爐渣顯熱熱回收與水噴流衝擊冷卻熱液動分析

Abstract

鋼鐵製程中，對伴隨鐵水、鋼液產生具有極高熱能的爐渣，因能源環保議提而受到重視，此外，鋼鐵本身性質的提升也是製程中一直受到重視的部分，因此本研究針對爐渣熱回收與影響鋼鐵性質之噴流衝擊冷卻兩部分以數值模擬進行研究，第一部分為爐渣顯熱熱回收，第二部分水噴流衝擊冷卻。 爐渣顯熱熱回收目的是開發爐渣熱交換模擬工具，以中鋼規劃之造粒後的爐渣為對象，利用冷風進行熱交換，回收顯熱形成高溫熱風，可用於後端廢熱鍋爐產製蒸汽及發電。研究內容包含分析熱交換機制、建立熱傳模型，並設計出符合需求的熱交換器尺寸，再將研究成果開發成模擬工具，以作為後續熱回收系統設計之用。藉由粒徑0 5~5mm之爐渣於1~12m/s風速下的三維熱液動分析，找出爐渣顆粒粒徑平均熱對流係數和摩擦因子與雷諾數的關係式，即可開發爐渣暫態批次熱回收裝置之交談式VB (Visual Basic) 電腦輔助設計軟體，軟體中係以有限差分法求解一維暫態統御方程式。本軟體可預測於各種不同顆粒粒徑、進口風速下，於熱回收裝置內爐渣與空氣隨時間及位置之溫度分佈及其熱回收率等。 水噴流衝擊冷卻目的是提高鋼鐵的機械性質，因熱軋製程後晶粒的成長情況、尺寸大小及鋼鐵的平坦性是由鋼鐵的溫度分布及冷卻速率控制，所以為達到鋼鐵所需的機械性質，需以冷卻速率控制鋼鐵的相變態，而本研究透過數值模擬分析不同噴嘴流速之流場結構與熱傳現象，並利用實驗來驗證模擬結果。且結合熱固耦合分析，探討冷卻過程中不同熱傳係數分佈對平板之熱應力及變形量之影響。

Date of Award	2017 Jun 22
Original language	Chinese
Supervisor	Jiin-Yuh Jang (Supervisor)