高炉内煤气运动的探讨

本文着重阐述高炉内干、湿区气流运动的特点,用Ergun方程对气流通过两区所产生的阻损进行了讨论,提出高炉内阴损主要来自矿石部分和界面的观点,认为高炉采用整粒入炉和大料批操作是合理的,介绍了炉料呈水平分布和“V”型分布时气流运动的两个参数模型,指出用速度场和压力场来描述气流运动要比用浓度场更为准确。     

高炉料面煤气流分布识别方法

针对高炉料面煤气流分布难于检测的问题,提出了一种基于多源信息的高炉料面煤气流分布识别方法.在对高炉机理分析的基础上,确定了高炉中几个重要的过程参量.同时采用区域划分的方法对十字测温数据进行处理,并提取3个主要位置的特征值.根据布料模型建立O/C计算模型,并提取O/C特征指数.最后综合多种检测信息,运用自组织神经网络对高炉料面典型煤气流分布形态进行识别.实验结果表明:本文提出的基于多源信息的识别方法,识别率比传统方法提高了5％～10％,也避免了误识别的情况.     

高炉内料层结构动态追踪的技术开发

炉料径向分布影响着高炉下部所形成软熔带的形状和位置，进而间接决定和控制了高炉燃料比的高低.建立了预测高炉内部料层结构的数学模型，并将其转化为可视化界面的软件，供现场人员在线使用，用于计算不同布料参数下料层结构的详细信息，布料参数包括布料矩阵、料线高度、布料方向、径向下降速度分布，预测结果包括径向矿焦比分布、追踪料层位置、料层厚度变化.计算结果均可为现场布料制度优化提供参考依据.     

无钟高炉炉料分布预测模型

为提高无钟高炉炉喉料面的预测精度,建立了考虑炉料运动的炉料分布数学模型.在分析炉料运动的基础上,指出了炉料运动是影响炉料堆积过程的重要因素,采用尺寸比1:10的无钟布料器模型试验分析了不同炉料分速度对炉料堆积行为的影响,建立了考虑炉料运动因素的料堆轮廓预测模型,并通过数值方法确定了料堆的位置和料面轮廓曲线,应用于料面形状的预测.结果表明:炉料的运动是造成料堆两侧堆积角差异、料堆横截面面积变化以及料面轮廓改变的重要原因,料堆轮廓采用直线段和曲线相结合的方式进行构造,炉料的堆积角和曲线过渡区域长度作为重要的模型参数均考虑了炉料速度的影响,模型构造的轮廓接近真实料堆形状,应用该模型实现了炉喉料面的准确预测.     

矿、焦混装入炉对块状带透气性的影响研究

本文介绍利用实验室的高炉模型,探讨矿、焦均匀混装对炉身块状带透气性的影响。实验结果表明,混装使炉料的堆比重增大;入炉后,随含粉率的不同,对块状带透气性有不同程度的改善。文中对实验结果进行了理论分析,讨论了透气性改善的原因。     

高炉流场模拟模型的建立及在宝钢3号高炉上的应用

开发了高炉流场模拟模型。该模型采用厄冈方程描述炉内的二维气体流动，考虑了风口回旋区、死焦堆、软熔带、炉顶料面及炉料颗粒分布、中心焦柱、滴下带液流分布等因素对气流阻力的影响，并应用有限单元法求解，因此具有模拟复杂高炉操作条件下气流分布规律的功能。应用该模型研究了鼓风参数、装料条件等对气流分布的影响，从理论上解释了炉墙结厚所导致的高炉“上热下凉”现象，预测了超大量喷煤下气流分布的变化趋势，为生产操作系统的设计提供了科学依据。     

未燃煤粉在高炉内的分布特性的实验研究

对未燃煤粉在炉内的分布特性进行了二维模型实验研究·通过实验发现进入高炉的未燃煤粉主要聚积在气流流动缓慢和气流发生转折的区域或部位 ;在块状带 ,主要滞留在矿石层中·在煤气流主通道未燃煤粉难以聚积 ,对料柱的纵向透气性和压差影响不大·未燃煤粉积聚的不均匀性造成了局部横向压差增加 ,从而导致了煤气流的重新分布·特别是回旋区前方和前上方透气性恶化 ,使中心气流难以发展 ,促使软熔带向“平底的倒Ｖ型”或“倒Ｗ型”转变·未燃煤粉在高炉内的分布特性的实验研究@刘新 @陈星秋     

