钢带烧结料层的干燥氧化过程仿真

针对钢带烧结机内铬铁球团的干燥氧化过程，建立一套多尺度的欧拉-欧拉双流体数学模型. 基于收缩核模型计算单个球团的物理化学反应，模型预测结果与现场数据吻合.结果发现生球层的干燥可以分为两阶段:不均匀升速干燥阶段和降速干燥阶段. 在生球层底部，第二干燥阶段会出现干燥速率又升高的现象，此时湿核表面温度为383K. 而当湿核半径小于4.75mm后干燥速率又开始下降. 过湿区的最大水分质量分数为10.2%，比初始值高7.4%. 当铬铁球团的温度达到焦炭的燃点后，焦炭的氧化优先于磁铁矿. 生球层在烧结区出口的平均温度达到1698K，满足生产需求.     

磁铁矿球团干燥过程动力学

采用热重分析实验技术,在氮气流下,100—300℃温度区间,不同的气流速度范围研究了磁铁矿生球团干燥过程动力学。实验表明,干燥过程可分为增速、恒速、减速(一)和减速(二)4个阶段。生球中绝大部分水分是在前3个阶段中脱除的,在热量和质量传递过程同时进行的理论分析基础上,对前3个阶段建立了统一的干燥过程动力学模型。由实验数据求得了模型中参数或表达式。应用此模型对球团干燥过程进行模拟计算的结果与实验测定结果相当符合,证明了本动力学模型的适用性。     

压汞法表征铁矿球团固结程度

基于压汞法,定义了球团矿的氧化焙烧固结指数(OCI),并以其表征球团矿氧化焙烧固结程度.通过分析不同球团矿生球氧化焙烧过程中球团矿孔隙率及孔径大小的变化,计算球团焙烧固结指数.同时,对相应的成品球团矿的抗压强度进行测试.结果表明:粒化工艺和原料条件相对稳定情况下,氧化球团固结指数越高,球团固结越完全,球团抗压强度越大.该方法不仅可掌握球团矿自身物性,而且能够准确表征球团氧化焙烧的固结程度,为科研、生产人员提供了一种氧化球团矿质量的评价指标.     

氧化球团矿中Fe2O3的结晶规律

以磁铁矿精矿(Fe3O4)为原料,添加粘结剂后进行混合、造球,将生球干燥预热后,在1150～1280℃氧化焙烧6～15 min。将所得氧化球团取样制片,采用显微镜和扫描电镜(SEM)对Fe2O3再结晶晶形进行研究。研究结果表明:Fe2O3再结晶主要形成3种晶形,即初晶、发育晶和互连晶;球团矿质量与Fe2O3的晶形有密切关系,3种不同晶形的球团抗压强度有明显差异;随着焙烧温度的升高,初晶→发育晶→互连晶形依次形成,球团抗压强度逐渐提高,当氧化球团矿内部Fe2O3大量形成互连晶时,氧化球团矿抗压强度最高,质量最好。解释了球团抗压强度随温度升高而升高的微观机理;同时验证了氧化球团矿主要靠Fe2O3再结晶的固相固结机理。     

微波干燥和焙烧球团矿

使用１４００／８５０Ｗ的策波炉，在实验室研究了微波加热磁铁矿球团时球团矿的温度变化规律，干燥特点，生球强度和焙烧后球团的岩相特征，并对固结机理进行了探讨，结果表明，和普通干燥焙烧方法相比，微波法干燥焙烧球团矿温度上迅速且内部温度分布均匀；干燥速度很快，干燥过程中不出现裂纹和爆裂现象；焙烧后的磁性球团矿主要由连晶充分的Ｆｅ２Ｏ３组成；每个成品球的强度为１７０－２３０ｋｇ；焙烧时不会出现过热。     

硅热法炼镁预制球团成球过程的研究

为改变硅热法炼镁工艺存在资源利用率低、能耗高等缺陷,提出了造球→煅烧→还原硅热法炼镁新工艺.为了控制炼镁预制球团生球的成长,主要研究了白云石球团生球的成长特性,考察了影响球团成形的影响因素.结果表明:间断造球过程中,生球的长大主要以聚结机理进行,连续造球过程中,生球的长大主要以成层机理进行;白云石预制球团生球的成长率随原料含水量的增加而增加;随着高岭土用量的增加,生球成长率上升;原料进行湿混或干混,对生球的成长行为产生不同影响,随着水分含量的增加,其生球成长速度也相应增加.     

