Simuleringar av dyspositionens inverkan på flöde och temperturdistribution i en ruthner process

• Saltsyra (HCl) används inom stålindustrin för att beta järnoxider (Fe2O3) efter varmvalsning av plåt innan den förädlas i produktionslinan. Stora mängder HCl förbrukas, vilket både är kostsamt och miljöfarlig om den inte återvinns. Återvinningen sker oftast på stålverken med en metod som kallas Ruthner process. Den kan illustreras av en cylindrisk ugn med konisk nedre del, där det strax ovanför den koniska delen sitter naturgasbrännare tangentiellt till ugnen. Den förbrukade saltsyran, som består av vatten (H2O) och järnklorid (FeCl2), tillförs genom en till fyra dysor i toppen av ugnen. Återvinningen sker - något förenklat - genom att H2O först förångas från dropparna, därefter reagerar FeCl2 med syre (O2) och H2O och bildar HCl och Fe2O3. HCl återförs till betningsprocessen och Fe2O3 kan exempelvis säljas till elektronikindustrin.Denna studie syftar till att öka förståelsen av processen så att det i framtiden är möjligt att säkerställa god kvalité av restprodukten Fe2O3. Simuleringar görs i Ansys CFX med en tvåvägskopplad Euler/Lagrange-ansats där Eulerfasen består av gas och dropparna av förbrukad HCl är på Lagrangeform. Produkten från naturgasbrännarna ges som randvillkor till inloppet. I modellen är det första steget i återvinningsprocessen då droppar förångas implementerad. Även lyftkraft p.g.a. olika gastemperaturer, energiförluster genom väggar, och dragkraft på partiklar är implementerade i modellen. Som turbulensmodell används k-ε.Ur Figur 2 ses att både temperaturfördelning och hastighetsprofil förändras med olika dyspositioner. En korrelation mellan bilderna finns; i områden med låg temperatur är hastigheten riktad nedåt. Med dysan placerad 3,5 m från centrum förskjuts dock området för negativ vertikal hastighet bort från väggen. Detta beroende på att den varma gasen från brännare stiger längs väggen. De stora skillnaderna i temperaturfördelning är att dysposition 0.5 m från centrum ger en hög utloppstemperatur samt att dysposition 0.5 m och 3.5 m ger en högre temperatur i botten. Tendensen i hastighetsprofilen är lika för de tre fallen med dysan närmast väggen. När dysan placeras i mitten blir det ett kallras i centrum. För att få en klarare bild av processen krävs det även att partiklar analyseras samt att i framtiden även implementera kemiska reaktioner.

Ämnesord

TEKNIK OCH TEKNOLOGIER  -- Maskinteknik -- Strömningsmekanik och akustik (hsv//swe)

ENGINEERING AND TECHNOLOGY  -- Mechanical Engineering -- Fluid Mechanics and Acoustics (hsv//eng)

Nyckelord

Strömningslära

Fluid Mechanics

Publikations- och innehållstyp

vet (ämneskategori)

kon (ämneskategori)