производства чугуна восстановление осуществляется из шлака, содержащего 2-6 % оксидов железа.

Восстановителями являются угольные частицы или углерод, растворенный в каплях металла.

Понимание основной схемы восстановления железа очень важно, поскольку, в конечном счете, определяет рациональные конструктивные и технологические решения реализации этих процессов.

1.5. Задачи настоящего исследования

Как видно из изложенного, гидродинамика шлакоугольных суспензий и обусловленные ею особенности жидкофазного восстановления железа дисперсным углем изучены недостаточно.

Очевидно, что какова бы ни была основная схема восстановления железа в процессе Ромелт, именно гидродинамический режим плавки, в конечном счете, определяет производительность установки.

Действительно, структура и мош;ность перемешивания расплава, а также фракционный состав частиц угля и насьщенность суспензии определяют степен

ГЛАВА 2.

ВЫВОД СОВОКУПНОСТИ КРИТЕРИЕВ ПОДОБИЯ ДЛЯ ФИЗИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ШЛАКОУГОЛЬПОЙ СУСИЕПЗИИВ ИРОЦЕССЕ ' Задача физического моделирования гидродинамики шлакоугольной суспензии в процессе Ромелт состоит в воспроизведении на модели подобных оригиналу полей скоростей жидкости и содержаний твердой дисперсной примеси, в изучении их изменений при варьировании основных параметров гидродинамического режима. Физическое моделирование должно дать ответ об эффективности замешивания частиц угля в

2.1. Разработка методики физического моделироваиия боковой струйной продувки в процессе Ромелт В процессе Ромелт распределение частиц угля в ванне определяется характером циркуляции шлака. Поэтому при физическом моделировании продувки шлаковой ванны необходимо обеспечить подобие в геометрии распространения струй и интенсивности нрохода в них жидкой фазы. В главе 1 (раздел

1.2.

) на основании анализа современных подходов к физическому моделированию гидродинамики ванн металлургических проц

2.2.

Разработка методики выбора модельных частиц ири физическом моделироваиии шлакоугольной сусиензии ироцесса Ромелт Задачей физического моделирования шлакоугольной суспензии в печи Ромелт, является имитация на модели стационарного распределения содержаний C(x,y,z) (масс, доли) модельных частиц в барботируемой ванне и последуюш,ее изучение изменений C(x,y,z) при изменении параметров модели. Таким образом, в настояш,ем исследовании C(x,y,z) являлась определяемой функцией. Как показали прямые

2.2.

1. Моделирование частиц взвеси

. Известно [92], что наличие мелкой твердой примеси практически не влияет на структуру и параметры турбулентного потока (вплоть до весьма значительных содержаний (-20% масс.)).

В то же время распределение таких частиц в объеме перемешиваемой жидкости не обязательно является равномерным и зависит от геометрии циркуляции турбулентной жидкости.

Так, при движении по вертикальной трубе с радиусом R направленного вверх потока жидкости, частицы взвеси из «тяжелых» частиц концентрируются в области (0

2.2.

2. Моделирование крупных частиц в турбулентных суспензиях

2.2.

2. Моделирование крунных частиц в турбулентных сусиензиях. Па нрактике часто встречаются суспензии, в которых одновременно присутствуют частицы большого диапазона размеров (это характерно и для нроцесса Ромелт). При этом нри данном уровне перемешивания в системе наименьшие частицы могут образовывать взвесь, а частицы больших размеров («крупные») — испытывать значительное, если не определяющее влияние поля тяжести на характер своего движения в турбулизованной жидкости. В таких суспензиях р

ГЛАВА 3. ПАРАМЕТРЫ ФИЗИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ВАИИЫ ПЕЧИ РОМЕЛТ И МЕТОДИКА ПРОВЕДЕПИЯ ЭКСПЕРИМЕПТОВ

3.1. Параметры физической модели

Полученную в гл. 2 совокупность критериев нодобия для холодного физического моделирования шлакоугольных суспензий в нечи Ромелт иснользовали при расчете параметров физической модели, на которой проводили эксперименты.

