谈谈熔剂铁矿石烧结过程数值模拟与试验验证

论文导读：特点40-411.4铁矿石烧结历程数学模型的探讨近况41-541.4.1铁矿石烧结机理模型46-531.4.2铁矿石烧结人工智能模型53-541.5本论文的提出及主要探讨内容54-562铁矿石烧结历程的数学描述56-782.1引言562.2烧结历程简述56-572.3烧结床内物理化学历程浅析57-642.4模型基本假设64-712.4.1模型基本假设64-652.4.2对模型假
摘要：铁矿石烧结历程是钢铁工业中联系到高炉生产的产量、质量及能耗的重要环节。近年来,随着我国钢铁工业的迅猛进展以及铁矿石烧结矿用量的大幅增加,烧结设备大型化已成为必定走势。同时,烧结床的床料高度越来越高,铁矿石种类波动也越来越大,铁矿石烧结的能耗高、污染物排放多以及铁矿石资源不足也日益严峻。这些不足的出现,使得人们对铁矿石烧结历程机理的探讨愈发重视,以机理的探讨中寻求能耗低、污染物排放少以及效率高的烧结策略。本论文的探讨就是在这样的大背景下提出的。本论文对铁矿石烧结历程开展了系统的数值模拟工作。铁矿石烧结是涉及相变、传热与传质、流动、燃烧、矿物生成与转化等现象的复杂历程。同时考虑上面陈述的因素,对其进行数值模拟具有很大难度。本论文对烧结历程开展了系统的数值模拟工作。本论文主要进行了烧结中物理化学变化的浅析、模型基本假设的提出、模型制约方程的构建、关键子模型的建立、模型数值求解、模型的试验验证、模型结果浅析等内容的探讨。具体地,本论文的内容描述如下。本论文首先介绍了全文的探讨背景并开展了文献综述。该部分详细浅析了我国钢铁工业的进展近况及有着的不足,指出我国钢铁工业目前处于高速进展时期,但有着着能耗高、污染重等突出不足。随后介绍了我国铁矿石烧结的进展近况及有着的不足,指出我国烧结工艺技术取得了很大的改善,但同时有着着能耗、环保、铁矿石资源缺乏等不足。而后介绍了铁矿石烧结历程的工艺流程和特点,以及烧结床结构的特点。随后,本论文对数学模型的探讨近况进行了文献综述,对文献中烧结模型的优缺点进行了评述。最后,提出了本论文的探讨目的。第二章详细介绍了铁矿石烧结历程的数学描述。首先浅析了烧结床内物理化学历程的特点。针对烧结杯和烧结机中的烧结床的共同点,详细阐述了烧结床不同区域内颗粒(或物料)形态变化及可能发生的物理化学历程,列出了床内可能发生的14个物理化学历程。浅析结果得出了铁矿石烧结历程的四个鲜明特点,即1涉及的物理化学历程众多(包括相变、传热与传质、流动、燃烧、矿物生成与转化等)、2床层结构和床料颗粒形态发生很大变化、3各种物理化学历程之间强烈耦合、4历程显示出一维特点。之后,给出了烧结模型的九条基本假设。本模型共考虑13种组分,包括8种固相组分和5种气相组分,以及8个化学反应。描述烧结历程的8个制约方程、以及相应的边界条件和初始条件也同时给出,并作了详细阐述。第三章详细介绍了铁矿石烧结模型的关键子模型和模型的数值求解策略。这些关键子模型包括焦炭燃烧、烧结床石灰石分解、白云石分解、烧结床水分干燥和凝结、磁铁矿氧化、矿物熔化和凝固、烧结床传热传质模型。第四章首先介绍了澳大利亚必和必拓公司纽卡斯尔技术中心的中试规模烧结杯试验,本论文试验数据均来自该技术中心。烧结杯试验结果进行了详细介绍。对试验历程的浅析表明试验结果可以用于本论文的模型验证。第四章随后对本论文模型的预测性能进行了全面验证,本论文选取25组不同工况范围的烧结杯试验数据,将模型计算结果和试验结果进行了详细比较,证明了本论文的烧结模型的合理性。第五章利用模型计算结果对铁矿石烧结历程进行了详细剖析,浅析了气体固体温度曲线、床内熔体份额分布、二维温度和熔体份额分布、烧结床内压力分布特点、料层结构浅析、重要参数的敏感性。本论文模型的良好预测效果得到了验证。最后,第六章为全文总结部分,该部分对全文结论、革新点和展望进行了总结。本论文的主要探讨内容为铁矿石烧结床内物理化学历程的机理性探讨、铁矿石烧结历程数学模型制约方程建立、铁矿石烧结历程数学模型关键子模型的建立与求解策略、铁矿石烧结数学模型的验证、利用模型结果剖析铁矿石烧结历程。本论文的革新点以及工作展望也这里作了详细阐述。关键词：铁矿石烧结论文数值模型论文传热传质论文温度曲线论文焦炭燃烧论文熔剂分解论文熔化和凝固论文敏感性浅析论文
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Abstract7-10
目次10-14
图目录14-18
表目录18-19
1 绪论19-56

