Введение к работе
Актуальность работы. В настоящее время ощущается дефицит качественного, традиционно используемого для производства графитирован-ных изделий углеродистого сырья - коксов различного вида. Задача расширения сырьевой базы электродной промышленности может быть решена путем использования более дешевого и распространенного углеродистого сырья - антрацита. Однако для достижения требуемых качественных показателей продукции при использовании антрацита необходима более высокая температура прокалки, чем при использовании коксов.
Электродная отрасль цветной металлургии сейчас выпускает более 30 видов графитированных электродов и анодов различных размеров, около 20 видов угольных электродов и футеровочных блоков, до 10 разновидностей углеродистых масс и паст и более 80 видов конструкционных углеродистых материалов, потребность в которых постоянно растет.
Дальнейшая интенсификация производства, связанная с увеличением выпуска продукции, уменьшения безвозвратных потерь и улучшением качества, возможна только на основе оптимизации производственных процессов, совершенствования технологии и конструкции основных технологических агрегатов.
Одной из основных технологических операций в производстве электродной продукции является процесс прокалки углеродистого сырья при высокой температуре. Качественные характеристики прокаленного материала оказывают определяющее влияние на качество готовой продукции. Для проведения процесса прокалки в настоящее время наиболее широко используются вращающиеся печи и электрокальцинаторы.
Расширение объема использования антрацита для производства электродных изделий в промышленном масштабе предусматривает разработку новых эффективных технологий прокалки и их аппаратурного оформления. Поэтому исследование и оптимизация процесса прокалки углеродистого сырья (в частности антрацита) является актуальной научно-технической проблемой.
Основной целью работы является разработка наушо обоснованных методик исследования и расчета процесса прокалки уі леродистого сырья для выбора оптимальной технологии его переработки с наилучшими техни-
4 ко-экономическнми показателями. Поставленная цель достигается путеї решения следующих задач:
разработка математической модели физико-химических и тепле вых процессов прокалки в трубчатой вращающейся печи и ее идентификт ция по данным исследования промышленных печей;
имитационное моделирование, исследование и оптимизация прс цесса прокалки в трубчатой вращающейся печи;
исследование и поиск оптимальных условий проведения процесс прокалки углеродистого сырья в технологическом комплексе «трубчата вращающаяся печь - электрокалышнатор».
Методы исследования. Обобщение теоретических и практически положений в технологии прокалки углеродистого сырья и их критически анализ. Теоретическое исследование тепловых и физико-химических прс цессов прокалки с разработкой математической модели. Методы теори идентификации на основе экспериментальных данных и имитационное мс делирование процесса прокалки с применением ЭВМ. Методы теории ог тимизации технологических процессов.
Научная новизна работы заключается в следующем:
разработана математическая модель физико-химических и тепле вых процессов для вращающейся печи, описывающая кинетику процессо по длине печи с учетом горения топлива, материала и выделяющихся из fit го летучих веществ;
получены в интегральной форме выражения для расчета угловы коэффициентов излучения с торцовой поверхности печи на газ, футеровку материал всех ее участков;
составлен алгоритм расчета угловых коэффициентов излучени всех зон теплообмена, при разбиении трубчатой вращающейся печи по е длине на любое количество участков;
на основе зонального метода расчета теплообмена получена систс ма уравнений теплового баланса, учитывающих кроме горения топлие процессы горения материала и летучих веществ;
разработана математическая модель, включающая уравнения те: ломассообмена и формирования качества продукта, которая позволяет раї считать величины материальных и тепловых потоков, распределение те.\
5 ператур газового потока, материала и футеровки, оценить качественные и количественные показатели процесса;
- разработана методика определения оптимальных условий проведе
ння прокалки в трубчатой вращающейся печи и комплексе «трубчатая вра
щающаяся печь - электрокальцинатор» для трубчатых печей различных
размеров при варьировании производительности печи, расхода, состава, ви
дов и условий сжигания топлива и других параметров.
Практическая значимость работы состоит:
- в том, что процесс прокалки аіпрацита в новом технологическом
комплексе позволяет добиться существенного экономического эффекта за
счет минимизации угара углеродистого сырья, снижения суммарных энер
гетических затрат и повышения производительности;
в применимости разработанной математической модели для проектирования и исследования широкого класса технологических процессов проводимых в трубчатых вращающихся печах;
в возможности применения материалов диссертационной работы при проектировании и внедрении процесса прокалки углеродистого сырья в промышленных условиях на Богословском алюминиевом заводе и Новосибирском электродном заводе, что обеспечит получение экономического эффекта ориентировочно 350-400 тыс. руб. в год на одном агрегате;
- в использовании полученных результатов в учебном процессе.
Апробация работы. Положения диссертационной работы доложены
автором и обсуждены на научно-технических конференциях СКГТУ (г. Владикавказ) в 1997-1999 г.г.
Публикации. Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 5-й печатных работах.
Структура и объем работы.. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 122 наименований, 28 рисунков, 12 таблиц и 7 приложений. Основная часть работы изложена на 110 стр. текста, выполненного с применением печатающих и графических устройств вывода ЭВМ.