Fysieke en numerieke modellering van de meerfasenstroming in een hot stage proces voor slakkenbehandeling

Staalfabricage van basiszuurstofoven (BOF) is een van de belangrijkste staalproductieprocessen, waarbij slak wordt geproduceerd als een bijproduct. Naar verluidt wordt jaarlijks ongeveer 10 miljoen ton BOF-slakken geproduceerd in Europa. Deze BOF-slak wordt conventioneel afgedankt door storten / storten, wat leidt tot landbezetting, milieu-impact en verspilling van materiaal. Om dit te voorkomen zijn veel pogingen ondernomen om de BOF-slakken opnieuw te gebruiken. De toepassing van de BOF-slak wordt echter beperkt door zijn volumezwelling tijdens natuurlijke veroudering vanwege de aanwezigheid van vrije kalk. Teneinde BOF-slak te stabiliseren en de samenstelling van de slak te modificeren voor toepassingen met hoge toegevoegde waarde, worden de siliciumrijke toevoegingen / slakmodificerende middelen geïnjecteerd in gesmolten BOF-slakken met zuurstof als dragergas. Verschillende belangrijke kwesties moeten tijdens dit proces worden aangepakt. 1) metaalherstel. Na het FEhS-proces werd een slecht metaalherstel gevonden. Dit wordt waarschijnlijk toegeschreven aan het breken van grote metaaldruppeltjes in fijne deeltjes die niet snel genoeg kunnen sedimenteren naar de bodem van de slak en daardoor de slak insluiten; 2) menggedrag. Een goede menging hangt nauw samen met de gas-vloeistofslak in tweefasenstroming, daarom moeten de stromingseigenschappen van deze tweefasenstroom duidelijk worden begrepen. Het is ook erg belangrijk om het migratiegedrag van het additieve deeltje te begrijpen; 3) vloeibaarheid van de slakfase. Slakvloeistof is van aanzienlijk belang voor de industriële bewerking. Het wordt sterk beïnvloed door de viscositeit van de slak. De geïnjecteerde slakmodificatoren (bijvoorbeeld Si02 of A1203) kunnen de slakviscositeit veranderen door de slakstructuur te veranderen, waardoor de vloeibaarheid van de slak wordt verbeterd. Dit proces hangt nauw samen met het oplossingsgedrag van de slakmodificatoren.

Het is echter erg moeilijk om in-situ experimenten uit te voeren om het metaalachtige druppelgedrag (dwz coalescentie en breuk) en het menggedrag van slakadditieven/modificator in het slakstabilisatieproces te begrijpen als gevolg van de ondoorzichtige, de hoge bedrijfstemperatuur en de gas-vloeistof-vast multi-fase coëxistentie. Daarom zijn de modelleringsbenaderingen die in dit werk zijn ontwikkeld zeer nuttig voor parametrische studies en kunnen ze het inzicht van de industriële operators in de stromingseigenschappen vergroten, wat leidt tot optimalisatie van het stabilisatieproces.