大型高炉布料模型的研究与应用

以无料钟布料过程中物料运动机理为基础,改进了料流轨迹的修正方法,提出了料面形状计算的新方法.高炉布料模型在计算过程中考虑了炉料特性、焦炭塌落等对料面形状的影响,使计算结果更符合实际布料.结合生产实践需求,计算出了各种不同布料制度下炉料的料面形状、炉料径向分布、径向矿焦比等参数,提出了高炉区域焦炭负荷指数,更加直观、形象地对比各种布料制度.利用该模型可解答大型高炉生产上存在的问题,对高炉的实际生产提出了实用性建议,为高炉操作人员调整布料制度提供了理论指导.     

高炉料流轨迹的数学模型

针对目前高炉料流轨迹计算的不足,本模型考虑了颗粒在空区下落过程中受重力、浮力及煤气曳力的作用,计算了炉料颗粒在溜槽和空区下落等阶段的运动轨迹. 通过探讨不同炉料(焦炭、烧结矿、球团矿)在其粒径范围内的布料半径变化及煤气的曳力大小,分析了曳力对炉料落点的影响规律. 结果表明:精确计算料流轨迹必须考虑煤气曳力的影响,不同密度、粒径及形状系数的颗粒在料面上落点各不相同,炉顶煤气流分布将影响高炉炉料的径向分布.     

蜗壳喷嘴出口速度分布特性

用数值计算的方法，以κ-ε双方程模型模拟蜗壳内的气体流动情况，以心形线拟合蜗壳的通流截面，用SIMPLEST算法计算了3种不同型线蜗壳喷嘴出口气流角和速度的分布情况。对计算结果的比较表明，蜗壳型线的变化，对喷嘴出口气流参数的分布会产生明显的影响。当Aθ/rθ沿周向线性变化时，喷嘴出口参数的分布最均匀。     

烧结矿中MgO对钒钛矿综合炉料软熔滴落的影响

以钒钛磁铁矿炼铁原料为基础,系统研究了烧结矿中Mg O质量分数对高炉冶炼钒钛磁铁矿综合炉料软熔滴落性能和V,Cr在渣铁中迁移规律的影响,并进行了理论分析.研究表明,随着烧结矿中Mg O质量分数的提高,综合炉料的软化区间t40-t4变宽;熔化区间tD-tS稍有收窄,软熔带变薄且位置略微下移;熔滴性能总特征值S先减小后增大,综合炉料透气性先变好后恶化,在Mg O质量分数为2.98%~3.40%时透气性最好;滴落率逐渐变小;V,Cr在滴落铁中的收得率略有降低;因此,烧结矿中Mg O质量分数在3.40%左右为宜,此时高炉渣中Mg O质量分数约为12%.     

未燃煤粉在高炉内的分布特性的实验研究

对未燃煤粉在炉内的分布特性进行了二维模型实验研究·通过实验发现进入高炉的未燃煤粉主要聚积在气流流动缓慢和气流发生转折的区域或部位;在块状带,主要滞留在矿石层中·在煤气流主通道未燃煤粉难以聚积,对料柱的纵向透气性和压差影响不大·未燃煤粉积聚的不均匀性造成了局部横向压差增加,从而导致了煤气流的重新分布·特别是回旋区前方和前上方透气性恶化,使中心气流难以发展,促使软熔带向“平底的倒V型”或“倒W型”转变·实际操作中,应采取高炉各风口均匀喷吹和疏通中心的操作方针     

