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作者：郑经学辽宁科技大学

学位级别：硕士

探索物质的化学反应本质对了解和控制化学反应过程,更好的将其应用到工业生产中具有重要的现实意义。固体反应的非等温动力学主要的研究目的是对固体反应的机理模型、活化能以及指前因子进行确定,通过动力学参数来定量描述固体反应过程... 详细信息

探索物质的化学反应本质对了解和控制化学反应过程,更好的将其应用到工业生产中具有重要的现实意义。固体反应的非等温动力学主要的研究目的是对固体反应的机理模型、活化能以及指前因子进行确定,通过动力学参数来定量描述固体反应过程,从而为固体的反应性和确定生产工艺等方面提供科学依据。碳酸钙热分解反应作为典型的固体反应,在冶金工业中起着调控碱度的重要作用,其热分解反应动力学过程一直以来也是广泛关注和研究的课题。虽然碳酸钙分解的化学反应计量式显示碳酸钙的分解过程只有一个步骤,但是碳酸钙热分解过程涉及固体产物的随机成核和随后的生长、界面反应、气体产物的扩散以及传热等多个环节。就碳酸钙的热分解反应本质来说,其热分解反应属于复杂的固体反应。本文通过设计不同的实验变量对碳酸钙的热分解反应动力学进行了研究,得到以下几点结论:（1）升温速率增加、样品的粒度尺寸变大以及杂质含量增加均会使碳酸钙热分解反应的起始温度和结束温度升高,同时反应的温度区间也会变大。（2）对比不同升温速率、不同杂质含量、不同碳酸钙粒度的热分解反应动力学数据发现,碳酸钙的颗粒尺寸的变化对分解反应过程影响最大。（3）碳酸钙热分解过程中产生的孔隙结构对分解动力学产生的影响不能忽略。（4）利用动力学模型优化理论对随机孔模型进行优化,得出了能够更好的预测碳酸钙热分解过程的P-GDC（Pore-Growth-Diffusion-Contracting）动力学模型,其数学形式为:

关键词：碳酸钙 P-GDC动力学模型非等温动力学热分解孔隙

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焦炭-CO2气化的等温与非等温动力学研究

焦炭-CO2气化的等温与非等温动力学研究

作者：董启超辽宁科技大学

学位级别：硕士

高炉的能源消耗大约占钢铁工业的70%,确立高炉的低焦比操作技术非常重要。本文将提出一个新的指标预测低焦比。冶金反应动力学主要研究冶金过程的反应快慢和反应机理。因此,通过使用阿伦尼乌斯参数和反应模型来描述反应过程。将f(x)or G... 详细信息

高炉的能源消耗大约占钢铁工业的70%,确立高炉的低焦比操作技术非常重要。本文将提出一个新的指标预测低焦比。冶金反应动力学主要研究冶金过程的反应快慢和反应机理。因此,通过使用阿伦尼乌斯参数和反应模型来描述反应过程。将f(x)or G(x),Ea和lnA称为动力学三因素。采用的传统方式是将实验过程得到的实验数据拟合到反应模型中,进而得到动力学参数和反应机理。由于反应模型f(x)or G(x)的变化间接导致了Ea和lnA的变化,造成了实验结果的不确定性。因此提出不受模型依赖的方法,即等转化率方法。本课题先使用综合热分析仪,进行了粉状焦在CO气氛中的升温/等温气化反应实验,分别应用反应模型方法和等转化率方法对实验结果进行动力学解析,并分析其反应机理;后使用测量焦炭反应性装置,进行了块状焦在CO气氛中的等温气化反应实验,并简单分析反应过程。最终得出以下结论:1.焦炭在升温条件下发生气化反应时:同一反应程度下,升温速率越高,反应的温度越高;升温速率越高,结束达到的温度越高;同一温度下,升温速率越高,气化反应速率越高;升温速率越高,气化反应速率达到最大值所对应的温度越高。2.焦炭在恒温条件下发生气化反应时:反应达到一定程度所需的时间随着温度的升高而减少,即随着温度的升高,气化反应完成所需的时间减少;气化反应速率最大值随着反应温度的升高而增加。3.在相同反应条件下,忽略孔隙扩散的影响,由反应模型计算得到的活化能和由等转化率方法得到的活化能值相比较,发现结果相近。4.焦炭气化反应机理始终为界面反应为主,孔隙扩散为辅。5.块状焦的整体气化反应过程中,反应速率大体上呈现先增加后降低的趋势。6.将块状焦看作成多个扩散层的组合,每一个扩散层由等质量的焦粉构成,延续第六章节的粉状焦气化反应实验结果可得,每一个扩散层发生气化反应时,速率均呈现先增加后降低的趋势,即每一组块状焦气化反应实验结果图均由多条粉状焦气化反应速率随时间变化曲线组成。

