臺灣博碩士論文加值系統

我們嘗試建立一套具有低溫底吹系統之水模設備。利用此設備模擬熔融還原煉鐵爐內底吹固凝物的型態與大小。
但當製程條件改變，則會形成不同型態之固凝物。為了探討固凝物的成長過程，本實驗藉由改變不同管徑之底吹
管、水溫與時間，來研究固凝物的型態與成長機構。
實驗觀察水溫的高低會影響冰帽的成長。底吹氣體溫度為-100±20℃時，水溫必須在4℃以下才能成長較穩定的冰
帽。5℃以上的水溫，由於水的溶蝕速率大於冰帽的成長速率，因此冰帽不易形成。在冰帽的成長速率方面，冰
帽的重量與√t成線性關係；且水模內的水溫度愈低，則冰帽愈大，斜率愈大。

A water tank equipped with a submerged low-temperature air blowing system was built to simulate the formation of accretion on the
bottom of the smelting reduction furnace. The mechanism of the ice accretion formation was studied in detail. A systematic study on
the shape and size of the ice accretion formed on the bottom of water tank as a function of the processing parameters, which include the
diameters of single-pipe tuyere, water temperatures, and time, were conducted.
It is observed that the temperature of water tank has a strong influence on the formation of ice accretion . When the temperature of the
blowing air in the range of -100±20℃, the ice accretion can grow only when the water temperature be kept below 4 ℃. For the water
temperature above 5℃, the melting speed of ice accretion is larger than the formation speed of the ice that stops the accretion growing.
It is also observed that the growing speed of the ice (i.e. weight of the ice accretion as a function of time ) is linearly proportion to √t.
The lower the water temperature, the higher the growing speed and the larger size of the ice accretion have been measured.