全氧条件下高炉高温热化学反应与能质传递协同原理

高炉作为目前主要的炼铁工艺,经过上百年的发展,其碳耗已接近该工艺的理论最低值,很难再有大的突破。氧气高炉作为一种新型炼铁工艺,其可行性以及在节碳减排方面的突出优势已经在理论上和试验性高炉上得到了证实。该工艺由于采用全氧鼓风代替传统的热风操作,同时将炉顶煤气脱除CO2后循环回高炉,使得炉内煤气中的CO和H2含量大幅增加,从而导致炉内炉料的冶金性能也发生了变化。为了推进氧气高炉工艺的工业化应用,对氧气高炉炼铁工艺进行了系统的研究。该研究建立了一种氧气高炉综合数学模型,对不同氧气高炉工艺流程进行模拟计算,并采用多种评价指标对氧气高炉炼铁工艺进行综合评价,确定适宜的氧气高炉工艺流程,为研究开发氧气高炉炼铁工艺提供理论基础。以氧气高炉数学模型为基础,在不同气氛下分别进行烧结矿、球团矿和块矿的低温还原粉化实验,分析氧气高炉气氛下含铁炉料的低温还原粉化特性。利用高温还原熔滴实验装置,进行不同操作条件下(传统高炉和氧气高炉)含铁炉料的高温软熔特性实验研究,讨论氧气高炉气氛与传统高炉气氛下炉料软熔特性的差异,初步探索氧气高炉软熔带的形成及分布规律。采用程序还原及软熔实验装置,通过设定升温制度及分段改变煤气成分来模拟烧结矿、球团矿及其混合矿在氧气高炉与传统高炉中的还原及软熔行为,对炉料在氧气高炉工艺条件下的还原及软熔性质演变规律作出分析判断。以氧气高炉数学模型为基础,采用自制的单颗粒还原实验装置对球团矿在H2、CO以及两者的混合气氛中的还原行为及其交互作用进行了研究;采用颗粒模型与三界面未反应核模型相结合的方法对球团矿在CO/CO2/H2/H2O/N2混合气氛下的还原行为进行数值模拟研究;用单颗粒焦炭溶损实验装置,分别对H2O、CO2以及两者的混合气氛中的焦炭的溶损行为及其交互作用进行了研究。通过利用仿真模拟系统建立了氧气高炉的数学模型对氧气高炉的内部运行状况进行了深入研究,分别采用粘性流方法和离散元方法对炉料下降运动进行数值模拟研究;建立了高炉风口回旋区的二维数学模型,对氧气高炉中气体的流动、煤粉颗粒的运动、气体的传热(气体间的传热和气体与颗粒间的传热等)、颗粒的传热(颗粒之间的传热及与气体间的传热等)、燃烧(煤粉和焦炭的燃烧)等过程进行了深入研究;通过建立一维和二维的气固换热与反应动力模型,对氧气高炉内部的温度分布、压力分布以及不同相之间的换热情况进行了深入了解。     

轴流无叶喷嘴出口子午倾角对级特性的影响

本文对3套不同出口子午倾角的轴流无叶喷嘴出口气流参数分布规律进行了比较,初步分析了这种三维边界层的结构,并据此引入了环量损失修正系数,以更准确地反映损失对气流参数的影响;通过对压力的径向平衡计算,分析了各因素对压力分布的影响,并提出用大的内环出口倾角来控制根部边界层内α_1角的过分增大。本文实验用的喷嘴型线变化范围比较广,得出的参数分布较有规律,对轴流无叶喷嘴透平的流型设计有较高的参考价值。     

MgO含量合理配置对综合炉料熔滴特征及形成初渣特性的影响

为了解决高Al2O3含量综合炉料透气性较差和熔滴特征S值较高的问题,通过对提高烧结矿中的Mg O含量和在球团矿中配加Mg O含量的方法进行研究,结果显示合理配置Mg O含量后最高压差由1.70 k Pa分别降低到1.63 k Pa和1.33k Pa,特征S值由141 k Pa·℃分别降低到100 k Pa·℃和99 k Pa·℃,改善了综合炉料的透气性、熔滴特征S值等熔滴特征参数;且在球团矿中配加Mg O含量对综合炉料熔滴特性的改善程度要优于提高烧结矿中的Mg O含量。此外,还对综合炉料的初渣进行研究,得出了综合炉料的熔滴特性的改善与初渣的矿物组成没有关系,主要是由于初渣化学成分的变化而产生的。     

