МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ПРОЦЕССА ОБЖИГА РУДОУГОЛЬНЫХ ОКАТЫШЕЙ НА КОНВЕЙЕРНОЙ МАШИНЕ

Выполнена разработка математических моделей процесса обжига рудоугольных окатышей на конвейерной машине. Структура рудо угольных окатышей представляет собой сферу, состоящую из равномерно распределенных гранул руды, известняка и топлива, радиусы которых задаются исходя из возможностей мельничного оборудования. Рассмотрены вопросы теплообмена между газом и материалом в поперечно продуваемом плотном слое, дано описание явлений сушки и охлаждения материалов, в том числе и водовоздушной смесью, процессов окисления рудных составляющих окатышей, диссоциации известняка и горения топливных составляющих материала. В связи с недостаточной изученностью многих сопутствующих явлений широко используются эмпирические и полуэмпирические зависимости. Приведены уравнения инженерных математических моделей восстановления оксидов железа и горения топливных гранул, нагрева колосниковой решетки (тележек) машины и т.д. При расчете развития физико-химических превращений в объеме окатыша принималось, что любая химическая реакция с поверхности гранул того или иного компонента протекает по всей внутренней и внешней поверхности окатыша, причем потенциал процесса (разность концентраций газообразного реагента) является функцией радиуса окатыша, константы скорости реакции и коэффициента диффузии реагента в микропорах окатыша. В то же время реагирование в индивидуальной грануле имеет фронтальный характер, и степень завершения процесса может быть выражена через радиусы непрореагировавших объемов гранул. Из всего множества физико-химических явлений, сопровождающих процесс обжига рудоугольных окатышей, данная математическая модель непосредственно учитывает лишь основные, которые находят отражение в материальном балансе и могут быть проверены экспериментально. Конечноразностная аппроксимация уравнений математической модели совместно с выражениями для расчета теплофизических характеристик теплоносителей, коэффициентов тепломассообмена, термохимических и кинетических констант и т.д. составили основу численной модели конвейерной обжиговой машины, производящей металлизованные окатыши. Реализация этой модели в частном случае и представлена ниже.

1. Тепло- и массообмен в плотном слое / Б.И. Китаев, В.Н. Тимофеев, Б.А. Боковиков и др. - М.: Металлургия, 1972. – 432 с.

2. Охлаждение агломерата и окатышей / Н.М. Бабушкин, С.Г. Братчиков, Г.Н. Намятов и др. - М.: Металлургия, 1975. – 208 с.

3. Теплотехника доменного процесса / Б.И. Китаев, Ю.Г. Ярошенко, Е.Л. Суханов и др. - М.: Металлургия, 1978. – 248 с.

4. Серрин Дж. Математические основы классической механики жидкости. – М.: ИЛ, 1963. – 256 с.

5. Слеттери Дж. С. Теория переноса импульса, энергии и массы в сплошных средах / Пер. с англ. – М.: Энергия, 1978. – 448 с.

6. Ergan S. Fluid Flow through Packed Columns // Chem. Eng. Prog. 1957. Vol. 48. P. 89 – 94.

7. Лыков А.В. Теория сушки. - М.: Энергия, 1968. – 471 с.

8. Франк-Каменецкий Д.А. Диффузия и теплопередача в химической кинетике. – М.: Наука, 1987. – 492 с.

9. Тимофеев В.Н., Боковиков Б.А., Бабушкин Н.М. Математическое описание явлений тепло- и массообмена в доменной печи. – В кн.: Теплотехника доменного и агломерационного процессов. Сб. науч. трудов ВНИИМТ № 14. – М.: Металлургия, 1966. С. 5 – 37.

10. Боковиков Б.А. Методы расчета слоевых процессов и агрегатов для металлизации и их развитие. – В кн.: Физикохимия прямого получения железа. – М.: Наука, 1977. С. 84 – 87.

11. Анализ шахтного восстановительного процесса с помощью математической модели // Б.А. Боковиков, В.Ю. Поволоцкий, А.И. Гиммельфарб, А.М. Неменов / Прямое получение железа и порошковая металлургия: Тематич. отрасл. сб. № 1. – М.: Металлургия, 1974. С. 107 – 113.

12. Есин О.А., Гельд П.В. Физическая химия пирометаллургических процессов; изд. 2-е, ч. 1. – Свердловск: Металлургиздат, 1962. – 671 с.

13. Ростовцев С.Т. Теория металлургических процессов. – М.: Ме-таллургиздат, 1956. – 514 с.

14. Szekely J., Evans J.W., Sohn H.Y. Solid – Gas Reactions. – N.Y.: Academic Ptess, 1976. – 400 p.

15. Yagi I., Szekely J. Mathematical formulation on iron oxide pellets in muving beds with nonuniform gas and solids fl ow //Trans. Iron and Steel Inst. Japan. 1977. No. 10. Р. 569 – 575.

16. Funghini A., Fontana P., Marchi G. De. In: The operation of the blast furnace: theory and practice. – Arles: 1980, Vol. 2, p. B. 2.1 – B. 2.6.

17. Takahashi Y., Takahashi R. In: Proc. VIII Joint Japan – USSR Symposium on Physical Chemistry of Metallurgical Processes. – Tokyo, 1981. Р. 78 – 92.

18. Богданди Л., Энгель Г.Ю. Восстановление железных руд. – М.: Металлургия, 1971. – 520 с.

19. Патанкар С. Численные методы решения задач теплообмена и динамики жидкости. – М.: Энергоатомиздат, 1984. – 152 с.

20. Математическое моделирование металлургических процессов в АСУ ТП / Н.А. Спирин, В.В. Лавров, В.Ю. Рыболовлев; под ред. Н.А. Спирина. – Екатеринбург: ООО «УИПЦ», 2014. – 558 с.