При моделировании были иснользованы следующие параметры опытно- промышленной печи и процесса Ромелт в режиме стабильной плавки с производительностью 8 т металла в час [1] (па основе данных, нолученных при эксплуатации установки Ромелт на Новолипецком металлургическом комбинате

3.2. Разработка конструкции эксиериментальной установки и методики ироведения экснериментов

3.2.1. Экспериментальная установка

. Экспериментальная установка состояла из лабораторного стенда, воздуходувной системы и измерительной аппаратуры. Схема экспериментальной установки и общий вид модели представлены на рис. 11. Внешний вид модели в процессе работы показан на рис. 12. Модель рабочей камеры печи Ромелт выполнили в масштабе 1:20. Модель представляет собой камеру из плексигласа (толщина стенок 5

мм) нрямоугольного сечения 180×125 мм в области фурменного нояса и 180×200 мм в своей верхней части. Угол расширени

3.2.2. Приготовление модельных частиц

3.2.2. Приготовление модельиых частиц. Листовую прессованную пробку измельчали и рассеивали на фракции. В процессе Ромелт шлак слабо смачивает частицы угля.

Для обеспечения слабого смачивания частиц пробки применявшимися на модели водоглицериновыми растворами, поверхность частиц пробки пропитывали парафином.

Для этого навеску пробки обрабатывали близким к насыш;ению раствором парафина в уайт спирите (с образованием в жидкости небольшого нерастворимого парафинового осадка), а затем высушивали

. Отбор проб осуш;ествляли при помощи специально сконструированного отборника. Штанга пробоотборника (рис. 14а) представляет собой полую стеклянную трубку (1) длиной 0,4 м с внутренним диаметром 18 мм.

В нижнюю часть трубки плотно вводится заподлицо полая пластиковая трубка пробоприемник (2), длиной 0,1 м. Нижний торец пробоприемника запирается поршнем (3). Поршень может перемеп];аться по штанге (1) с помоп];ью металлического стержня (4).

Для отбора пробы пробоотборник фиксируется над необход

3.2.4. Анализ погрешности эксперимента

3.2.4. Анализ погрешности экснеримента. Систематическую относительную ошибку эксперимента по отбору пробы суспензии рассчитывали как отношение цены деления измерительного прибора к измеряемому количеству (размеру) данной величины. Эта ошибка складывалась из следуюш;их составляющих: 1. Ошибка онределения объема раствора в ванне: А, = (1 мл/1750

мл)* 100=0,06%; 2. Ошибка определения объема глицерина в растворе (максимальная оценка, соответствуюш,ая минимальному применявшемуся содержанию г

ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ГИДРОДИНАМИКИ ШЛАКОУГОЛЬНОЙ СУСИЕШИИ ИРОЦЕССА РОМЕЛТ ИА ФИЗИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ В данной главе приведены результаты физического моделирования формирования структуры шлакоугольной суспензии при боковой струйной продувке ванны.

Необходимость исследования вызвана невозможностью получения на реальном объекте системных данных по структуре суспензии.

На разных этапах освоения технологии на опытно-промышленной нечи Ромелт (НЛМК) прошли широкий интервал содержаний угля в ванне — от о

4.1.

Влияние иа структуру суспеизии расхода дутья, высоты ваины, фракциониого состава и общего содержания частиц в ванне Об эффективности замешивания частиц в объем ванны при различных гидродинамических режимах судили по содержанию частиц в поверхностном слое и на уровне барботажных фурм. В данной серии опытов исследовали влияние изменения интенсивности струйной боковой продувки, высоты ванны над фурмами и крупности частиц на содержание частиц в поверхностном слое и на уровне фурм (вне барбот

4.2.

Влияние параметров гидродинамического режима ваины на эффективность вовлечения твердых частиц в барботажные столбы Для процесса Ромелт важно, чтобы гидродинамический режим шлаковой ванны обеспечивал интенсивное вовлечение угольных частиц на всем протяжении барботажных столбов, так как это обеспечивает полноту использования дутья и хорошую теплопередачу от барботажных столбов шлаковой ванне. При физическом моделировании исследовали влияние параметров гидродинамического режима ванны на со

4.3. Влияние диаметра фурм на структуру суспензии

4.3. Влияние диаметра фурм иа структуру сусиензии Как обсуждалось в

главах 1 и 2, при физическом моделировании боковой продувки жидкости диаметр фурмы на модели не может быть произвольным.

Величина dg при QQ—const определяет кинетическую энергию ввода дутья, а значит, величину направленного горизонтально начального импульса газовой струи.