1.1 我国钢铁工业的进展近况及有着的不足19-22

1.2 我国铁矿石烧结的进展近况及有着的不足22-27

1.3 铁矿石烧结历程及其特点27-41

1.3.1 铁矿石烧结的目的27-29

1.3.2 铁矿石烧结生产的工艺流程29-35

1.3.3 烧结床的结构特点35-40

1.3.4 铁矿石烧结生产的特点40-41

1.4 铁矿石烧结历程数学模型的探讨近况41-54

1.4.1 铁矿石烧结机理模型46-53

1.4.2 铁矿石烧结人工智能模型53-54

1.5 本论文的提出及主要探讨内容54-56

2 铁矿石烧结历程的数学描述56-78

2.1 引言56

2.2 烧结历程简述56-57

2.3 烧结床内物理化学历程浅析57-64

2.4 模型基本假设64-71

2.4.1 模型基本假设64-65

2.4.2 对模型假设的一些说明65-71

2.5 烧结模型制约方程71-77

2.5.1 气体质量守恒方程71-72

2.5.2 气体组分守恒方程72

2.5.3 气体能量守恒方程72-73

2.5.4 气体动量守恒方程73-74

2.5.5 气体状态方程74-75

2.5.6 固体质量守恒方程75

2.5.7 固体组分守恒方程75-76

2.5.8 固体能量守恒方程76-77

2.6 模型边界条件和初始条件77

2.7 本章小结77-78

3 铁矿石烧结历程关键子模型78-118

3.1 引言78

3.2 烧结床焦炭燃烧模型78-90

3.

2.1 反应机理78-83

3.2.

1.1 表面反应78-81

3.2.

1.2 气相反应81-83

3.2.2 考虑颗粒核心变化的焦炭燃烧模型83-85
3.

2.3 燃烧反应制约区85-87

3.

2.4 单膜、双膜燃烧模型87-88

3.

2.5 本论文的焦炭燃烧模型88-90

3.3 烧结床石灰石分解模型90-论文导读：
95

3.1 石灰石的特性90-91

3.2 石灰石分解的化学反应速率91-92

3.3 二氧化碳分压对石灰石分解速率的影响92-93

3.4 粒径大小对石灰石分解速率的影响93-94

3.5 本论文的石灰石分解速率模型94-95

3.4 烧结床白云石分解模型95-96

3.5 烧结床水分干燥和凝结模型96-103

3.5.1 烧结床内水分传输的特点96-99

3.5.2 前人的烧结床水分传输模型99-102

3.5.

2.1 水分的干燥99-101

3.5.

2.2 水蒸汽的凝结101-102

3.5.3 本论文的烧结床水分传输模型102-103

3.6 磁铁矿氧化模型103-104

3.7 矿物熔化和凝固模型104-109

3.7.1 矿物熔化和凝固历程的复杂性浅析104-105

3.7.2 前人的矿物熔化和凝固模型105-107

3.7.3 本论文的矿物熔化和凝固模型107-109

3.8 烧结床传热传质模型109-112

3.8.1 对流换热109-110

3.8.2 烧结床固体导热和辐射110-112

3.9 烧结模型的数值解法112-117

3.9.1 烧结制约方程分类112

3.9.2 方程离散化策略112-114

3.9.3 算法流程114-117

3.10 本章小结117-118

4 铁矿石烧结模型的试验验证118-155

4.1 引言118

4.2 NTC中试规模烧结杯试验118-128

4.

2.1 NTC中试规模烧结杯试验介绍118-123

4.2.

1.1 烧结杯试验流程118-120

4.2.

1.2 烧结杯装置介绍120-123

4.2.2 NTC烧结杯试验的典型结果123-128
4.

2.1 典型的烧结杯料层温度变化曲线124

4.

2.2 典型的烧结杯风箱烟气温度变化曲线124-125

4.

2.3 典型的烧烧结杯烟气成分曲线125-126

4.

2.4 典型的烧烧结杯进口空气流量曲线126-127

4.

2.5 典型的烧结杯风箱负压曲线127-128

4.3 模型的试验验证128-154
4.

3.1 料层温度曲线验证141-148

4.3.

1.1 最高温度比较146

4.3.

1.2 停留时间比较146-147

4.3.

1.3 闭合面积比较147-148

4.3.2 火焰烽面速度验证148-151
4.

3.3 烟气成分验证151-153

4.

3.4 模型验证结论153-154

4.4 本章小结154-155
5 铁矿石烧结历程剖析155-176

5.1 引言155

5.2 气体固体温度曲线浅析155-157

5.3 液相熔体份额变化特点157-158

5.4 二维温度和熔体份额分布158-161

5.5 压力梯度分布特点161-162

5.6 料层结构浅析162-164

5.7 重要参数的敏感性浅析164-174

5.7.1 烧结时间的敏感性浅析170-171

5.7.2 最高温度的敏感性浅析171-172

5.7.3 停留时间的敏感性浅析172-173

5.7.4 闭合面积的敏感性浅析173-174

5.8 模型未来的预测目标和方向174-175

5.9 本章小结175-176

6 全文结论、革新点和展望176-180

6.1 论文主要内容和结论176-178

6.2 本论文的主要革新点178-179

6.3 下一步工作展望179-180

参考文献180-197
致谢197-199
作者介绍199-200
作者攻读学位期间发表的学术论文200