目錄
中文摘要……………………………………………………………I
英文摘要……………………………………………………………II
目錄…………………………………………………………………IV
表目錄………………………………………………………………VII
圖目錄………………………………………………………………VIII
第一章 緒論…………………………………………………………1
1-1前言………………………………………………………………1
1-2目的………………………………………………………………2
第二章 文獻分析……………………………………………………4
2-1 技術分析…………………………………………………………4
2-1.1 傳統高爐煉鐵法………………………………………………4
2-1.2 熔融還原煉鐵法………………………………………………4
2-2 底吹氣體的選擇…………………………………………………6
2-3 底吹元件的發展…………………………………………………7
2-3.1 噴吹型底吹元件………………………………………………7
2-3.2 磚型底吹元件…………………………………………………8
2-3.3 底吹元件的特性要求…………………………………………9
2-4 固凝物熱平衡穩定條件…………………………………………9
2-5 固凝物尺寸之熱平衡條件………………………………………10
2-6 固凝物型態………………………………………………………12
2-7 固凝物的成長……………………………………………………12
2-8 耐火磚的侵蝕……………………………………………………14
2-9 氣體流量換算……………………………………………………14
2-9.1 原尺寸水模流量換算…………………………………………14
2-9.2 縮小水模流量計算………………………………………17
第三章 實驗步驟與方法……………………………………………29
3-1 實驗材料…………………………………………………………29
3-2 實驗設備…………………………………………………………29
3-3 實驗步驟…………………………………………………………33
3-3.1 熱焓實驗………………………………………………………33
3-3.2 冰帽實驗………………………………………………………35
第四章 結果與討論…………………………………………………47
4-1 儀器、設備校準結果………………………………………… …47
4-1.1 質量流量計校正結果…………………………………………47
4-1.2 底吹管材質的選用……………………………………………47
4-1.3 底吹管設計與管口改良………………………………………48
4-1.4 底吹管測試結果………………………………………………49
4-1.5 熱交換器的測試結果…………………………………………50
4-1.6 除濕劑的選用…………………………………………………51
4-1.7 低溫水模設備組裝……………………………………………52
4-2 熱焓實驗結果……………………………………………………52
4-3 冰帽形成成長之過程……………………………………………54
4-4 冰帽紋路分析……………………………………………………55
4-5 氣體路徑對底吹管周圍之影響…………………………………56
4-6 水溫對冰帽重量的影響…………………………………………57
4-7 底吹氣體流量對冰帽的影響……………………………………58
4-8 底吹氣體溫度對冰帽的影響……………………………………59
4-9 流場對冰帽的影響………………………………………………59
4-10 穩定底吹氣體溫度所需的時間…………………………………61
4-11 冰帽成長速率……………………………………………………62
4-12 底吹管徑對冰帽重量的影響……………………………………62
4-13 冰帽剖面紋路分析………………………………………………62
第五章 結論…………………………………………………………110
第六章 未來的方向…………………………………………………112
參考文獻……………………………………………………………113
附錄A熱焓實驗計算方法……………………………………………116
表目錄
表2-1 發展中熔融還原煉鐵製程之技術簡介………………………20
表2-2 單、雙套管尺寸表……………………………………………25
表4-1 質量流量計在未經校準之流量數據與標準流量計之數據…64
表4-2 質量流量計之50LPM標準流量校正值………………………65
表4-3 質量流量計之100LPM標準流量較正值………………………66
表4-4熱焓實驗的詳細數據…………………………………………67
表4-5熱焓實驗數據與熱交換效率表………………………………68
圖目錄
圖2-1 高爐煉鋼製程與融熔還原煉鐵製程之比較…………………19
圖2-2 COREX製程示意圖…………………………………………21
圖2-3 DIOS製程示意圖……………………………………………22
圖2-4 底吹管結構示意圖…………………………………………23
圖2-5 縫隙型磚結構圖……………………………………………23
圖2-6 固凝物熱平衡示意圖…………………………………………24
圖2-7 固凝物之三種基本型態………………………………………24
圖2-8 底吹物理模型…………………………………………………25
圖2-9 形成固凝物時，氣體由冰帽口吹出之示意圖………………26
圖2-10 單、雙套管形成固凝物時之流場示意圖……………………26
圖2-11 單管底吹形成固凝物之質量與底吹時間之關係圖…………27
圖2-12 單管底吹型成固凝物之質量與底吹流率之關係圖…………28
圖3-1 低溫管路圖……………………………………………………37
圖3-2 空氣壓縮機……………………………………………………38
圖3-3 空氣壓縮機設定說明表………………………………………39
圖3-4 粗調管路裝置圖………………………………………………40
圖3-5 100LPM流量校正流程圖………………………………………41
圖3-6 除水裝置圖……………………………………………………42
圖3-7 除塵與除水裝置圖……………………………………………43
圖3-8 0.3比例水模圖………………………………………………44
圖3-9 熱焓實驗流程圖………………………………………………45
圖3-10 底吹冰帽實驗流程圖………………………………………46
圖4-1 最初鐵氟龍底吹管設計構造圖………………………………69
圖4-2 最初鐵氟龍底吹管實體圖……………………………………70
圖4-3 最初鐵氟龍底吹管管口截面圖………………………………70
圖4-4 底吹管修改之設計構造圖……………………………………71
圖4-5 底吹管管口修改之設計構造圖………………………………72
圖4-6 改良後單套管與銅套筒配件圖………………………………73
圖4-7 改良後單套管與銅套筒截面圖………………………………73
圖4-8 熱交換器示意圖………………………………………………74
圖4-9 替代性水模管路圖……………………………………………75
圖4-10 替代性水模示意圖…………………………………………76
圖4-11 原尺寸水模縮小為0.3比例之水模設備圖…………………77
圖4-12 空氣的Cp對溫度之曲線圖…………………………………78
圖4-13 水的Cp對溫度之曲線圖……………………………………79
圖4-14 空氣的密度對空氣之曲線圖………………………………80
圖4-15 水模內水溫對時間之關係圖………………………………81
圖4-16 通入水模的低溫氣體溫度對時間曲線圖…………………81
圖4-17 冰帽成長演變示意圖………………………………………82
圖4-18 冰帽演進照片，水溫：2℃…………………………………83
圖4-19 冰帽演進照片，水溫：1℃…………………………………84
圖4-20 冰帽演進照片，水溫：3℃…………………………………85
圖4-21 固凝物形成與溶解示意圖……………………………………86
圖4-22 3mm底吹管實驗冰帽外型圖………………………………87
圖4-23 5mm底吹管實驗冰帽外型圖………………………………88
圖4-24 6mm底吹管實驗冰帽外型圖………………………………89
圖4-25 7mm底吹管實驗冰帽外型圖………………………………90
圖4-26 底吹管管口阻塞示意圖……………………………………91
圖4-27 6mm單套管底吹流場圖，流量：15LPM…………………92
圖4-28 6mm單套管底吹流場圖，流量：30LPM…………………93
圖4-29 不對稱流場造成對冰帽型態影響示意圖…………………94
圖4-30 3mm單套管底吹氣體溫度曲線圖…………………………95
圖4-31 5mm單套管底吹氣體溫度曲線圖…………………………96
圖4-32 6mm單套管底吹氣體溫度曲線圖…………………………97
圖4-33 7mm單套管底吹氣體溫度曲線圖…………………………98
圖4-34 3mm底吹管在不同溫度下冰帽之成長速率………………99
圖4-35 5mm底吹管在不同溫度下冰帽之成長速率………………99
圖4-36 6mm底吹管在不同溫度下冰帽之成長速率………………100
圖4-37 7mm底吹管在不同溫度下冰帽之成長速率………………100
圖4-38 水溫4℃，不同底吹管對冰帽重量之關係圖………………101
圖4-39 水溫3℃，不同底吹管對冰帽重量之關係圖………………101
圖4-40 水溫2℃，不同底吹管對冰帽重量之關係圖………………102
圖4-41 水溫1℃，不同底吹管對冰帽重量之關係圖………………102
圖4-42 3mm底吹管，在不同溫度下，冰帽高度與直徑對時間的關
係圖……………………………………………………………103
圖4-43 5mm底吹管，在不同溫度下，冰帽高度與直徑對時間的關
係圖……………………………………………………………104
圖4-44 6mm底吹管，在不同溫度下，冰帽高度與直徑對時間的關
係圖……………………………………………………………105
圖4-45 7mm底吹管，在不同溫度下，冰帽高度與直徑對時間的關
係圖……………………………………………………………106
圖4-46 冰帽剖面紋路圖。底吹管徑7mm，流量：15LPM，水溫：
1℃………………………………………………………………107
圖4-47 冰帽剖面紋路圖。底吹管徑7mm，流量：15LPM，水溫：
3℃………………………………………………………………108
圖4-48 冰帽剖面紋路圖。底吹管徑3mm，流量：15LPM，水溫：
1℃………………………………………………………………109
圖4-49 冰帽紋路示圖………………………………………………110

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