钙和镁添加剂在氧化球团中的应用

对石灰石、菱镁石和白云石3种钙、镁添加剂对球团性能、TFe品位以及生产工艺的影响进行研究。研究结果表明:添加剂降低了生球落下强度和预热球抗压强度,但提高了生球爆裂温度;添加剂中的CaO使焙烧球抗压强度先升高后降低,MgO使得焙烧球抗压强度降低;加入钙、镁添加剂会降低球团矿TFe品位,通过添加生石灰或有机黏结剂取代膨润土,可以提高球团的TFe品位;钙、镁添加剂在干燥预热段分解吸热会影响链篦机的热平衡,通过在球团中内配无烟煤,由无烟煤燃烧放热来提供钙、镁添加剂热分解所需的热量,可以维持链篦机的热平衡制度;通过添加生石灰或有机黏结剂和内配适量的无烟煤,可解决钙、镁添加剂在氧化球团中应用的难题。     

润磨强化硫酸渣制备氧化球团的技术及机理

从硫酸渣本身特点出发，对硫酸渣制备氧化球团的特点及润磨在球团制备过程中的作用机理进行研究。研究结果表明：无润磨的硫酸渣生球强度极差，水分较高，润磨可改善硫酸渣的粒度组成、比表面积，降低生球的孔隙率，从而有效降低膨润土用量，大幅提高生球的强度及降低生球的水分；润磨也能提高硫酸渣颗粒活性，增加颗粒与颗粒之间的接触点，使质点利于扩散，从而改善硫酸渣球团的焙烧性能，润磨后的球团在焙烧温度为1150℃、焙烧时间为10 min的条件下，便可获得抗压强度大于3 kN/个的球团，大大降低了球团的焙烧温度。使用硫酸渣能生产出优质的球团供高炉使用。     

一步法直接还原新疆磁铁精矿

以新疆磁铁精矿为原料,采用“一步法”直接还原,研究粘结剂种类和润磨方式对生球质量的影响,高强度、高还原性预热球团的制备及煤基直接还原的工艺。研究结果表明,对于铁品位为69.21%的新疆磁铁精矿,采用润磨工艺,并添加粘结剂XB能明显改善生球质量;干燥后的生球在800℃预热10 min后,球团抗压强度达到581 N/个,将预热球团在1 050℃还原80 min,得到直接还原铁(DRI)的质量指标为:总Fe含量为90.33%,金属铁含量为85.05%,金属化率达到94.15%。与传统的预热-高温氧化-高温还原煤基回转窑直接还原工艺相比,“一步法”省去了高温氧化这一高能耗(1 150～1 300℃)工序,且还原所得产品结构完整,外表光滑,无裂纹。     

混合料润磨预处理对氧化球团矿质量的影响

研究了润磨预处理对生球强度、生球爆裂温度、预热球强度和成品球质量的影响.研究结果表明:采用润磨工艺减少了膨润土用量,提高了生球强度,但降低了生球爆裂温度;经润磨后所制备的预热球及焙烧球的强度得到了显著增强.研究结果表明:通过润磨的搓揉和挤压作用使粘结剂与矿粒紧密接触,球团内部结构更致密,从而使生球强度增强,爆裂温度降低;润磨产生新表面使矿粒比表面积增大,在预热过程中加快了磁铁矿的氧化,球团矿强度明显增强.     

基于三维实体模型的玉米热风干燥模拟计算

针对热风干燥条件下单体玉米颗粒内部的传热传质过程,开展基于三维实体模型的模拟研究.借助高精度医用CT机扫描玉米颗粒,所获得的CT图片经过MIMICS和ANSYS软件处理,建立玉米颗粒的三维实体模型.采用傅里叶传热方程、菲克扩散方程以及导热系数、扩散系数公式作为干燥理论模型的控制方程;利用COMSOLMultiphysics计算软件完成模拟计算.模拟结果表明,热风干燥过程中玉米颗粒内部为传质控制过程,所提三维实体模型模拟计算方法能够更好地描述单体谷物颗粒内部的热质传递现象.     

高温气流干燥氧化铝对流传热传质分析

基于两相流理论,提出了一个描述含湿氧化铝颗粒气流干燥过程的一维数学模型.模型考虑了干燥管内气固两相间的传热和传质、气固两相温度和含湿量的变化.利用Bird等所提出的努赛尔数经验公式对该气流干燥模型进行了数值计算,得到了含湿氧化铝颗粒在不同气流干燥条件下的干燥曲线.整个干燥过程的数值模拟结果与实验数据吻合得很好,可以用来预测含湿氧化铝颗粒的干燥湿度.另外,对固气比、气流温度以及气流速度对颗粒湿度沿干燥管高度变化的影响也作了计算和分析,结果表明固气比和气流温度对颗粒湿度的变化影响较大.低固气比、高气流入口温度,干燥过程颗粒湿度变化大,有利于颗粒干燥.而气流速度对颗粒湿度变化的影响则可忽略不计.     

