锰矿预热窑内气固换热的数值模拟

丁 宁，荣文杰，李宝宽，穆永鸿

（1.东北大学 冶金学院，沈阳 110819；2.大连华锐重工集团工程技术设计院，辽宁 大连 116000）

锰是影响钢铁产业发展的重要资源，在国民经济的发展中有不可替代的作用.锰在钢铁产业中的使用量超过了90%，是炼钢过程中重要的脱氧剂和脱硫剂；同时，锰的化学物理性质在有色金属、玻璃和电池等行业中发挥着独特的作用.锰在自然界内分布广泛，在多种岩石、矿石中都有分布，最常见的锰矿石为氧化锰和碳酸锰［1］.

我国锰合金年产量约为1200万t，每吨锰合金平均冶炼电耗为4000 kW·h，属于高耗能产业.降低锰合金冶炼电耗是亟需解决的问题，常用的方法一般有提高入炉锰矿品位、提高入炉熟料比、配加硅铁冶炼渣，以及窑顶预热［2］.窑顶预热可以干燥物料中的水分，同时利用电炉煤气中的热量，节能效果明显［3］.

炉顶预热窑内的预热过程在机理上主要是高温烟气和固体颗粒间的对流换热，同时也存在固体颗粒间的导热及热辐射.近年来，国内外学者针对预热机理进行了许多相关研究.朱玲利等［4］计算了预热窑内高温烟气和固体颗粒之间对流换热过程的几个重要参数，得到了更适用于颗粒状固体的努塞尔数表达式.杨剑等［5］利用实验分析了强制对流换热系数，得到了多孔介质内不同堆积方式对压降及换热效率的影响，并给出了不同情况下的对流换热系数实验关联式.Tian和Arink等［6－7］以多孔介质模型为基础，考虑了达西流动和局部……