Моделирование процессов обжига и помола
Достаточно полное математическое описание должно включать в себя уравнения теплопередачи (между газом, материалом и футеровкой), движения и сплошности (по потокам газа и материала), а также уравнения теплопередачи между слоем футеровки (корпусом печи) и атмосферой. Решение системы дифференциальных уравнений будет зависеть также от начальных и граничных условий, а именно, от первоначального распределения температур в средах по длине печи — начальные условия и изменения характеристик потоков на входе в печь (для шлама — холодный конец печи, для воздуха — горячий) — граничные условия.
Рассматривая баланс тепла элементарного объема газа, можно отметить, что хотя теплообмен происходит в результате конвекции, теплопередачи и излучения, доля каждой из этих составляющих изменяется в зависимости от зоны печи.
В первую очередь, это вызывается изменением количества углекислоты, водяных паров и других трех — и многоатомных газов.
Для зоны горения необходимо также учесть, что тепловая энергия изменяется также и под воздействием внутреннего источника тепла (факела).
На основе рассмотренных выше положений выполнено большое число работ по моделированию процессов обжига.
Так, при построении динамической модели процесса обжига были приняты следующие предположения внутренний и внешний диаметры печи постоянны; скорости реакций подчиняются закону Аррениуса; удельные теплоемкости и теплота реакций не зависят от температуры и местоположения; коэффициенты теплопередачи лучеиспусканием не зависят от температуры и местоположения; теплопроводность внутри материала и газа, а также теплопроводность футеровки печи в осевом направлении незначительны; смешивание материала в направлении его движения незначительно, а в перпендикулярном направлении полное.
В модели рассматривались основные химические реакции, проходящие в материале в процессе обжига: испарение воды; разложение СаСОз; образование ферритов и алюминатов; образование двух — и трехкальциевого силикатов.