Эта величина определяет «дальнобойность» (глубину проникновения) струи, удаленность от фурменной стенки зоны выхода струи на поверхность ванны, что

4.4. Моделирование влияния вязкости шлака на структуру суспензии

4.4. Моделирование влияния вязкости шлака на структуру суснензии В процессе Ромелт при работе на различном железосодержащем сырье, теоретически, могут образовываться шлаки с вязкостью, изменяющейся в очень широком диапазоне: от ОД Па*с до 20 Па*с.

На опытных плавках вязкость шлаков составляла 0,1-0,8 Па*с, поведение угля в шлаках с вязкостью вне границ этого диапазона не исследовано.

В настоящем разделе приведены результаты физического моделирования изменения структуры суспензии, происходяще

4.5.

Структура суспензии при паличип па поверхпости ванпы «сплошпого слоя» пз твердых частиц В предыдущих разделах, в соответствии с их тематикой, были фрагментарно представлены данные о состоянии ванны при наличии на ее поверхности «сплошного слоя», возникаюш;его при больших насьщениях суспензии. Гидродинамический режим ванны, сопровождающийся появлением сплошного слоя, неприемлем для технологии Ромелт [16]. Полученные при физическом моделировании данные позволяют судить о начале формирова

ГЛАВА 5.

ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИЗМА И КИНЕТИКИ ЖИДКОФАЗНОГО ВОССТАНОВЛЕНИЯ ЖЕЛЕЗА ДИСИЕРСНЫМ ТВЕРДЫМ УГЛЕРОДОМ В главе 4 диссертации приведены результаты физического моделирования шлакоугольной суснензии в нечи Ромелт нри нормальном ходе плавки и в технологически неприемлемых режимах. Исследование позволило онределить гидродинамические условия, при которых обеспечивается лучшее замешивание угля в объем ванны, и условия наступления блокировки углем поверхности ванны. Дисперсный уголь в шлаковой в

5.1. Экспериментальная оценка эффективности жидкофазного восстановлення железа твердым углеродом но одностадийной и двухстаднйной схемам.

Роль непосредственного контакта углерода со шлаковым расплавом изучали в нескольких нринципиальных простых опытах, в которых реализовали условия, когда можно сравнить эффективность одновременного действия обоих обсуждаемых схем реализации прямого жидкофазного восстановления. Опыты проводились по следующей оригинальной методике. Из химически чистых компонент

5.2.

Кинетика жидкофазного восстаиовления железа дисперсным твердым углеродом Во всех современных процессах с преимущественным или полностью жидкофазным восстановлением железа в качестве восстановителя используется дисперсный некоксуюпдийся уголь, распределенный в объеме интенсивно продуваемого шлакового расплава. Важной задачей является оценка кинетических возможностей этих технологий. В настоящем разделе исследованы особенности кинетики восстановления железа из шлака дисперсным углеродсодер

ГЛАВА 6. РАЗРАБОТКА РЕКОМЕНДАЦИЙ ПО СОВЕРШЕНСТВОВАНИЮ ТЕХНОЛОГИИ ИРОЦЕССА РОМЕЛТ При приближенном физическом моделировании были воснроизведены основные эффекты, присущие гидродинамическому режиму шлакоугольной суспензии в печи Ромелт.

Прежде всего, это касается неравномерности распределения твердых частиц по высоте барботируемой ванны (содержание частиц в поверхностном слое ванны модели, как и на реальной печи Ромелт, было в разы больше, чем на уровне фурм).

При повышении количества частиц в

Источник: https://www.dissforall.com/_catalog/t8/_science/42/97220.html

Гидродинамические режимы:

4.2. Влияние параметров гидродинамического режима ванны на зффек-

Первый режим – пленочный — наблюдается при небольших плотностях орошения на малых скоростях газах. В этом режиме отсутствует влияние газового потока на скорость течения жидкости и, следовательно, на количество задерживаемой в насадке жидкости.

Второй режим — режим подвисания (или торможения). После точки А повышение скорости газа приводит к заметному увеличению сил трения о жидкость на поверхности контакта фаз и подтормаживанию жидкости газовым потоком.

Вследствие этого скорость течения пленки жидкости уменьшается, а ее толщина и кол-во удерживаемой жидкости в насадке увеличивается. Появляются завихрения, брызги, увеличивается смоченная поверхность насадки и соответственно-интенсивность процесса массопередачи.

Этот режим заканчивается в точке В.

