钢渣碳酸化反应数值模拟研究

论文摘要

转炉渣是转炉炼钢时产生的固体副产品。由于炼钢过程中,调节钢渣碱度,而使钢渣中残留有部分未化合的游离态氧化钙（f-CaO）,这些游离态氧化钙在一定程度上限制了钢渣在各个领域的应用。本文就钢渣中游离氧化钙的来源、形成过程、分布、消解游离氧化钙的方法等进行论述,探讨消解游离氧化钙的新方法,拓展钢渣应用的新领域。钢渣碳酸化反应的研究具有双重目的:一方面CO2气体与钢渣中游离氧化钙反应生成碳酸钙物质,从而使钢渣的稳定性得以加强,使钢渣的应用领域得以拓展。另一方面,钢渣可以作为温室气体CO2的吸附剂,使CO2得以固定。因而达到消解钢渣中游离氧化钙与固定CO2气体的双重作用,对于CO2节能减排绿色冶金具有重要意义。钢渣消解游离氧化钙的碳酸化反应是气-固两相反应,通过建立气-固两相流动与反应模型,应用UDF自定义函数,实现了流动、传质、传热与化学反应之间的耦合,进而得出相应的瞬时速度场、固体颗粒的流动规律,气固两相的温度场,以及f-CaO消解的质量分数的瞬态变化情况,通过改变边界条件进而得出不同的反应结果。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 符号说明
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的研究背景
• 1.1.1 工业背景
• 1.1.2 项目背景
• 1.2 钢铁生产流程中冶金渣的来源
• 1.2.1 高炉炼铁产生的炼铁渣
• 1.2.2 转炉炼钢产生的钢渣
• 1.2.3 电弧炉炼钢产生的钢渣
• 1.2.4 连铸生产的铸余钢渣
• 1.3 钢渣矿物组成、性质及其化学成分
• 1.3.1 钢渣游离氧化钙形成及矿物分析
• 1.3.2 钢渣的胶凝性能和粉磨性
• 1.4 钢渣的综合利用工艺
• 1.4.1 国外钢渣的利用情况
• 1.4.2 国内钢渣利用情况
• 1.5 影响钢渣利用的主要限制条件
• 1.5.1 游离氧化钙对钢渣稳定性的影响
• 1.5.2 游离氧化镁对钢渣稳定性的影响
• 1.5.3 RO 相对钢渣稳定性的影响
• 1.6 钢渣的膨胀原因
• 1.7 课题的研究内容
• 1.8 课题研究的目的和意义
• 第二章 钢渣稳定化处理的研究方法与技术原理
• 2.1 钢渣稳定化处理的方法
• 2.1.1 改进炼钢工艺
• 2.1.2 优化钢渣处理工艺
• 2.1.3 钢渣的陈化处理
• 2.1.4 钢渣的碳酸化处理
• 2.2 钢渣稳定化处理的技术背景与技术原理
• 2.2.1 钢渣稳定化处理的技术背景
• 2.2.2 钢渣碳酸化反应的技术原理
• 第三章 钢渣f-CaO 碳酸化反应数值模拟研究
• 3.1 流态化原理与研究方法
• 3.1.1 流态化技术的特点
• 3.1.2 固体颗粒的流态化条件
• 3.1.3 床层压降与流体流速的关系
• 3.2 FLUENT 软件应用及模型的选择
• 3.2.1 CFD FLUENT 软件介绍及其应用
• 3.2.2 模型的选择
• 3.3 空间物理模型和数学模型的建立
• 3.3.1 空间物理模型的建立与网格划分
• 3.3.2 数学模型的建立
• 3.3.3 边界条件的设定
• 3.4 模拟方案的设定
• 第四章 数值模拟结果与分析
• 4.1 速度场、温度场、浓度场结果与分析
• 4.1.1 固相流场分布与速度分布
• 4.1.2 固相颗粒温度分布
• 4.1.3 固相体积分数云图与等值线图
• 2气体质量分数瞬时分布'>4.1.4 C0₂气体质量分数瞬时分布
• 4.1.5 碳酸钙质量分数瞬时分布
• 4.1.6 f-CaO 质量分数等值线图及瞬时分布
• 4.2 工艺参数对碳酸化反应的影响
• 4.2.1 改变颗粒粒度对反应速率的影响
• 4.2.2 改变环境温度对反应速率的影响
• 4.2.3 改变混合气体流速对反应速率的影响
• 4.3 碳酸化反应时间的综合对比
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