高炉内炉料下降速度及其控制

高炉炼铁过程是在炉料与煤气和向运动中进行的。必须始终保持炉料及煤气两大流股均衡、稳定地运动与合理分布,才能确保高炉过程稳定顺行。认识高炉内料运动的基本状况,掌锅炉料下降速度及其影响因素,对于能动地控制过程,使高炉高产、优质、低耗,无疑是十分重要的。     

高炉初渣流动规律的研究

本文通过模型试验,在尽可能考虑与高炉相似条件下,研究了高炉内初渣流动规律。结果表明:由于高炉内存在软熔带和焦炭夹层,因而在在较强的水平煤气流。初渣带在水平煤气流的作用下产生偏离垂直方向的流动,使初渣有某种程度集中流下现象。初渣流动的偏角 θ 是无因次压力梯度(dP/dL)_g/γl、准数(Fr_l)/(Re_l)及无因次流量 L/G的函数。即偏角θ是风量,熔体比重、粘度及流量和炉料性质的函数。利用此式,分析了初渣流动的偏角θ与高炉冶炼的关系。     

风送荷电喷雾特性试验

为研究风送荷电喷雾在空间的粒径分布和沉积特性,设计了一种风送荷电喷雾试验装置,包括雾化装置、荷电装置、风送设备以及相应的测量设备.首先对轴流风机改造前后的气流速度进行了对比,然后探讨了雾滴的荷质比和云电流与电压的关系,最后研究了荷电与非荷电状态下,喷嘴轴线上的雾滴粒径和沉积质量的分布规律,以及轴线上距喷嘴出口2.0和3.0 m,沉积质量沿水平径向(y方向)和雾滴粒径沿垂直径向(z方向)的分布特点.研究结果表明:改造后的轴流风机产生的气流轴向速度增大,有助于增加喷雾射程;雾滴的荷质比与云电流随电压的升高而增大;荷电与非荷电情况下,雾滴粒径与沉积质量均随轴向距离的增加先增大后减小,呈现单峰分布;荷电雾滴沿垂直径向的粒径分布关于轴线呈现出较大的不对称性,即小雾滴在轴线上方,大雾滴在轴线下方;荷电雾滴沿轴向(x方向)和水平径向(y方向)的沉积范围较广且均匀性较好.     

平板和静叶表面气流-水膜耦合流动特性的数值研究

针对平板表面的空气水膜和透平静叶栅中的水蒸气水膜耦合流动特性提出了分析气流与壁面水膜耦合作用的数值方法,即气相主流和液相水膜视为相对独立的开口系,通过在两相各自的控制方程中添加考虑相间动量和能量交换的源项,实现水膜和气流的双向耦合计算。研究表明:平板表面水膜厚度和进口水膜雷诺数近似呈1/2指数幂关系,与来流马赫数呈反比关系,与出口背压呈弱负指数次幂关系;水膜流速与出口背压近似呈线性关系;水膜附加损失对水膜流量的变化较为敏感,对来流马赫数并不敏感;透平静叶压力面侧水膜厚度分布较为均匀,在叶顶角区的叶片表面出现水膜聚积,吸力面侧水膜厚度变化较为剧烈,在叶顶和叶根角区的叶片表面出现水膜聚积。从而得出影响透平叶栅通道中水膜分布的机理是,壁面曲率通过影响相间剪切力来影响壁面水膜厚度和速度的分布,端壁上从压力面到吸力面的二次流引起水膜向吸力面侧聚积,通道涡和角涡引起的径向压力梯度导致叶片表面水膜沿叶高重新分布,水膜聚积对叶片表面的压力分布和出口气流角产生显著影响。     

旋流纺纤维气流引导装置内部流场的数值计算

建立了纤维气流引导装置的3．D结构模型,应用计算流体力学软件ANSYSCFX对模型内气流场进行数值模拟,表征了引导装置内部三维流场的流动状态,分析了流场与纤维引导机制的相关关系,并考察喷射孔倾角对其内部流场流动特征的影响。结果表明：压缩气流经喷射孔后在纱道内形成三维旋转气流;切向速度沿纱道轴向与径向存在差异,会造成涤纶长丝上的捻度不匀;轴向速度在管壁附近处较大,涤纶长丝和纤维易与壁面碰撞。