多孔介质对流干燥过程数值模拟

为研究含湿毛细孔介质干燥过程的相变现象,建立了相变的传热传质数学模型.模型中以残余饱和度将多孔介质划分为湿区与干区,湿区和干区以“蒸发界面”动态边界相互耦合.用有限差分方法对多孔介质一维干燥过程进行了计算,数值解表明:干区是等速干燥与降速干燥的分界点;干燥初期多孔介质压力升高,温度下降;随后在等速干燥段温度分布保持不变,在出现干区时再度升高.干区出现的初期,蒸发界面向多孔介质内部推进的速度较慢,在到达介质厚度10%左右时出现转折,随后推进速度加快.     

栀子黄色素低温真空干燥模型建立与评价

选择加热板温度为45 ℃、真空度为008 MPa、料层厚度为7 mm和料液质量分数为20 %的栀子黄色素干燥试验数据作为实测样本,基于Matlab软件,对传统干燥模型进行非线性最小二乘数据拟合求解,确定各模型的干燥常数,建立栀子黄色素薄层干燥数学模型。同时分析了天然栀子黄色素原液低温真空干燥制粉的动力学过程。在常用的8种经验、半经验薄层干燥数学模型中,Page模型对栀子黄色素低温真空干燥过程的拟合效果最佳,该模型可以较好地描述和预测干燥过程中栀子黄色素原液含水率与干燥时间的关系。     

Gas-solid reduction kinetic model of MgO-fluxed pellets

The reduction process of MgO-fluxed pellets was investigated and compared with traditional acidic pellets in this paper. Based on the piston flow concept and experimental data, a kinetic model fitting for the gas-solid phase reduction of pellets in tubular reactors (blast furnace, BF) was built up, and the equations of reduction reaction rate were given for pellets. A series of reduction experiments of pellets were carried out to verify the model. As a result, the experimental data and calculated result were fitted well. Therefore, this model can well describe the gas-solid phase reduction process and calculate the reduction reaction rate of pellets. Besides, it can give a better explanation that the reduction reaction rate (reducibility) of MgO-fluxed pellets is better than that of traditional acidic pellets in BF.     

轻烧菱镁石对生球爆裂温度的影响

在850℃条件下,对菱镁石进行焙烧、磨细处理后获得轻烧菱镁石粉末.将该粉体作为黏结剂用于球团矿生产,研究考察了轻烧菱镁石对生球爆裂温度的影响.结果表明,随着轻烧菱镁石质量分数的增加,生球爆裂温度逐渐增大,当轻烧菱镁石质量分数由0增至20%时,爆裂温度最大增幅可达200℃.主要原因如下:由于该黏结剂的加入,生球内部水分蒸发速率减小,生球内部产生的蒸汽压相对较小,同时,该黏结剂可使生球在干燥过程强度迅速提升,这使得生球爆裂温度逐渐增大.     

冷冻干燥过程中非定常传热传质研究

本文对制品在两端同时受热条件下的冷冻干燥过程的非定常传热传质进行了研究,建立了冻结层和多孔干燥层的传输过程的数学模型,讨论了干燥箱内的流动及传热,通过热量和质量传递之间的相互耦合求得升华界面温度的变化以及干燥速率。     

交错管束间湿空气-水蒸发冷却特性模拟

为研究交错管束间喷淋水-湿空气及管壁-喷淋水间传热传质特性,综合考虑了喷淋水在交错管束间运动及传热传质过程,采用基于DPM （discrete phase models）与WFM （wall film models）耦合的欧拉-拉格朗日方法,建立了交错管束间湿空气-水蒸发冷却传热传质特性分析模型.通过文献实验数据验证了模型的可靠性,最大误差仅为1.1%;模拟了运行参数对交错管束间湿空气-水传热传质性能的影响.结果表明,空气流量对交错管束间传热传质性能的影响要比喷淋水流量对其影响更加显著,因此可适当降低喷淋水流量提高循环水泵能效;干湿球温度升高会对交错管束间传热传质性能产生不利影响,但与干球温度相比,湿球温度对交错管束间传热传质影响更大;提高喷淋水温度可以改善喷淋水膜-管壁间的Nusselt数,但管束壁面平均温度也随之升高,从而降低冷水机组的性能.上述研究成果为交错管束热力设计计算提供依据.      

超声场作用下污泥对流干燥过程的数值模拟

为了有效预测超声场作用下污泥对流干燥过程中内部湿分迁移规律,基于非平衡态热力学理论,建立了超声场与热风联合作用下污泥对流干燥热质传递过程的数学模型.模型中考虑了超声作用对污泥孔隙率、渗透率及湿扩散速率的影响,以及污泥内部声压梯度引起的物料液相湿分渗流.对不同超声声能密度及对流温度作用下污泥内部湿度场分布进行数值模拟.模拟结果表明,超声作用有效加速了污泥干燥的湿分迁移速率,且当超声作用密度与热风温度、风速等外部传质条件相匹配时,才能发挥超声作用的最佳强化能力,达到最优的干燥效率.