Введение к работе
Актуальность работы. Современные тенденции государственной политики в области топливно-энергетического комплекса страны делают насущной необходимостью интенсификацию производства на основе научно-обоснованных предложений по соперпгенствованию технологий металлургических процессов и конструкций агрегатов для их реализации.
Черная металлургия - одна из базовых отраслей промышленности - во многом определяет темпы научно - технического прогресса страны. Рост производства черных металлов, обеспечивающий потребности машиностроения, строительства, транспорта и др., невозможен без снижения удельного расхода энергетических ресурсов, повышения производительности агрегатов, качества готовой продукции, долговечности и надежности оборудования. Очень важным в современных условиях является соответствие технологии конкретного процесса и агрегата для ее осуществления требованиям экологической безопасности данного производства.
Шахтные печи являются одним из наиболее массовых технологических агрегатов для тепловой обработки кусковых материалов, от эффективности работы которых существенно ивисят гехнико - экономические показатели других сопутствующих (или последующих) производств. В настоящее время шахтные печи являются основными производителями извести, выпуск которой в нашей стране до недавнего времени превышал 30 млн. т в год, причем 40 % этого количества приходилось на предприятия черной металлургии, іде свыше 80 % извести производилось в шахтных печах.
Цель работы. Разработка и внедрение рациональной технологии обжига известняка и конструкции шахтной пета для ее реализации, обеспечивающих производство извести высокого качества с соответствующими мировому уровню затратами энергоресурсов и уменьшение загрязнения окружающей среды за счет сокращения количества вредных выбросов.
Для достижения указанной цели необходимо решение следующих задач.
1.Путем экспериментальных исследований и теоретического анализа выявить кинетическое уравнение процесса термического разложения карбонатных материа-
лов. Определить кинетические параметры этого уравнения для известняков различных месторождений.
2,Разработать математическую модель процесса обжига известняка в шахтной печи, работающей на газовом топливе. Для адаптации модели к реальному агрегату выявить способ непрерывного (в темпе с процессом) определения температуры газа в пристенной области шахтной печи, характеризующийся высоким быстродействием, точностью и надежностью.
3 .Путем проведения вычислительного эксперимента установить основные связи между параметрами процесса обжига в шахтной печи и разработать новую технологию обжига, позволяющую получать продукт с «данными свойствами и отличающуюся высокими технике - экономическими показателями и экологичностью.
4.Разработать конструкцию шахтной печи для реализации новой технологии обжига карбонатного сырья. Выработать рекомендации по модернизации существующих шахтных печей и совершенствованию их тепловых и газодинамических режимов работы.
Научная новизна. Найдены кинетические характеристики известняков различных месторождений и установлены области применимости последних. Получены новые уравнения кинетики термического разложения карбонатных материалов, позволяющие определить степень завершения реакции в поле переменных температур и справедливые во всем диапазоне изменения степени диссоциации от 0 до 1. Разработаны одномерная и трехмерная математические модели процесса обжига карбонатов и методика их адаптации к реальному объекту, отличающаяся высокой надежностью, быстродействием и малой чувствительностью к ошибкам в задании исходных данных. Выявлены конструктивные и режимные параметры процесса, обеспечивающие равномерность газораспределения по высоте и сечению агрегата и получение высококачественной извести.
Практическая значимость исследования связана с разработкой новой технологии обжига печи для ее реализации карбонатных материалов и конструктивной схемы шахтной, которые используются Николаевским глиноземным заводом и
АО «Златоустовский металлургический завод» при строительстве новых шахтных печей для обжига известняка. Практическую ценность имеют также рекомен-
дации по обеспечению равномерности распределения потока газов и температур в объеме агрегата и методика определения температуры газов в пристенной области печи, которая может служить основой системы автоматического управления процессом.
Достоверность результатов работы обеспечивается комплексным использованием расчетных и экспериментальных методов исследования, а также математического моделирования процессов тепломассообмена и газодинамики и подтверждается сходимостью расчетных и экспериментально полученных значений параметров.
Апробация работы . Основные результаты диссертации докладывались и обсуждались на: Первой Российской национальной конференции по теплообмену (секция 3 "Теплообмен при химических превращениях " (Москва, 1994)); Российской межвузовской научно - технической конференции « Фундаментальные проблемы металлургию) (Екатеринбург, 1995) ; научно - технической конференции, посвященной 75-летию образования металлургического факультета Уральского государственного технического университета «Современные аспекты металлургии получения и обработки металлических материалов» (Екатеринбург, 1995).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа изложена на
134 страницах машинописного текста, состоит из введения, четырех глав, заключения и приложений, содержит 46 рисунков, 18 таблиц и список используемых источников из 142 наименований.