Skip to main content
SUPERVISOR
Masoud Panepour,Mohsen DavazdahEmami
مسعود پنجه پور (استاد مشاور) محسن دوازده امامی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Kimia Mehrbod
کیمیا مهربد

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1394
Iron and steel industries are one of the most important infrastructural industries of countries. In last decades, novel methods have attracted attentions to optimize industrial processes due to problems in traditional iron production methods and processes. One of these methods is Direct Reduction Process. In this method, Iron ore is reduced by a set of heterogeneous solid-gas chemical reactions in direct contact with coal. In these reactions, iron oxides are converted at different steps from Hematite to Magnetite, Magnetite to Wustite, and from Wustite to Iron. Most researchers have introduced one-dimensional mathematical models to predict reduction processes. In this study, an unsteady three-dimensional model for a cylindrical packed bed, with solving traort equations and implementation of necessary modules by coding in ANSYS FLUENT, is presented. Chemical mechanism of reduction processes such as iron oxides reduction by hydrogen and carbon monoxide, evaporation and condensation, coal devolatilization, together with their chemical kinetics, are considered thoroughly. Properties and features of solid and gas species are taken into account. In addition, equations related to chemical and physical properties and their variations with temperature are implemented in modelling to enhance accuracy of predictions. Effective conduction heat transfer coefficient is an important parameter in packed bed’s temperature distribution. Therefore, for samples with pure Hematite, different relations for effective conduction heat transfer coefficient are studied, results are compared with experimental data, and the best relation with the least error has been selected. One of the technologies which uses direct reduction to reduce iron, is FASTMET. In this process, iron metallization is done in a rotary hearth furnace. A 3D rotary hearth furnace and the combustion of its eight perimeter burners has been simulated in a steady state condition. Moving from the ceiling of the furnace to the hearth, the velocity of flow has been decreased. This reduction in velocity provides the required reducing atmosphere by maintaining reducing gases above the pellets’ bed. It is shown that in the discharging zone, the flow velocity and temperature have the maxium values. These values are proper for reaching the complete metallization of pellets in the final stage. Key words: Direct Reduction Process, Modelling, Chemical Kinetics, Rotary Hearth Furnace, Combustion.
صنایع مبتنی بر تولید آهن خام و فولاد یکی از جمله صنایع جامع و زیربنایی کشورها هستند. با توجه به مشکلات فرآیندها و روش های سنتی تولید آهن و هم چنین در جهت بهینه سازی فرآیندهای صنعتی، در چند ده? اخیر روش های نوین در این صنعت بسیار مورد توجه قرار گرفته است. یکی از این روش ها، فرآیندهای احیا مستقیم است. در فرآیند احیا مستقیم، سنگ آهن در تماس مستقیم با زغال سنگ در طی یک مجموعه واکنش های شیمیایی ناهمگن جامد-گاز احیا می شود. در طی این واکنش ها، اکسیدهای آهن در طی چند مرحله از هماتیت به مگنتیت، از مگنتیت به وستیت و در نهایت از وستیت به آهن احیا می شوند. اکثر محققین برای پیش بینی فرآیند احیا، مدل ریاضی یک بعدی ارائه داده اند. در این پژوهش، یک مدل ناپایا و سه بعدی برای بستر فشرد? استوانه ای شکل با حل کامل معادلات انتقال و با افزودن مدول های لازم توسط برنامه نویسی در محیط نرم افزار فلوئنت مدل سازی شده است. مکانیزم های شیمیایی فرآیند احیا نظیر احیای اکسیدهای آهن توسط گازهای کربن مونواکسید و هیدروژن، تبخیر و میعان آب، تجزی? زغال سنگ و خروج مواد فرار به همراه سینتیک شیمیایی آن ها به طور کامل درنظر گرفته شده است. در اثر انتقال حرارت، خواص و ویژگی های گونه های جامد و گازی همراه با دما تغییر می کند. هم چنین روابط مربوط به محاسب? خواص شیمیایی و فیزیکی و نحو? تغییرات آن ها با دما جمع آوری و در مدل سازی استفاده شده است تا دقت محاسبات افزایش یابد. یکی از پارامترهای مهم در توزیع دمای بستر فشرده، ضریب هدایت گرمایی مؤثر است. در همین راستا، برای نمون? حاوی هماتیت خالص، روابط مختلف ضریب هدایت مؤثر بررسی شده است تا نتایج حاصل با داده های آزمایشگاهی مقایسه شود و درنهایت رابط? مناسب با کمترین خطا معرفی گشته است. یکی از فناوری هایی که در آن از فرآیند احیا مستقیم جهت تولید آهن استفاده می شود، فرآیند فستمت است. در فرآیند فستمت، احیای گندله ها در کور? بستر دوار انجام می شود.کور? بستر دوار به همراه احتراق هشت مشعل محیطی آن به صورت پایا و سه بعدی مدل سازی شده است. با کاهش ارتفاع به سمت بستر کوره، سرعت جریان گاز احتراقی کاهش می یابد. این مسئله محیط احیایی لازم در بستر حاوی گندله ها را فراهم می کند. در ناحی? تخلیه نیز، بیشترین میزان سرعت و دمای جریان گاز مشاهده شده است. به نظر می رسد بیشترین سرعت در این ناحیه جهت احیای کامل گندله ها در آخرین مرحله است. کلمات کلیدی : فرآیند احیا مستقیم، مدل سازی، سینتیک شیمیایی،کور? بستر دوار، احتراق.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی