Model investigations 3D of gas-powder two phase flow in descending packed bed in metallurgical shaft furnaces

Investigaciones de modelos 3D de flujo bifásico gas-polvo en lecho empacado descendente en hornos de eje metalúrgicos

Este artículo presenta la segunda fase de las investigaciones de modelos de distribución radial de la presión estática realizadas en 4 niveles de altura del lecho. Durante la fase se aumentó el diámetro de las partículas del lecho de vidrio, se introdujeron pellets de alto horno como lecho y se utilizó polvo de hierro como polvo. Se realizaron experimentos en relación con la velocidad del gas, el tipo de lecho y de polvo y el tamaño de las partículas del lecho. La distribución radial de 3 fracciones de polvo acumulado en el lecho -polvo estático, polvo dinámico y polvo total- se calculó a partir de los valores obtenidos experimentalmente de la distribución radial del polvo estático. Se realizó el análisis de la influencia del cambio de los parámetros investigados del lecho y del polvo en los valores de las fuerzas de interacción entre las fases de flujo, así como en los fenómenos que ocurren en el sistema.

INTRODUCCIÓN

Los procesos de obtención de hierro a partir de mineral en hornos de cuba se llevan a cabo en múltiples fases (gas, partículas empaquetadas y en polvo, líquidos). La modernización constante de los altos hornos y la mejora de la eficacia y la intensidad de los procesos hacen que el alto horno domine la producción de hierro a partir del mineral. La parte restante recae en los llamados "procesos de reducción directa del mineral de hierro", sobre todo en los procesos Corex y Midrex. Debido al gran tamaño de los reactores metalúrgicos y de las tecnologías de proceso, resulta difícil investigar los flujos multifásicos en un horno en funcionamiento [1-2]. Por lo tanto, la simulación física y matemática basada en la teoría de la dinámica de líquidos es una herramienta útil para estudiar los fenómenos que ocurren y se utiliza con frecuencia en el Departamento de Metalurgia de la Universidad Tecnológica de Silesia [3-6]. En la primera fase, la investigación en 3D de la distribución radial del flujo para el sistema "polvo transportador de gas - lecho compacto móvil" se llevó a cabo sólo en el sistema modelo "lecho de vidrio - polvo de vidrio". Sus resultados, junto con la forma de realizar las mediciones y el aparato experimental utilizado, se describen en [6].

En la segunda fase de investigación se aumentó el diámetro de las partículas del lecho de vidrio (aumento ε0), se introdujeron pellets de alto horno y se utilizó polvo de hierro como polvo. Las investigaciones se llevaron a cabo utilizando el procedimiento descrito anteriormente y el modelo físico [6]. El objetivo de este artículo es mostrar los resultados de estas investigaciones. En su realización se tuvieron en cuenta los criterios de Reynolds y Froude que indican la similitud de las condiciones de estudio con las condiciones reinantes en el hueco del alto horno y en el hueco de reducción de la instalación Corex (Tabla 1).