【摘 要】
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钢渣的资源化利用可以有效缓解原生资源消耗、固废占地和碳排放等问题,对我国钢铁行业的可持续发展具有重要意义。基于产品附加值高、可回收余热等特点,风淬粒化是一种具有显著经济效益和良好应用前景的钢渣处理方式。本文针对液态钢渣风淬粒化过程中凝固换热及飞行动力学开展研究,揭示风淬钢渣冷却过程中的温度变化和微观结构变化规律,明确液态钢渣在风淬粒化过程中流动换热的影响因素及机理、凝固过程中液固相的演变规律以及控
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钢渣的资源化利用可以有效缓解原生资源消耗、固废占地和碳排放等问题,对我国钢铁行业的可持续发展具有重要意义。基于产品附加值高、可回收余热等特点,风淬粒化是一种具有显著经济效益和良好应用前景的钢渣处理方式。本文针对液态钢渣风淬粒化过程中凝固换热及飞行动力学开展研究,揭示风淬钢渣冷却过程中的温度变化和微观结构变化规律,明确液态钢渣在风淬粒化过程中流动换热的影响因素及机理、凝固过程中液固相的演变规律以及控制参数对钢渣熔滴飞行轨迹的影响,为高附加值钢渣产品制备和钢渣余热高效回收提供理论参考。采用Fact Sage结合TG-DSC研究了钢渣比热容随温度的变化规律与相变潜热,建立了液态渣滴飞行冷却过程的数学模型。研究结果表明:风淬钢渣冷却后的主要物相为Ca2Si O4和Ca2Fe2O5。冷却过程中,物相变化是导致比热容变化的主要原因,其中Ca2Fe2O5的析出对比热容影响尤为突出。不同冷却方式下,冷却速率均受钢渣比热容变化影响。以60 K/s冷却速率降温时,钢渣出现明显的形核与再辉现象。采用模拟仿真研究了钢渣熔滴在风淬粒化过程中的凝固换热规律。研究结果表明:风淬冷却过程中,气流速度为1 m/s时,冷却4.45 s后达到粒径为2 mm的钢渣颗粒的径向和纵向最高温差164 K和117 K。气流速度为300 m/s时,冷却0.53s后达到钢渣颗粒的径向和纵向最高温差,分别为828.9 K和805.4 K。凝固开始至结束分别耗时0.55 s和3.10 s。通过模拟仿真研究了液态钢渣风淬粒化过程中的飞行动力学。研究结果表明:风淬过程中,气体射流喷射距离与钢渣颗粒的分散程度随着喷吹空气初速度vo的增大逐渐增加。vo由350 m/s增加到650 m/s时,气流径向射程由为2.5 m左右增加至5 m左右,但渣粒最终落地集中区域的径向距离趋于先增加后减小。vo由350m/s增加至400 m/s时,钢渣颗粒落地的集中区域分布由6-9 m增加至7-10 m。vo增加至650 m/s时,钢渣颗粒落地的集中区域分布在5-8 m。喷射气流初速度的增加导致高温阶段的钢渣分布越集中。vo由350 m/s增加到650 m/s时,高温段的钢渣径向分布距离由5 m以内降低至1 m以内。
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