高炉喷吹焦炉煤气风口回旋区的数学模拟

基于质量平衡和热量平衡理论,建立了高炉喷吹焦炉煤气风口回旋区数学模型,系统研究了焦炉煤气喷吹量对回旋区焦炭质量流量、理论燃烧温度、炉腹煤气量、炉腹煤气组成和回旋区形状的影响.研究表明:在维持高炉现有的基准操作不变的条件下,随着焦炉煤气喷吹量的增加,理论燃烧温度呈降低的趋势,而炉腹煤气量呈增加的趋势;为了维持理论燃烧温度和炉腹煤气量与基准操作一致,可通过降低风量和提高富氧率进行热补偿.热补偿后,随着焦炉煤气喷吹量的增加,焦炭质量流量呈上升趋势,炉腹煤气中还原气体积呈增加趋势,回旋区体积呈缩小趋势.每增加1 m3/s的焦炉煤气喷吹量,焦炭质量流量上升1.74%,炉腹煤气中还原气体积增加2.04%,...     

高炉风口煤粉及回旋区焦炭燃烧过程数学模型

通过对高炉风口粉煤燃烧及回旋区焦炭燃烧过程中高炉工作环境的探讨,得出数值模拟的方法在喷煤高炉风口煤粉及回旋区焦炭燃烧研究中的必要性,回顾了前人应用数值模拟的实验方法在此方面的研究,总结出了煤粉喷吹过程气-粒两相湍流流动数学模型;煤粉挥发分热解及辐射传热数学模型;回旋区焦炭颗粒燃烧能量方程,最后提出了基于CCD技术的数值模拟边界条件设定的新构想.     

高炉直吹管和回旋区煤粉燃烧数学模型

根据高炉喷吹煤粉燃烧特点,对直吹管和风口回旋区分段模拟,以直吹管模拟结果作为回旋区输入.回旋区数学模型在直吹管数学模型的基础上进行修正,为简化计算模型,用附加力修正焦炭回旋运动对气流产生的影响,回旋区焦炭燃烧量和回旋区大小根据经验公式确定.对直吹管和回旋区采用分段模拟,更加接近高炉实际情况,有利于提高数值模拟的准确性.     

高炉直吹管和回旋区煤粉燃烧数学模型

根据高炉喷吹煤粉燃烧特点，对直吹管和风口回旋区分段模拟，以直吹管模拟结果作为回旋区输入。回旋区数学模型在直吹管数学模型的基础上进行修正，为简化计算模型，用附加力修正焦炭回旋运动对气流产生的影响，回旋区焦炭燃烧量和回旋区大小根据经验公式确定，对直吹管和回旋区采用分段模拟，更加接近高炉实际情况，有利于提高数值模拟的准确性。     

高炉风口回旋区断面温度场数值化研究与应用

对风口回旋区内煤粉燃烧火焰断面温度场分布进行数值化研究,有助于诊断高炉风口回旋区煤粉的燃烧状态和了解炉缸的工作状况,同时可以指导改进氧煤燃烧器,改善氧煤燃烧工艺和高炉喷煤操作.采用非接触辐射测温理论和技术,建立了高炉风口回旋区断面图像的二基色(RG)信息与温度间的关系模型,进行了二维平面投影火焰温度场测量,并绘制了回旋区断面温度场等高线.试验结果表明:这种测温技术可行,与抽气式热电偶测量结果相比,准确度达98.09%.     

SiO2还原对高炉风口前理论燃烧温度的影响

风口前理论燃烧温度是衡量炉缸热状态的重要参数之一,而SiO2在风口前被碳还原对其产生的影响一直被忽略.通过实验研究了高炉风口前不同位置的试样,得到进入风口回旋区焦炭的温度和不同位置试样渣中SiO2的含量,从而确定出在风口回旋区SiO2的还原率,并建立了考虑SiO2还原情况下理论燃烧温度的计算公式,最后在富氧喷煤的条件下,分析和讨论了煤粉中灰分变化对理论燃烧温度的影响因素.     

