Содержание к диссертации
Стр.
Анализ современного состояния физического моделирования процессов в металлургических агрегатах (литературный обзор) 8
Теоретические основы физического моделирования
и теория подобия 16
1.3.2. Моделирование пылевыноса из металлургического
агрегата 31
Разработка методики исследования пылебрызгоуноса и газовой динамики печи Ванюкова на физической модели 38
Расчет и обоснование физической модели печи Ванюкова 38
Выбор модельной жидкости 38
Исследование скоростного поля печи Ванюкова 104
Измерение поля скорости и статического
давления воздуха 62
Стр.
Визуальное наблюдение за характером движения потоков
Исследование крупности оседающих на внутренних
стенках аптейка частиц 132
Измерение количества частиц выпадающих на стенки аптейка 140
Исследование характеристик пылевыноса
Выводы 165
Введение к работе
В современной металлургии цветных металлов широко применяются автогенные процессы для переработки различного вида сульфидного сырья. Автогенные процессы имеют ряд преимуществ по сравнению с процессами, в которых для восполнения недостатка тепла применяется топливо. Основными из этих преимуществ являются использование энергетических возможностей сырья, экономия топлива, получение богатых штейнов, устранение вредных выбросов в атмосферу и водный бассейн, высокая удельная производительность и непрерывность процессов получения металлов.
Одним из наиболее совершенных автогенных процессов является процесс плавки в жидкой ванне (ПЖВ) или плавка Ванюкова (ПВ). Принцип работы агрегата заключается в организации плавления сырья и массо- обмена в турбулентно перемешиваемой ванне эмульсии штейна в шлаке, за счет подачи кислородсодержащего газа в штейно-шлаковый расплав через боковые погружные фурмы.
Начиная с 1949 года, когда A.B. Ванюковым был получен патент на новый эмульсионный процесс, в МИСиС проводились теоретические исследования металлургических процессов, изучение строения и физико- химических свойств расплавов, закономерностей разделения фаз и путей снижения потерь металлов. Все эти работы и привели к созданию промышленного процесса плавки сульфидного сырья в расплаве.
Таким образом, физико-химические и массообменные закономерности процесса плавки в жидкой ванне изучены достаточно полно. Однако, существуют особенности печи Ванюкова, которые не были исследованы
же детально. К таким особенностям относится в первую очередь газовая динамика внутрипечного пространства агрегата и связанные с ней макропроцессы пылевыноса и настылеобразования.
Наиболее современным методом исследования газовой динамики различных технических агрегатов, к которым относятся и металлургические
печи, является математическое моделирование. Однако, трехмерное моделирование запыленного турбулентного потока достаточно сложная и требующая больших временных затрат задача. Наряду со сложностью постановки корректных граничных условий и выбором ряда допущений упрощающих решение систем уравнений, математическая модель потребует оценки адекватности полученных результатов с соответствующими параметрами промышленного агрегата. В этой связи необходимо отметить, что получить какие-либо данные о скоростном поле промышленной печи Ва- нкжова нельзя, вследствие невозможности проведения аэродинамических измерений в агрессивном и запыленном потоке действующего агрегата.
В этом случае целесообразно применить физическое моделирование, как промежуточный этап исследования агрегата. Теория подобия, на которой базируется построение любой физической модели, хорошо развитый и много раз опробованный метод исследования сложных макропроцессов. Так как при физическом моделировании процессы пылевыноса и настыле- образования рассматриваются в целом (без подразделения на составляющие процессы, описываемые сложными уравнениями с большим количеством переменных) данных для создания физической модели вполне достаточно. В них входят объем, температура и скорость отходящих газов; расход дутья и скорость загрузки шихты; физические свойства моделируемых сред; измеренные анемометром подсосы воздуха в технологические отверстия агрегата и габаритные размеры печи.
Созданная в рамках данной работы физическая модель печи Ванюкова позволяет исследовать структуру скоростного поля газового пространства агрегата; пылевынос и настылеобразование как макропроцессы; а также особенности взаимодействия газовых струй погружного дутья с расплавом и связанные с этим процессы брызгообразования. Соблюдение подобия по критерию Рейнольдса позволяет исследовать скоростное поле внутрипеч- ного пространства путем определения величины и направления вектора скорости в исследуемой точке шаровым зондом, вводимым внутрь модели работающей в так называемом «сухом» режиме (без подачи модельной жидкости).
Выбор модельной жидкости исходя из критерия безразмерной вязкости с соблюдением идентичного безразмерного импульса струи дутья позволяет проводить на модели жидкостные эксперименты по изучению пыле- брызгоуноса и настылеобразования. При этом пылевая фракция загрузки моделируется путем распыления модельной жидкости (водно- глицериновой смеси) форсунками высокого давления, которые рассчитаны на создание капель необходимой крупности. Брызги создаются путем бар- ботирования ванны ВГС через боковые фурмы.
Целью работы является исследование газовой динамики внутрипечно- го пространства, пылевыноса и настылеобразования в печи Ванюкова методами физического моделирования.
В ходе работы на физической модели печи Ванюкова детально исследовано скоростное поле внутрипечного пространства агрегата. По результатам исследований скоростного поля модели ПВ определены следующие закономерности движения газа: в шахте и аптейке модели ПВ определены зоны вихревого неупорядоченного движения газовой фазы и зоны пониженных скоростей; в аптейке модели ПВ установлен Б-образный характер движения основного потока и обнаружен вихрь центральной симметрии.
При исследовании количества и размеров капель водно-глицериновой смеси, осаждающейся на внутренних стенках аптейка подтверждено образование «песочных часов» в нижних сечениях; определено, что основной вклад в формирование настыли в данном месте аптейка вносят частицы мелкой пылевой фракции (до 30 мкм); в образовании настыли в верхней части аптейка участвуют в основном капли барботажной природы крупностью 70 - 120 мкм, инерционная сила движения которых заставляет их покидать изменяющий направление поток газа.
Сопоставление пылебрызговыноса при прямоугольном и круглом сечениях аптейка показывает, что изменение геометрии влечет снижение
Похожие диссертации на Исследование газовой динамики внутрипечного пространства, пылевыноса и настылеобразования в печи Ванюкова с использованием метода физического моделирования