关键词：焦炭气化反应动力学反应模型等转化率等温非等温

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双压烧结余热回收系统的设计及工程研究

双压烧结余热回收系统的设计及工程研究

作者：李宝东辽宁科技大学

学位级别：硕士

在烧结工序总能耗中,有近50%的热能以烧结机烟气和冷却机废气的显热形式排入大气,既浪费了热能又污染了环境。由于烧结废气的温度不高,以往人们对这部分热能的回收利用重视不够。但实际上大有文章可做,因为烧结废气不仅数量大,而且可供... 详细信息

在烧结工序总能耗中,有近50%的热能以烧结机烟气和冷却机废气的显热形式排入大气,既浪费了热能又污染了环境。由于烧结废气的温度不高,以往人们对这部分热能的回收利用重视不够。但实际上大有文章可做,因为烧结废气不仅数量大,而且可供回收的热量也很大。本文主要以烧结余热回收环节为研究对象,分析国内外各种回收工艺的区别,总结一套适合国内烧结工序（包括烧结机、冷却机）的余热回收工艺。其中烧结机主抽烟道中采用热管技术;环冷机采用热风回热技术提高热源品质;采用翅片管束作为换热面提高换热系数降低设备重量;采用双压锅炉降低排烟温度提高回收效率。文中介绍了余热回收的工艺流程、锅炉的布置形式、内部结构特点,推导出换热及热风阻力的计算方法。通过在福建三钢200m~2烧结机余热发电工程中采用上述余热回收技术,对应用效果进行检验。经过几个月的调试、运行,采集到大量数据。通过工程应用实践证明烧结机主抽烟道中热管换热器、环冷机热风回热双压锅炉能够在不影响烧结工艺的前提下,将烧结余热充分的回收。效果十分理想,具有很高的推广价值。但就其本身的结构型式还有不完善之处,还需要不断的改进。

关键词：烧结余热回收技术翅片管热管

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城市生活垃圾热解和燃烧的综合热分析研究

城市生活垃圾热解和燃烧的综合热分析研究

作者：刘晓青辽宁科技大学

学位级别：硕士

通过比较国内外常用的城市生活垃圾处理方法，指出垃圾热解和焚烧技术具有减量化、无害化、资源化的特点。为了对垃圾焚烧炉的设计和运行提供依据，需进行垃圾热解和燃烧特性的基础研究，采用综合热分析仪—质谱仪联用技术对7种典型的... 详细信息

通过比较国内外常用的城市生活垃圾处理方法，指出垃圾热解和焚烧技术具有减量化、无害化、资源化的特点。为了对垃圾焚烧炉的设计和运行提供依据，需进行垃圾热解和燃烧特性的基础研究，采用综合热分析仪—质谱仪联用技术对7种典型的城市生活垃圾进行了热解、燃烧及其气体产物特性的实验研究。结果得出： (1)垃圾热解时得到特性参数：开始快速失重温度、失重峰值、慢速失重温度、不同温度下垃圾热解的失重百分数等。通过Freman-Carroll法计算了垃圾热解过程动力学参数，得出了垃圾热解过程H、CH、CH、HO、CH、CO、CH、CO、CH等气体的逸出规律。 (2)垃圾燃烧过程可以分为两个阶段，即挥发份析出燃烧和固定可燃成分的燃烧，得出了着火温度、燃尽温度和燃尽时间，计算了垃圾燃烧过程动力学参数。 (3)提出一种确定着火温度的方法：利用热分析仪与质谱仪联用，依据温度曲线上发生小峰形突变与质谱仪检测得到的CO特征峰曲线上出现对应峰形来判断着火温度。

关键词：城市生活垃圾热重分析热解特性燃烧特性动力学

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铁酸镁生成过程的热分析研究

铁酸镁生成过程的热分析研究

作者：申宁辽宁科技大学

学位级别：硕士

在冶金原料制备和无机非金属材料制备使用过程中，常常涉及铁酸镁的生成过程。本文以轻烧镁和铁粉、轻烧镁和铁精矿粉、轻烧镁和分析纯FeO为原料，用热分析法、并结合XRD、岩相分析、扫描电镜对铁酸镁生成过程和动力学进行了研究。研究... 详细信息