高炉圆周方向焦炭非均-消耗条件下固体流研究

利用三维离散元法对5000m3高炉圆周方向风口回旋区焦炭非均一消耗条件下,炉内固体炉料的速度、应力分布以及炉墙和炉底的受力情况进行了分析.结果发现,炉口料面料层结构、炉料速度和应力以及炉墙炉底受力呈非对称性分布,死焦堆增高,且在其表面存在狭长的滑动粒子带.     

高炉风口回旋区工作状态监控技术的研究现状

在高炉生产过程中,只有从风口窥视孔可以直接观察高炉内的情况,操作者十分关注高炉风口区的工作状况,并将其作为判断和控制高炉操作的重要依据之一.风口前的监测可以获得喷煤高炉在风口处煤粉输送情况,还可以根据风口亮度与煤粉燃烧数值模拟结合,研判煤粉在风口回旋区的燃烧状况及温度分布等.简述了国内外在高炉风口回旋区温度检测、工作状态的监控技术的研究现状,提出利用数字图像处理技术与数值模拟结合,解决高炉风口回旋区工作状况监测和控制的思考.     

酒钢4号高炉炉凉的处理与分析

对酒钢4号高炉炉凉的原因及处理进行了总结和分析,认为,低料线、连续崩料及管道是炉凉的主要原因。采用集中加净焦、减轻焦炭负荷、堵风口、控制较高炉温、降低碱度等措施使炉况得到迅速恢复。     

西宁特钢1080 m~3高炉炉况失常过程分析

针对西宁特钢1 080 m~3高炉炉况失常状况,对其原因及处理过程进行了分析和总结,认为焦炭质量变差是炉况失常的主要原因,造渣制度不合理、炉况管理不到位、趋势判断不准确、炉况调剂不及时、休风频繁、复风过快加剧了炉况的进一步恶化。通过改善原燃料质量,提高渣铁物理热,调整布料矩阵,采取了堵风口复风、增加出铁次数、加萤石和锰矿洗炉等措施后,炉况逐步恢复。实践表明,焦炭质量变差后炉内高温热裂碎化和机械撞击摩擦破损严重,产生大量粉焦,骨架作用减弱,严重影响料柱的透气性和透液性。     

预测高炉回旋区深度和变化规律的数学模型

综合考虑力学因素和高炉中燃烧反应对风口回旋区的影响,提出了描述高炉风口回旋区形成和变化规律的静态和动态模型.模拟结果表明,静态模型能准确地预测高炉回旋区的深度,动态模型可以描述鼓风速度改变时回旋区深度随时间的动态变化过程.最后得出了高炉回旋区形成和变化的规律:鼓风推力使料层迅速移动,导致回旋区大小迅速变化,形成回旋区"雏形",燃烧反应修复回旋区的大小和形状,维持回旋区的稳定.在整个回旋区变化过程中,摩擦力对于维持回旋区的稳定起着重要作用.模型预测结果与高炉风口回旋区的实测值以及其他研究者的实验结果是符合的.     

高炉风口回旋区影响因素的冷态实验分析

以重钢5号高炉实际尺寸和操作参数为基础,假设高炉风口未喷吹煤粉,回旋区内的流动为气固两相流动,且气相的流动属于粘性不可压缩流动,根据相似理论建立了高炉回旋区三维冷态实验模型,分析回旋区的形成机理及影响因素。结果表明:鼓风量、料层物理属性、料层高度以及风口直径对回旋区大小和形状均有影响。随着鼓风量的增大,回旋区穿透深度和高度均不同程度的增加,当鼓风量过大时,回旋区顶部炉料上浮,椭球形的回旋区形状不再存在。同一鼓风量下料层的粒径与密度比越大时形成的回旋区穿透深度越小,反之越大。料层高度对回旋区穿透深度的影响不大。风口直径对回旋区穿透深度的影响较明显。     

氧气高炉新型氧煤燃烧器设计参数对风口区流场影响数值模拟

氧气高炉通过向风口回旋区喷吹煤粉以及脱除CO_2的循环高炉煤气,可有效降低CO_2排放。运用CFD商业软件,建立风口回旋区三维模型,针对氧气高炉所设计的新型燃烧器中氧煤枪数量及其与直吹管所呈角度和空间物理位置对风口回旋区流场的影响进行数值模拟。研究结果表明:采用单支氧煤枪操作,当其位于直吹管上部时,煤气流速度随喷吹角度由7°~15°变化时逐渐减小,且夹角为9°较为适宜,当其位于下部时,随着夹角越大,对风口回旋区深度增加越有利;采用双氧煤枪操作,当其在直吹管上下、左右分布时,夹角分别为11°和13°较合理;当单支氧煤枪位于直吹管上方且夹角为9°、距离d为75 mm时能较好地促进风口回旋区深度增加并保持足够的鼓风动能。     