Третий режим — режим эмульгирования (режим затопленной насадки) — возникает при превышении скорости, соответствующей точке В.

В результате происходит накопление жидкости в свободном объеме насадки до тех пор, пока сила трения между стекающей жидкостью и поднимающимся по колонне газом не уравновесит силу тяжести жидкости, находящейся в насадке.

Образуется газожидкостная дисперсная система, по внешнему виду напоминающая барботажный слой (пену) или газожидкостную эмульсию.

Четвертый режим (от точки С и выше)-режим уноса, или обращенного движения жидкости, выносимой из аппарата газом.

Сравнение насадочных и тарельчатых:

Основное различие — тарельчатые колонны предпочитаются при выпадении твердого осадка, который нужно периодически удалять из колонны,которая снабжается люками и тарелки располагаются на таком расстоянии, чтобы было легко производить чистку.

Общий вес тарельчатой колонны меньше, чем вес насадочной при одинаковой производительности.

Тарельчатые колонны более пригодны для процессов, сопровождающихся колебаниями температуры относительно окружающей среды, так как периодическое расширение и сжатие корпуса колонны при таких условиях может разрушить насадку.

Насадочные колонны преимущественно используются при работе под вакуумом, так как гидравлическое сопротивление насадочной колонны меньше, чем тарельчатой. Насадочные колонны предпочтительнее для пенящихся жидкостей. Для коррозионных сред предпочтительны насадочные колонны, обычно более простые и дешевые.

Тарельчатую колонну используют когда абсорбция ведется при повышенном давлении, когда большое гидравлическое сопротивление.

Недостатки нас. колонн: Затруднен отвод теплоты при экзотермическом эффекте, Меньшая уд.поверхность контакта фаз чем у тарельчатых=>большой объем аппарата, Меньшая интенсивность м/передачи=> они более громоздкие, чем тарельчатые, Мало пригодны для работы с загрязненными жидкостями.

Гребковый отстойник

Широко распространены отстойники непрерывного действия с гребковой мешалкой. Они представляют собой цилиндрический резервуар с коническим днищем.

В резервуаре расположена мешалка, снабжённая гребками, которые непрерывно перемещают осадок к центральному разгрузочному штуцеру. Кроме того, гребки мешалки взбалтывают слой осадка, способствуя его обезвоживанию.

Частота вращения мешалки незначительна, поэтому процесс осаждения не нарушается.

Суспензия непрерывно поступает по трубе в середину резервуара. Осветлённая жидкость переливается в кольцевой желоб и удаляется через штуцер. Осадок (шлам), представляющий собой сгущённую суспензию, удаляется через штуцер в коническом днище.

Отстойники с гребковой мешалкой обеспечивают однородность осадка и позволяют освободить его от воды до концентрации твёрдой фазы 35–55 %. Работа таких отстойников полностью автоматизирована.

К недостаткам этих аппаратов следует отнести их громоздкость.

Распылительные абсорберы.

В распылительных абсорберах контакт между фазами достигается распыливанием или разбрызгиванием жидкости в газовом потоке. Эти абсорберы подразделяют на следующие группы:

  1. Полые (форсуночные) распыливающие абсорберы, в которых жидкость распыляется на капли форсунками;

  2. Скоростные прямоточные распыливающие абсорберы, в которых распыление жидкости осуществляется за счет кинетической энергии газового потока;

  3. Механические распыливающие абсорберы, в которых жидкость распыливается вращающимися деталями.

Полые распылительные абсорберы.

Принцип действия: представляют собой полые колонны. Газ движется снизу вверх, а жидкость подается через расположенные в вверхней чести колонны 1 форсунки 2 с направлением факела распыла обычно сверху вниз.

Эффективность таких абсорбер невысока, что обусловлено перемешиванием газа по высоте колонны и плохим заполнением ее сечения факелом распыленной жидкости.

Поэтому форсунки часто устанавливают на нескольких уровнях.

Достоинчства: Простота устройства, Низкая стоимость, малое гидравл сопротивление, можно применять для обработки сильно загрязненных газов.

Недостатки: Низкая эффективность(невысокая пл.поверхности контакта), Низкие скорости газа во избежания уноса, Высокий расход энергии на распыления, Снижение дв.

силы из-за возникновения обратного перемешивания => невысокая степень разделения.

Источник: https://studfile.net/preview/8443465/

Scicenter1
Добавить комментарий