Ändra sökning
RefereraExporteraLänk till posten
Permanent länk

Direktlänk
Referera
Referensformat
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Annat format
Fler format
Språk
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Annat språk
Fler språk
Utmatningsformat
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Physical Modeling Study on the Mixing in the New IronArc Process
KTH, Skolan för industriell teknik och management (ITM), Materialvetenskap, Materialens processteknologi.ORCID-id: 0000-0002-9413-4098
KTH, Skolan för industriell teknik och management (ITM), Materialvetenskap, Materialens processteknologi.ORCID-id: 0000-0003-4384-7984
KTH, Skolan för industriell teknik och management (ITM), Materialvetenskap.ORCID-id: 0000-0002-1203-0181
ScanArc Plasma Technol AB, SE-81321 Hofors, Sweden..
Visa övriga samt affilieringar
2018 (Engelska)Ingår i: Steel Research International, ISSN 1611-3683, E-ISSN 1869-344X, Vol. 89, nr 7, artikel-id 1700555Artikel i tidskrift (Refereegranskat) Published
Abstract [en]

IronArc is a newly developed technology for pig iron production with the aim to reduce the CO2 emission and energy consumption, compared to a conventional blast furnace route. In order to understand the fluid flow and stirring in the IronArc reactor, water modeling experiments are performed. Specifically, a down scaled acrylic plastic model of the IronArc pilot plant reactor is used to investigate the mixing phenomena and gas penetration depth in the liquid bath. The mixing time is determined by measuring the conductivity in the bath, after a sodium chloride solution is added. Moreover, the penetration depth is determined by analyzing the pictures obtained during the experimental process by using both a video camera and a high speed camera. The results show that the bath movements are strong and that a circular movement of the surface is present. The mixing in the model for the flow rate of 282 NLmin(-1) is fast. Specifically, the average mixing times are 7.6 and 10.2s for a 95% and a 99% homogenization degree, respectively. This is 15% and 18% (per degree of homogenization) faster compared to the case when using 3 gas inlets and the same flow rate.

Ort, förlag, år, upplaga, sidor
WILEY-V C H VERLAG GMBH , 2018. Vol. 89, nr 7, artikel-id 1700555
Nyckelord [en]
Blast Furnace, CO2 Reduction, IronArc Process, Ironmaking, Mixing, Pig Iron Production
Nationell ämneskategori
Energiteknik
Identifikatorer
URN: urn:nbn:se:kth:diva-232398DOI: 10.1002/srin.201700555ISI: 000437843900001Scopus ID: 2-s2.0-85044956607OAI: oai:DiVA.org:kth-232398DiVA, id: diva2:1235657
Forskningsfinansiär
Energimyndigheten
Anmärkning

QC 20180726

Tillgänglig från: 2018-07-26 Skapad: 2018-07-26 Senast uppdaterad: 2020-04-16Bibliografiskt granskad
Ingår i avhandling
1. IronArc a New Process for Pig Iron Production; a Numerical and Experimental Investigation Focusing on Mixing
Öppna denna publikation i ny flik eller fönster >>IronArc a New Process for Pig Iron Production; a Numerical and Experimental Investigation Focusing on Mixing
2020 (Engelska)Doktorsavhandling, sammanläggning (Övrigt vetenskapligt)
Abstract [sv]

I den här studien så var syftet att undersöka omrörningen och relaterade fenomen i den nyutvecklade IronArc processen. Processen använder sig av gasinjektion genom plasmageneratorer för att smälta och reducera en slagg bestående av järnoxid. Både penetrationsdjupet hos gasen och omrörningstiden undersöktes under olika förhållanden för att de är viktiga parametrar för processen. Undersökningen har gjorts både genom experiment och Computational Fluid Dynamics (CFD).

 

Först utvecklades en nerskalad modell i akrylplast av IronArc pilot reaktorn i skala 1:3, där både penetrationsdjupet och omrörningstiden bestämdes för ett system med luft och vatten genom fysiska experiment. Sedan så skapades en matematisk modell för att beskriva penetrationen av luft injicerat i vatten. Den validerade modellen användes sedan för att beskriva penetrationsdjupet av den injicerade gasen i slaggen för pilotreaktorn. Vidare så utvecklades en ny metod för att bestämma omrörningstiden i pilotreaktorn med slagg som flytande medium. Slaggen undersöktes också både med hjälp av ljusoptiskt mikroskop (LOM) och även genom beräkningar i Thermo-Calc. Detta gjordes för att undersöka huruvida slaggen är i smält tillstånd då processen körs. Ytterligare en matematisk modell utvecklades sedan för att beskriva omrörningen i den nedskalade modellen av akrylplast med luft och vatten. Samma CFD modell användes för att beskriva omrörningen i pilotreaktorn, där modellen validerades mot de tidigare resultaten från de fysiska experimenten med slagg i pilotreaktorn. Slutligen så utfördes ytterligare försök i pilotreaktorn för att bestämma omrörningstiden, men med vatten istället för slagg. Det bör även nämnas att det enbart var luft som injicerades utan att gasen värmdes upp i plasmageneratorn, då vattnet skulle evaporerat om man värmt gasen.

