مدلسازی عددی کوره بلند و پارامترهای موثر بر عملکرد آن

در این پایان نامه با توجه به اهمیت مدلسازی ریاضی در شناخت و بهینه کردن فرآیند های رخ داده درون کوره بلند به مدلسازی ریاضی احیا سنگ آهن درون ناحیه احیا کوره بلند پرداخته می شود. در این مدلسازی کوره بلند به عنوان یک راکتور بستر پر شده متحرک جریان مخالف در حالت پایدار در نظر گرفته می شود. با توجه به پیچیدگی معادلات حاکم ابتدا مدل یک بعدی و در ادامه مدل دو بعدی مورد بررسی قرار می گیرد. در مدلسازی دو بعدی هندسه کوره به صورت متقارن محوری در نظر گرفته شده است و معادلات بقای جرم و مومنتوم و انرژی و بقای گونه-های شیمیایی برای دو فاز گاز و جامد موجود در کوره استخراج شده است. معادله مومنتوم در محیط متخلخل به صورت تعمیم یافته معادله ناویر- استوکس همراه با ترم های دارسی، فورچهایمر در نظر گرفته شده است. برای شبیه سازی فرآیند احیا در مقیاس گندله از یک مدل سه فصل مشترکی با هسته واکنش نداده که به صورت همزمان هماتیت به ماگنتیت و ماگنتیت به وستیت و وستیت به آهن تبدیل می شود استفاده گردید. برای حل همزمان سرعت و فشار جریان گاز از روش تابع جریان استفاده می گردد. همچنین معادلات حاکم به روش حجم محدود بر روی شبکه همجا گسسته سازی شده است. نتایج بدست آمده با نتایج موجود در ادبیات کار مورد ارزیابی قرار گرفت و مشخص شد که مدل از دقت کافی در پیش بینی رفتار کوره برخوردار می باشد. نتایج توزیع متغیر های مختلف مانند دمای گاز و جامد، فشار گاز، کسر مولی گاز ها و کسر احیا را درون کوره بلند نشان می دهد. نتایج نشان می دهد با افزایش فشار گاز در خروجی نرخ تولید آهن مذاب افزایش می یابد همچنین نرخ مصرف کک کاهش می یابد. همچنین با کاهش قطر گندله شارژ شده به کوره نرخ تولید آهن مذاب افزایش می یابد و همچنین نرخ مصرف کک کاهش می یابد.