A Study of the Influence of the Thermal Conductivity Coefficient of Phosphate Ore Raw Materials on the Efficiency of the Chemical–Power Technological Process of Roasting in a Dynamic Dense Multilayered Mass

M. I.  Dli; Дли М. И.; V. I. Bobkov; Бобков В. И.; V. P. Meshalkin; Мешалкин В. П.; V. A. Orekhov; Орехов В. А.

doi:10.31857/S0040357123030119

A Study of the Influence of the Thermal Conductivity Coefficient of Phosphate Ore Raw Materials on the Efficiency of the Chemical–Power Technological Process of Roasting in a Dynamic Dense Multilayered Mass

Authors: Dli M.I.¹, Bobkov V.I.¹, Meshalkin V.P.²^,3, Orekhov V.A.¹
Affiliations:
1. Smolensk Branch of National Research University, Moscow Power Engineering Institute
2. Mendeleev Russian University of Chemical Technology
3. Frumkin Institute of Physical Chemistry and Electrochemistry, Russian Academy of Sciences
Issue: Vol 57, No 3 (2023)
Pages: 266-272
Section: Articles
URL: https://journals.rcsi.science/0040-3571/article/view/138461
DOI: https://doi.org/10.31857/S0040357123030119
EDN: https://elibrary.ru/RPHMLZ
ID: 138461

Cite item

Full Text

Open Access
Restricted Access

Access granted
Restricted Access

Subscription Access

Abstract
About the authors
References
Supplementary files
Statistics

Abstract

This study proposes physical and mathematical models of the chemical–power technological process of roasting of a dispersed ore phosphate material in a moving dense multilayer mass on a conveyor of a roasting machine with a cross-supply of the heat-carrier gas. A computational model is developed on the basis of the constructed models, on which computational experiments are performed to study the influence of the thermophysical characteristics of ore raw materials on the efficiency of roasting. The extent of the influence of the thermal conductivity coefficient of ore phosphate materials on the energy efficiency and completeness of thermally activated endothermic reactions of carbonate dissociation is established. The method based on using the multilayer polyfractional charge of ore dispersed raw materials on the grate of the roasting machine conveyor for vigorously influencing the efficiency of the chemical–power technological process of roasting is scientifically substantiated and confirmed in computational experiments. It is established that the changes in the temperature of the heat-carrier gas in the dense layer and at the outlet from it, the roasting efficiency, and the uneven decarbonization along the height of the dense layer of the thermally processed ore raw materials depend substantially on the thermophysical characteristics. As found from the results of computational experiments, the use of polyfractional filling of ore phosphate raw materials on the conveyor of the roasting machine under the prescribed roasting conditions leads to a decrease in the temperature of the exhaust gases, and to an increase of average degree of decarbonization of the layers in raw materials. It is found that the use of polyfractional filling changes the dependence of the heat-carrier-gas temperature on the layer height coordinate.