Den genomsnittliga omrörningstiden för den nerskalade modellen där luft injicerades i vatten bestämdes till 7,6 s och 10,2 sekunder för respektive homogeniseringsgrad på 95% och 99%. Detta gjorde då ett inlopp användes med ett gasflöde på 282 NLmin-1 användes. Det visade sig att den genomsnittliga omrörningstiden ökade med 15,8% för 95% homogenisering och 17,6% för 99% homogeniseringsgrad då 3 inlopp användes för samma gasflöde. Penetrationsdjupet visade på ett pulserande beteende med ett maximum och minimum värde för respektive undersökt gasflöde.

 

Penetrationsdjupet för experimentet med gas injicerat i vatten kunde beskrivas korrekt med CFD modellen, där Euler-Euler metoden bestämde penetrationsdjupet av experimentet inom en noggrannhet på 86%. Det visade sig också att denna metod reducerade beräkningstiden jämfört med den andra testade Volume of Fluid (VOF) modellen. Penetrationsdjupet av gas i slagg predikterades till 0.3 m, vilket motsvarar radiens läng i reaktorn.

Resultaten visade att möjligt att experimentellt bestämma omrörningstiden i pilotreaktorn genom att addera ett spårämne (MnO2 pulver) till slaggen och ta kontinuerliga prover. Mer specifikt så var tiden för att homogenisera badet under 10 sekunder efter att spårämnet tillsatts. Både LOM (Ljusoptiskt Mikroskop)  observationerna och Thermo-Calc beräkningarna indikerade att det var rimligt att anta att slaggen är i smält tillstånd under körning.

Den predikterade omrörningstiden för den numeriska modellen för luft-vatten systemet var 7,5 sekunder och överensstämmer med experimentresultaten med 1,3%. omrörningstiden bestämdes till 6.5 sekunder för simuleringen av pilotreaktorn och det stämmer överens med resultaten från experimenten i pilotskalan som visade att omrörningstiden var under 10 sekunder. Även resultaten från experimenten då omörningstiden bestämdes 8,5 och 14 sekunder för 95 % och 99% homogeniseringsgrad, då reaktorn var vattenfylld.

Denna undersökning av den nya IronArc-processen har gett värdefull information om omrörningen som kan användas i designbeslut för en framtida storskalig järnframställningsprocess.

 

Ort, förlag, år, upplaga, sidor
Stockholm: KTH Royal Institute of Technology, 2020. s. 98
Serie
TRITA-ITM-AVL ; 2020:20
Nyckelord
Mixing time, Penetration depth, CFD simulations, IronArc, Water modeling, Mixing time Experiments  , Omrörningstid, Penetrationsdjup, CFD simuleringar, IronArc, Vattenmodellering, Omrörningsexperiment
Nationell ämneskategori
Metallurgi och metalliska material
Forskningsämne
Metallurgisk processvetenskap
Identifikatorer
urn:nbn:se:kth:diva-272095 (URN)978-91-7873-481-8 (ISBN)
Disputation
2020-05-07, https://kth-se.zoom.us/j/64491886604, Stockholm, 10:00 (Engelska)
Opponent
Handledare
Forskningsfinansiär
Energimyndigheten
Tillgänglig från: 2020-04-16 Skapad: 2020-04-16 Senast uppdaterad: 2020-05-04Bibliografiskt granskad

Open Access i DiVA

Fulltext saknas i DiVA

Övriga länkar

Förlagets fulltextScopus

Personposter BETA

Bölke, KristoferErsson, MikaelNi, PeiyuanJönsson, Pär

Sök vidare i DiVA

Av författaren/redaktören
Bölke, KristoferErsson, MikaelNi, PeiyuanJönsson, Pär
Av organisationen
Materialens processteknologiMaterialvetenskap
I samma tidskrift
Steel Research International
Energiteknik

Sök vidare utanför DiVA

GoogleGoogle Scholar

doi
urn-nbn

Altmetricpoäng

doi
urn-nbn
Totalt: 193 träffar
RefereraExporteraLänk till posten
Permanent länk

Direktlänk
Referera
Referensformat
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Annat format
Fler format
Språk
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Annat språk
Fler språk
Utmatningsformat
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf