釩鈦磁鐵礦焙燒豎爐內(nèi)氣體流動(dòng)規(guī)律研究.pdf

1、焙燒是以釩鈦磁鐵礦為原料進(jìn)行短流程直接提釩的主體單元操作之一，焙燒效果決定著釩的轉(zhuǎn)化率;焙燒豎爐是借鑒鋼鐵行業(yè)球團(tuán)豎爐提出來(lái)的一種新型焙燒設(shè)備，其具有初始投資少、氧化鈉化效果好、能耗較低等優(yōu)點(diǎn)。從熱工角度而言，焙燒豎爐是一種直接接觸式氣固換熱器，且屬于顆粒移動(dòng)床范圍，可近似為固定床，其科學(xué)問題是氣固流動(dòng)與傳熱。其中，爐內(nèi)氣體流動(dòng)是影響料層內(nèi)氣固熱交換的主要因素，因此，研究豎爐內(nèi)各股氣流的流向、流量及其分布等流動(dòng)規(guī)律，對(duì)強(qiáng)化豎爐熱量交換、

2、提高球團(tuán)礦產(chǎn)量和質(zhì)量具有十分重要的意義。
　　釩鈦磁鐵礦焙燒豎爐具有雙氣流出口，使得豎爐氣流進(jìn)出口處定解條件的確定較為復(fù)雜，這是計(jì)算的最大難點(diǎn)所在。本文首先開展了基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)研究，確定了數(shù)值計(jì)算所需要的一些關(guān)鍵參數(shù);然后，在已建成的中試豎爐上進(jìn)行了氣流分布特性測(cè)試，確定了數(shù)值計(jì)算所需要的邊界條件;在此基礎(chǔ)上，計(jì)算了爐內(nèi)三維穩(wěn)態(tài)氣體流動(dòng)的速度場(chǎng)和壓力場(chǎng)，得到了料層內(nèi)氣體流動(dòng)的基本規(guī)律，分析了影響氣體流動(dòng)的主要因素及其影響規(guī)律。研究結(jié)果表

3、明:
　　(1)當(dāng)導(dǎo)風(fēng)墻上導(dǎo)風(fēng)口處于打開狀態(tài)（記為狀態(tài)Ⅰ）時(shí)，豎爐內(nèi)存在6股氣流:從火口進(jìn)入爐內(nèi)的焙燒風(fēng)大部分氣流斜向上經(jīng)焙燒帶和預(yù)熱帶流出，小部分氣流直接穿過焙燒帶經(jīng)上導(dǎo)風(fēng)口進(jìn)入到導(dǎo)風(fēng)墻內(nèi)，小部分氣流下行經(jīng)下導(dǎo)風(fēng)口進(jìn)入導(dǎo)風(fēng)墻內(nèi);冷風(fēng)口進(jìn)入爐內(nèi)的冷卻風(fēng)大部分氣流穿過冷卻帶經(jīng)下導(dǎo)風(fēng)口進(jìn)入導(dǎo)風(fēng)墻內(nèi)，小部分可穿過均熱帶后經(jīng)上導(dǎo)風(fēng)口進(jìn)入導(dǎo)風(fēng)墻內(nèi)，又有小部分可直接穿過焙燒預(yù)熱帶向上流出，豎爐內(nèi)可呈現(xiàn)出3種氣流分布模式、2種臨界工況。當(dāng)導(dǎo)風(fēng)墻

4、上導(dǎo)風(fēng)口處于封閉狀態(tài)(記為狀態(tài)Ⅱ)時(shí)，豎爐內(nèi)存在4股氣流:焙燒風(fēng)大部分氣流斜向上經(jīng)焙燒帶和預(yù)熱帶流出，小部分氣流下行經(jīng)下導(dǎo)風(fēng)口進(jìn)入導(dǎo)風(fēng)墻內(nèi);冷卻風(fēng)大部分氣流穿過冷卻帶經(jīng)下導(dǎo)風(fēng)口進(jìn)入導(dǎo)風(fēng)墻內(nèi)，小部分可直接穿過焙燒預(yù)熱帶向上流出，豎爐內(nèi)呈現(xiàn)出2種氣流分布模式、1種臨界工況。
　　(2)操作參數(shù)中，流入風(fēng)速比是影響氣流分布模式的最主要因素。狀態(tài)Ⅰ時(shí):焙燒風(fēng)速不變，調(diào)節(jié)冷卻風(fēng)速至流入風(fēng)速比比值κ★=1.13時(shí)，豎爐內(nèi)氣流分布模式處于臨界狀

5、態(tài)Ⅰ，當(dāng)流入風(fēng)速比比值κ★=2.8時(shí)，豎爐內(nèi)氣流分布模式處于臨界狀態(tài)Ⅱ;冷卻風(fēng)速不變，調(diào)節(jié)焙燒風(fēng)速至流入風(fēng)速比比值κ★=1.01時(shí)，豎爐內(nèi)氣流分布模式處于臨界狀態(tài)Ⅰ，當(dāng)流入風(fēng)速比比值κ★=3.2時(shí)，豎爐內(nèi)氣流分布模式處于臨界狀態(tài)Ⅱ;由此可以得出，當(dāng)調(diào)節(jié)冷卻風(fēng)或焙燒風(fēng)至流入風(fēng)速比比值κ★≈1.1時(shí)，氣流分布模式均可達(dá)到臨界狀態(tài)Ⅰ，當(dāng)流入風(fēng)速比比值κ★≈3時(shí)，氣流分布模式達(dá)到臨界狀態(tài)Ⅱ。當(dāng)處于狀態(tài)Ⅱ時(shí)，焙燒風(fēng)速不變，調(diào)節(jié)冷卻風(fēng)速至流入風(fēng)速比

6、比值κ★=1.29時(shí)，豎爐內(nèi)氣流分布模式處于臨界狀態(tài)Ⅲ;冷卻風(fēng)速不變，調(diào)節(jié)焙燒風(fēng)速至流入風(fēng)速比比值κ★=1.18時(shí)，豎爐內(nèi)氣流分布模式處于臨界狀態(tài)Ⅲ;由此可以得出，當(dāng)調(diào)節(jié)冷卻風(fēng)或焙燒風(fēng)至流入風(fēng)速比比值κ★≈1.2時(shí)，氣流分布模式均可達(dá)到臨界狀態(tài)Ⅲ。
　　(3)結(jié)構(gòu)參數(shù)中，上、下導(dǎo)風(fēng)口尺寸d1、d2、預(yù)熱焙燒帶寬度b1、預(yù)熱焙燒帶的高度h1、均熱帶寬度b2、均熱帶的高度h2是影響氣體流動(dòng)的主要因素。狀態(tài)Ⅰ時(shí):當(dāng)上導(dǎo)風(fēng)口尺寸d1增大、