References

Леонтьев Л.И., Григорович К.В., Костина М.В. Фундаментальные исследования как основа создания новых материалов и технологий в области металлургии. Часть 1 // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия. 2018. Т. 61. № 1. С. 11–22.
Bobkov V.I., Fedulov A.S., Dli M.I., Meshalkin V.P., Morgunova E.V. Scientific basis of effective energy resource use and environmentally safe processing of phosphorus-containing manufacturing waste of ore-dressing barrows and processing enterprises // Clean Technologies and Environmental Policy. 2018. T. 20. № 10. C. 2209–2221.
Meshalkin V.P., Dovì V.G., Bobkov V.I., et al. State of the art and research development prospects of energy and resource-efficient environmentally safe chemical process systems engineering // Mendeleev Communications. 2021. V. 31(5). P. 593–604.
Егоров А.Ф., Савицкая Т.В., Михайлова П.Г. Современное состояние в области анализа, синтеза и оптимального функционирования многоассортиментных цифровых химических производств: аналитический обзор // Теоретические основы химической технологии. 2021. Т. 55. № 2. С. 154–187.
Bobkov V.A., Dli M.I., Rubin Y.B. Influence of the conditions of internal heat exchange on the process of thermal decomposition of carbonates in iron ore raw materials // CIS Iron and Steel Review. 2022. V. 24. P. 4–8.
Орехов В.А., Бобков В.И. Особенности исследования термической деструкции карбонатов в окомкованных фосфоритах при высокотемпературном обжиге // Тепловые процессы в технике. 2022. Т. 14. № 12. С. 555–562.
Zhu X., Ji Y. A digital twin–driven method for online quality control in process industry // International J. Advanced Manufacturing Technology. 2022. V. 119(5–6). P. 3045–3064
Цирлин А.М., Гагарина Л.Г., Балунов А.И. Синтез теплообменных систем, интегрированных с технологическим процессом // Теоретические основы химической технологии. 2021. Т. 55. № 3. С. 347–358.
Борисов В.В., Курилин С.П., Луферов В.С. Нечеткие реляционные когнитивные темпоральные модели для анализа и прогнозирования состояния сложных технических систем // Прикладная информатика. 2022. Т. 17. № 1(97). С. 27–38.
Курилин С.П., Соколов А.М., Прокимнов Н.Н. Компьютерная программа для эксплуатационной диагностики электромеханических систем на основе топологического подхода // Прикладная информатика. 2021. Т. 16. № 4(94). С. 62–73.
Meshalkin V., Bobkov V., Dli M., Dovì V. Optimization of energy and resource efficiency in a multistage drying process of phosphate pellets // Energies. 2019. T. 12. № 17. C. 3376.
Гуськов А.В., Гагарин П.Г., Гуськов В.Н., Тюрин А.В., Гавричев К.С. Теплоемкость и термодинамические функции твердого раствора LU2O3–2HFO2 // Доклады Российской академии наук. Химия, науки о материалах. 2021. Т. 500. № 1. С. 84–88.
Гагарин П.Г., Гуськов А.В., Гуськов В.Н., Хорошилов А.В., Гавричев К.С., Иванов В.К. Теплоемкость и термическое расширение М-ортотанталата тербия // Доклады Российской академии наук. Химия, науки о материалах. 2021. Т. 499. № 1. С. 63–65.
Elgharbi S., Horchani-Naifer K., Férid M. Investigation of the structural and mineralogical changes of Tunisian phosphorite during calcinations // J. Thermal Analysis and Calorimetry. 2015. V. 119. № 1. P. 265–271.
Пучков А.Ю., Лобанева Е.И., Култыгин О.П. Алгоритм прогнозирования параметров системы переработки отходов апатит-нефелиновых руд // Прикладная информатика. 2022. Т. 17. № 1(97). С. 55–68.
Tomtas P., Skwiot A., Sobiecka E., Obraniak A, Ławińska K., Olejnik T.P. Bench Tests and CFD Simulations of Liquid–Gas Phase Separation Modeling with Simultaneous Liquid Transport and Mechanical Foam Destruction // Energies 2021. V. 14(6). P. 1740. https://doi.org/10.3390/en14061740
Буткарев А.А., Вербыло С.Н., Бессмертный Е.А., Буткарева Е.А. Совершенствование и практическое использование методологии ВНИИМТ для оптимизации теплотехнических схем обжиговых конвейерных машин с рабочими площадями 278, 306 и 552 м2 // Сталь. 2020. № 5. С. 7–13.
Wang S., Guo Y., Zheng F., Chen F., Yang L. Improvement of roasting and metallurgical properties of fluorine-bearing iron concentrate pellets // Powder Technology. 2020. V. 376. P. 126–135.
Nayak D., Ray N., Dash N., et al. Induration aspects of low-grade ilmenite pellets: Optimization of oxidation parameters and characterization for direct reduction application // Powder Technology. 2021. V. 380. P. 408–420.
Belyakov N.V., Nikolina N.V. Plant protection technologies: From advanced to innovative // J. Physics: Conference Series. 2021. V. 1942(1). P. 012072.
Shekhovtsov V.V., Vlasov V.A., Skripnikova N.K., Semenovykh M.A. Structure Formation of Concrete Systems Modified By Nonstandard Particles // Russian Physics J. 2021. V. 63(9). P. 1590–1595.
Kurilin S., Fedulov Y., Sokolov A. Scientific Substantiation of Topological Diagnostics Methods of Electrical Equipment, 2021 International Conference on Industrial Engineering, Applications and Manufacturing (ICIEAM), 2021. P. 288–293. https://doi.org/10.1109/ICIEAM51226.2021.9446356.
Тураев Д.Ю., Почиталкина И.А. Теоретические и практические основы селективного извлечения фосфат-ионов из фосфатных руд с высоким содержанием примесей железа рециркуляционным методом // Теоретические основы химической технологии. 2022. Т. 56. № 2. С. 252–264.
Ming Yan, Xinnan Song, Jin Tian, Xuebin Lv, Ze Zhang, Xiaoyan Yu, Shuting Zhang. Construction of a New Type of Coal Moisture Control Device Based on the Characteristic of Indirect Drying Process of Coking Coal // Energies 2020. V. 13(16). P. 4162. https://doi.org/10.3390/en13164162
Кольцов Н.И. Линейные концентрационные и температурные законы сохранения в открытом безградиентном химическом реакторе // Теоретические основы химической технологии. 2021. Т. 55. № 2. С. 210–215.