在冶金原料制备和无机非金属材料制备使用过程中，常常涉及铁酸镁的生成过程。本文以轻烧镁和铁粉、轻烧镁和铁精矿粉、轻烧镁和分析纯FeO为原料，用热分析法、并结合XRD、岩相分析、扫描电镜对铁酸镁生成过程和动力学进行了研究。研究结果得出： 1．铁粉和轻烧镁、铁精矿粉和轻烧镁、分析纯FeO和轻烧镁三种试样的DSC曲线呈现铁酸镁生成峰。 2．铁粉和轻烧镁试样在900K～1250K区间TG和DSC转化率不一致，证明了在此温度范围内有铁酸镁的生成，在此温度段内XRD和岩相分析也证明铁酸镁的存在。 3。利用FeO和轻烧镁试样的DSC数据，用Achar-Brindley-Sharp-Wendworth方法建立了铁酸镁生成动力学方程为(dα)/(dT)=βκ(1-α)，表明铁酸镁生成满足成核与长大机理。 ***研究表明，铁精矿粉和轻烧镁试样在1173K时铁酸镁开始生成，随着温度的升高，铁酸镁生成的量增加，在1523K生成的铁酸镁达到最大量，在1723K时，有部分的铁酸镁分解。根据1173K～1523K温度范围内焙烧试样的XRD数据，求出了铁酸镁生成活化能为58KJ/mol。

关键词：铁酸镁 TG DSC 动力学机理函数

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板坯连铸动态拉坯过程凝固传热数学模型研究

板坯连铸动态拉坯过程凝固传热数学模型研究

作者：刘忠锁辽宁科技大学

学位级别：硕士

铸坯凝固过程中不稳定的温度分布对连铸坯内部质量有很大的影响。因此,必须积极寻求解决这一问题的方法。根据凝固传热理论,对板坯连铸动态拉坯过程中凝固传热进行研究,通过选择合适的拉速、比水量、过热度等工艺参数得到均匀稳定的温... 详细信息

铸坯凝固过程中不稳定的温度分布对连铸坯内部质量有很大的影响。因此,必须积极寻求解决这一问题的方法。根据凝固传热理论,对板坯连铸动态拉坯过程中凝固传热进行研究,通过选择合适的拉速、比水量、过热度等工艺参数得到均匀稳定的温度分布,从而可以有效地改善铸坯内部质量。本文在对板坯连铸机进行深入研究的基础之上,建立了较为全面的板坯连铸动态拉坯过程凝固传热数学模型,以铸坯表面实际热流密度为边界条件,采用TDMA算法对该数学模型进行数值求解,并利用当今流行的面向对象开发工具Visual C++6.0开发了该模型仿真软件。软件界面设计以可用性、灵活性及可靠性为设计原则。在仿真软件中将整个铸坯分成了众多单元并进行位置和时间的追踪,因此能够对板坯连铸动态拉坯过程进行铸坯温度分布和凝固进程预报。本文应用仿真软件和实验数据对鞍钢第一炼钢厂厚板坯连铸机进行了仿真计算,分析了拉速、比水量以及过热度等工艺参数对铸坯凝固传热特征的影响,得出在一定的二冷制度下,提高拉速、升高过热度或减小比水量将会不同程度地减薄铸坯出结晶器坯壳厚度、增长液相穴深度,但拉速的影响表现得更为明显;进而得出在鞍钢第一炼钢厂厚板坯连铸机条件下,铸坯出结晶器坯壳厚度是最大拉速的约束条件。本文将对提高铸机的铸坯内部质量和生产能力提供较大的理论指导意义和实用价值。

关键词：板坯连铸动态拉坯凝固传热数学模型

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旋风分离器结构优化的实验与数值模拟研究

旋风分离器结构优化的实验与数值模拟研究

作者：张佳辽宁科技大学

学位级别：硕士

旋风分离器是一种利用气固两相流体的旋转运动，使固体颗粒在离心力的作用下从气流中分离出来的设备。为了提高旋风分离器的除尘效率，采用RSM湍流模型和相间耦合的随机轨道模型，模拟计算了不同排气管插入深度对旋风分离器内气相流场... 详细信息