高炉风口回旋区内温度分布的模拟分析

基于Fluent软件,采用预混燃烧模型对高炉风口回旋区内温度场进行模拟,分析风量、风压、喷煤量等参数对高炉风口回旋区内温度分布的影响。结果表明,随着风量、风压、喷煤量的增加,风口回旋区内温度最高处离风口端部的距离逐渐增大,风口回旋区内最高温度逐渐降低;风口的堵塞会使风口回旋区内温度最高处与风口端部的距离缩短,使风口回旋区内最高温度升高。     

回旋区煤粉燃烧过程与辐射图像的关联性

高炉喷吹煤粉的喷煤枪出口到回旋区中心是煤粉燃烧的关键区域，为建立高炉回旋区煤粉燃烧与辐射图像之间的关联关系，以燃烧过程数值模拟和辐射图像信息与燃烧空间温度分布的关联性为基础，建立了二维辐射图像信息与高炉风口回旋区内三维辐射能的关系。提出将辐射图像信息作为煤粉燃烧过程数值模拟的辐射边界条件，借助燃烧过程数值模拟技术来估计燃烧介质辐射特性参数的非均匀分布，得到了高炉回旋区煤粉燃烧过程数值模拟与辐射图像处理相结合的方法，提出了一种利用二维成像技术测量三维温度场的方法。     

高炉风口CCD成像监测系统的研制

介绍了高炉风口CCD成像监测系统的研究现状、设计原理、系统组成和系统测试．高炉风口成像监测系统可将风口工作状态连续显示在操作室的监视器上，使高炉操作者能够随时观察到所监测风口亮度、活跃程度、喷煤状况、风口破损情况等现象，提高操作的准确性．利用数字图像处理技术对回旋区火焰图像进行处理，得到了回旋区内的温度分布．实验室测试结果表明，图像的数字化温度分析结果与实测鲒果的误差在3％以内，系统能够满足工程需要．     

高喷煤比时高炉炉尘灰中含碳物质研究

测定了高喷煤比的高炉炉尘(重力灰和瓦斯灰)中矿物组成,给出了在不同煤比条件下未消耗焦炭和煤粉面积比.分析了高喷煤比对高炉炉尘中碳质量分数和未消耗煤粉比例的影响.确定了宝钢高炉在高喷煤比时高炉炉尘中未消耗煤粉量、焦炭颗粒量和煤粉在高炉内的利用率.通过试验发现,随着喷煤比增加,炉尘量增加,但在高喷煤比后,炉尘量波动较大.高炉炉尘中未消耗碳量和煤粉量随着喷煤比的增加逐渐增加,而未消耗焦炭量不受喷煤比变化的影响,基本上保持在3 kg.t-1的水平,表明宝钢高炉焦炭品质很高.     

高炉布料过程中焦炭坍塌现象的模型研究

为了精确预测高炉炉料分布，开发了高炉布料数学模型。运用土力学边坡稳定理论，定量表示了焦炭向高炉中心的坍塌量。模拟结果与实测结果比较符合，证明此模型是适用的。结果表明，由于坍塌焦炭的积累，阻碍了矿石滚向高炉中心，明显改变了高炉边缘到中心的矿焦比。焦炭层的坍塌程度受布料模式、焦炭层的料面形状、矿石种类及配比、矿石批重和煤气流速等因素的影响，因此随着炉况的变化，焦炭层的坍塌状况也随之发生变化。     

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     

炉顶布料方式对高炉长寿的影响

分析了高炉长寿与炉顶布料的关系，中心加焦可促进中心气流发展，减轻煤气对炉墙的冲刷；环布碎焦可有效隔热且避免矿石粘结墙，使炉墙免侵蚀并消除吉厚，结瘤，采用此二项技术可使高炉长寿，热损失减少故亦有利节能。