【摘要】：鋼鐵冶煉中的鏈篦機-回轉(zhuǎn)窯球團生產(chǎn)工藝能提高球團質(zhì)量,節(jié)能環(huán)保。球團鏈篦機是用于對球團進行干燥預熱的熱工設備,而抽風干燥段是球團鏈篦機的重要組成部分,抽風干燥段溫度場能否實現(xiàn)均衡穩(wěn)定控制直接影響球團生產(chǎn)質(zhì)量和熱能的合理利用。論文針對鏈篦機抽風干燥段溫度場、氣流速度場、氣壓場等多物理場耦合機理及對球團干燥過程的影響,研究了抽風干燥段溫度的多物理場耦合建模、仿真和試驗分析問題。主要研究內(nèi)容和成果包括:1.根據(jù)傳熱學、干燥動力學、計算流體動力學和多孔介質(zhì)理論,建立了鏈篦機抽風干燥段溫度的多物理場耦合數(shù)學模型。用偏微分方程組描述關鍵變量隨時間和空間的變化,考慮了球團內(nèi)部導熱、氣固對流換熱、球團干燥過程中水分析出、氣流流動、熱氣流與篦板熱交換和篦板壓力損失等因素。2.構建了球團鏈篦機抽風干燥段的物理模型,進行區(qū)域的離散化,確定數(shù)值模擬計算方法,基于FLUENT軟件,采用User Defined Scalar(UDS)和User Defined Functions(UDF)修正和定義能量方程、組分方程的源項,對多物理場耦合模型進行數(shù)值模擬,得到了鏈篦機抽風干燥段溫度分布、氣流速度分布和氣壓分布,并進行理論分析,發(fā)現(xiàn)抽風干燥段溫度場在鏈篦機高度方向和篦床運行方向上都出現(xiàn)了溫度梯度,氣流在篦床下部和料層上部空間呈現(xiàn)較大的流速梯度,局部最大流速達到了2.8m/s,而氣體壓力在多孔介質(zhì)域產(chǎn)生了較大的壓力損失,總壓力損失為120Pa。3.研究了球團鏈篦機鼓風干燥段和抽風干燥段段間耦合作用對多物理場分布及球團干燥過程的影響。受鼓風干燥段入口熱氣流影響,抽風干燥段溫度場局部溫度低于預期,最低僅有477K;同時改變了抽風干燥段內(nèi)氣流速度和氣壓分布。受抽風干燥段高溫熱氣流影響,鼓風干燥段溫度場局部溫度變化劇烈,料層上部局部空間溫度最高達565K,遠遠高于其入口氣流溫度(473K),料層溫度最高達492K,對球團干燥過程影響較大。4.研發(fā)制作了多物理場分布檢測與動態(tài)耦合控制試驗系統(tǒng),設計試驗方案,開展了球團鏈篦機干燥過程溫度的多物理場耦合試驗研究。將數(shù)值模擬與數(shù)據(jù)測量過程相結合,通過比較分析數(shù)值模擬與試驗結果,最大計算誤差為9.3%,在工程應用允許誤差范圍內(nèi),研究了溫度場分布變化規(guī)律、多物理場耦合機理及對球團干燥過程的影響,驗證了所建的鏈篦機抽風干燥段溫度的多物理場耦合數(shù)學模型的合理性,誤差修正后可應用于實際控制過程。論文研究成果為實現(xiàn)球團鏈篦機抽風干燥段溫度場均衡穩(wěn)定的控制奠定了理論基礎,對我國球團礦生產(chǎn)企業(yè)提高綜合經(jīng)濟效益具有重要意義。
【學位授予單位】：江蘇大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TF046.6;TF066.2
【圖文】：

江蘇大學碩士學位論文第一章 緒論究背景及意義來源于國家自然科學基金項目（編號：51675245），球團鏈篦機篦場時空耦合與協(xié)同控制機理研究。工業(yè)和高爐的大型化發(fā)展，對爐料的品質(zhì)也提出越來越高的需求有磷、硫、鉛、鋅、砷等大量雜質(zhì)，冶煉過程中會產(chǎn)生大量的污染鐵渣，效率低、能耗高。而全球富礦資源日益枯竭，我國貧鐵礦石全國已探明鐵礦石儲量的 97%，約 450 億噸[1]。

（a）鏈篦機外形 （b）篦床內(nèi)部圖 1.3 球團鏈篦機Fig.1.3 Pellet grate圖 1.4 回轉(zhuǎn)窯外貌 圖 1.5 環(huán)冷機外貌Fig.1.4 Rotary kiln Fig.1.5 Circular cooler承載球團的鏈篦機篦床是一個復雜機電運動裝置，鏈長 120 余米，寬 2 萬余個零部件組成。研究發(fā)現(xiàn)，鏈篦機球團干燥過程受溫度場、氣流速壓場等多物理場耦合作用，直接影響球團的水分遷移、對流換熱和氧化

圖 1.4 回轉(zhuǎn)窯外貌 圖 1.5 環(huán)冷機外貌Fig.1.4 Rotary kiln Fig.1.5 Circular cooler承載球團的鏈篦機篦床是一個復雜機電運動裝置，鏈長 120 余米，寬 2 萬余個零部件組成。研究發(fā)現(xiàn)，鏈篦機球團干燥過程受溫度場、氣流速壓場等多物理場耦合作用，直接影響球團的水分遷移、對流換熱和氧化等。目前，關于鏈篦機干燥過程中球團料層溫度的多物理場耦合機理研對鏈篦機抽風干燥段球團干燥過程溫度的多物理場耦合的研究幾乎沒有機鼓風干燥段與抽風干燥段段間耦合作用對多物理場分布及球團干燥的研究更是空白。

【參考文獻】

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本文編號：2776694