旋风分离器是一种利用气固两相流体的旋转运动，使固体颗粒在离心力的作用下从气流中分离出来的设备。为了提高旋风分离器的除尘效率，采用RSM湍流模型和相间耦合的随机轨道模型，模拟计算了不同排气管插入深度对旋风分离器内气相流场和除尘器中颗粒运行轨迹的影响。并根据数值模拟结果，以煤粉和铁尾矿混合物作为灰尘进行了调整旋风分离器进气管插入深度的除尘试验，以验证数值模拟的有效性。本文数值模拟以高质量的网格为前提，采用基于各向异性的湍流模型（RSM）, QUICK差分格式和PRESTO压力插补格式,模拟结果表明：旋风分离器内主流是双层旋流，以零轴速包络面为界，外部是向下旋转的外旋流，中心是向上旋转的内旋流，且它们的旋转方向是相同的。旋风分离器的颗粒运动非常复杂，且带有很大的随机性。尤其是小直径颗粒，即使颗粒直径相同、初始位置相同，它们的运动轨迹也可能不同。实验在几何和运动相似的条件下进行。以模数为1:1的旋风分离器高铬铸铁为实验模型，进行了调节排气管插入深度，风压，粉尘真密度的优化实验，实验结果表明：根据经验设计的旋风分离器排气管插入160mm,除尘效率85%。在相同条件下，排气管插入390mm时，可以在气流作用下提高颗粒物与筒锥体壁相撞的概率，除尘效率提高8%左右。利用数值模拟得到的旋风分离器的总除尘效率和实验得到的总除尘效率之间的误差比较小，在可以接受的范围之内。说明本文选取的数值模拟技术适合模拟传统及改进后的旋风分离器内的气固两相流运动。为旋风分离器的结构优化奠定了理论基础。

关键词：旋风分离器气固两相流数值模拟除尘效率

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高炉焦炭基质性质与综合热性质相关性研究

高炉焦炭基质性质与综合热性质相关性研究

作者：郭春雷辽宁科技大学

学位级别：硕士

随着高炉向大型化发展,高炉冶炼对焦炭的质量要求越来越高,焦炭质量的影响因素中包括基质性质,因此,从基质角度出发,科学合理的认识焦炭抗溶损劣化能力尤为重要。本文首先采用国标检测方法测定焦炭反应性(CRI)、反应后强度(CSR)和新的... 详细信息

随着高炉向大型化发展,高炉冶炼对焦炭的质量要求越来越高,焦炭质量的影响因素中包括基质性质,因此,从基质角度出发,科学合理的认识焦炭抗溶损劣化能力尤为重要。本文首先采用国标检测方法测定焦炭反应性(CRI)、反应后强度(CSR)和新的综合热性质检测方法测定焦炭溶损速率(CRR)、等溶损率后强度(CSR),对比分析两种方法的检测结果;然后,分别研究焦炭的基质反应性、灰成分催化作用和微晶结构,建立焦炭基质性质与综合热性质的相关性,为充分认识焦炭溶损劣化机理提供理论依据。主要结论如下:(1)在对比分析中,发现Coke A的CSR(67.20%)大于Coke B(62.10%),说明Coke A的抗溶损劣化能力更强。但随温度升高(1100→1300℃),Coke A的CSR波动较大(66.49→62.04→67.62%),而Coke B变化趋势平缓(66.62→63.91→65.10%),且在1250℃前Coke B的CSR高于Coke A。可见,CSR-T作为CSR的辅助指标,更好的识别了焦炭抗溶损劣化能力随温度的变化规律。(2)在基质反应性与综合热性质的相关性分析中,发现Coke A和Coke B的CSR随着碳质溶损速率(CMRR)的增加均呈现先减小后增大的抛物线型趋势,相关性良好,R分别为0.96、0.87。同时,通过修正的随机孔模型(MRPM)求得Coke A与Coke B的活化能分别为114.4 k J/mol、112.1 k J/mol,说明Coke B的基质反应性高于Coke A,更容易发生溶损反应。(3)在灰成分催化作用与综合热性质的相关性分析中,发现Coke A和Coke B的催化指数(MCI)与CSR呈现一定相关性,MCI越大,对溶损反应的催化作用越强,对焦炭强度的破坏则越强,CSR就越小,这一规律主要体现在1200～1300℃温度区间内,如在1250℃时,Coke A的MCI远大于Coke B,Coke A的CSR就明显小于Coke B。(4)在微晶结构与综合热性质的相关性分析中,发现微晶高度(L)、层片间距(d)是CSR的主要影响因素,Coke A和Coke B的L、d的增大,使微晶结构变疏松,促进了焦炭气化反应的进行,加快了反应速率,进而降低了焦炭的等溶损率后强度。(5)从基质角度整体看,对两种焦炭CSR影响强弱的排序依次为基质反应性、灰成分催化作用、微晶结构。

关键词：焦炭综合热性质基质反应性灰成分催化作用微晶结构

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高炉热状态预报模型的研究与应用

高炉热状态预报模型的研究与应用

作者：杜续恩辽宁科技大学

学位级别：硕士

高炉热状态是高炉冶炼过程最基本的表征,热状态预报模型是高炉实现智能控制基础内容之一。本文简要阐述了国内外高炉有关各类控制模型状况,在我国鞍钢大型高炉的计算机信息化系统基础之上,结合高炉专家知识,采用递推的神经元网络与时差... 详细信息

高炉热状态是高炉冶炼过程最基本的表征,热状态预报模型是高炉实现智能控制基础内容之一。本文简要阐述了国内外高炉有关各类控制模型状况,在我国鞍钢大型高炉的计算机信息化系统基础之上,结合高炉专家知识,采用递推的神经元网络与时差方法相结合的预报模型,开发了高炉风口理论燃烧温度的即时算法,用于预报高炉的热状态及其变化的趋势。在鞍钢高炉实际使用证明,热状态预报模型既能够比较准确地预报铁水含硅量,又能够即时算出理论燃烧温度,可以方便地求出高炉生产日常调剂参数的调节量,生产现场使用极为方便。

关键词：高炉热状态模型铁水含硅量风口理论燃烧温度

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钛精矿烧结制粒预处理新技术的研究

钛精矿烧结制粒预处理新技术的研究

作者：秦万乐辽宁科技大学

学位级别：硕士

我国四川攀西地区蕴藏着丰富的钛资源,已探明储量约8.7亿t(以TiO计),占全国的90.54%,属于岩矿型钛铁矿资源。为了充分利用攀西地区的钛精矿,实现钛精矿提铁并获得高品味富钛料,采用生产规模大、效率高的电炉熔炼法是个主要技术途径。但... 详细信息

我国四川攀西地区蕴藏着丰富的钛资源,已探明储量约8.7亿t(以TiO计),占全国的90.54%,属于岩矿型钛铁矿资源。为了充分利用攀西地区的钛精矿,实现钛精矿提铁并获得高品味富钛料,采用生产规模大、效率高的电炉熔炼法是个主要技术途径。但是,攀西地区的电炉为敞口式电炉,且钛精矿粒度较小,硫含量偏高,当钛精矿直接入炉时,将导致工艺顺行差、生铁含硫量高,降低了冶炼效率。因此,本课题开展钛精矿烧结制粒预处理新技术的研究,为提高钛精矿的冶炼效率和指导实际生产提供指导。本文以攀西地区钛精矿为研究对象,设计了16组正交实验方案,通过烧结预实验获得了钛精矿烧结的最佳配矿;为了进一步改善烧结矿质量、提高烧结生产效率和降低能耗,通过调整返矿粒度、返矿粒度比例和焦粉添加方式进行钛精矿烧结的优化实验,得到了最优实验条件;最后利用XRD和扫描电镜对烧结矿矿相结构进行分析,研究钛精矿烧结矿的固结机理。取得以下结论:(1)钛精矿成球性能不好,烧结过程的技术指标差,成品率(大于5 mm)的最佳配矿是黏结剂含量为1.2%,焦粉含量为6%,返矿含量为35%;脱硫率的最佳配矿是黏结剂含量为1.05%,焦粉含量为5.1%,返矿含量为25%;基于多因素试验的综合加权评分法分析,钛精矿烧结矿的最佳配矿为黏结剂1.05%,焦粉5.1%,返矿35%。对烧结矿指标影响从大到小依次为:黏结剂,返矿,最小为焦粉。(2)采用A9、A10和A11的实验条件,可以实现TiO品位在45%以上,成品率(大于1 mm)和脱硫率均在85%以上;在成品矿破碎至15 mm以下的条件下,A9、A10和A11三组实验的成品矿平均成品率为82.95%,但根据粉料循环利用计算,A9和A11两组实验条件下破碎后产生的粉料大于加入的粉料量,无法满足粉料循环利用,A10实验条件下(返矿为30%,其中1～5 mm粒度占40%,小于1 mm粒度占60%),其粉料产生量与加入量达到平衡。综上,钛精矿烧结的最优实验条件为A10。(3)钛精烧结矿中主要矿相结构为假板钛矿相(FeTiO)、钛铁矿相(FeTiO)和渣相,在烧结过程中假板钛矿相和钛铁矿相两相主要以固相形式存在,渣相转变为液相,进入至假板钛矿相(FeTiO)和钛铁矿相(FeTiO)两相的缝隙中,起着黏结剂的作用;钛铁矿矿物结构致密,有利于提高钛精烧结矿强度,假板钛矿矿物结构松散,不利于改善钛精烧结矿强度;提高烧结温度和Fe O含量是改善钛精烧结矿固结强度的两个重要因素。

关键词：钛精矿烧结正交试验矿相结构固结机理