COREX竖炉内部结构对物料运动影响的物理模拟

建立COREX竖炉三维半周冷态模型,物理模拟炉内结构对物料运动的影响,考察不同操作条件下AGD梁及导流锥对物料运动流型的改变。模拟结果显示:无AGD梁COREX竖炉内物料运动流型呈现‘一’→‘U’→‘W’的演变过程,而AGD竖炉则在围管区域经历波浪型及初始‘W’流型,AGD梁影响围管区域物料的均匀下降。非工况单侧停机条件下,AGD竖炉内物料活跃区面积减小,死料区面积增大,易引起炉内无滑移物料的接触挤压时间变长,导致炉料的黏结结块,造成炉况的进一步恶化。非对称排料(7.29~14.6 r/min)时,无AGD竖炉上方物料均匀下降,而AGD竖炉内一侧物料运动行为相对独立于另一侧。竖炉下部导流锥有利于促进竖炉上部物料均匀下降和竖炉下部的顺滑排料。     

COREX熔化气化炉物料运动的物理模拟

以COREX熔化气化炉实际尺寸和操作参数为基础,根据相似准则建立了COREX熔化气化炉模型,用以研究气化炉内物料运动过程。实验采用聚乙烯粒子作为模型的填充物料,并选用绿豆作为示踪颗粒,分析研究了气化炉内鼓风流量和排料速度对物料运动流型和运动轨迹的影响。结果表明:随着排料速度的增加,停留时间减小,死料柱顶点位置降低,物料下降运动变得不均匀;随着鼓风流量的增加,上部料层的下降更加均匀;非正常排料时,熔化气化炉内物料的运动将很不均匀,气化炉一侧物料的运动并不受另一侧物料的影响;位于死料柱正上方的颗粒下降速度最慢并向排料口弯曲;位于风口回旋区正上方的颗粒下降速度最快,鼓风导致风口回旋区上方的颗粒停留时间减小;靠近炉墙处的颗粒,其下降过程一直沿炉墙下降,直至靠近排料口时发生弯曲。     

高炉内炉料流动模式及力链分布的离散元模拟

基于离散元数值计算方法,建立了高炉内炉料颗粒尺度运动行为的数学模型,主要研究固体炉料的运动模式和颗粒间相互作用力链的分布.结果表明:建立的离散元模型计算获得了炉内颗粒间的介观力链结构,炉底中心部位存在强力链结构支撑高炉料柱,最强力链结构对应于死料柱区,而且离散元模拟也给出炉内固体料运动模式由四个区域构成,分别为死料柱区、活塞流区、准静态滑流区和沟流区,而沟流区的力链最弱.     

COREX竖炉围管堵塞位置及其演变过程的物理模拟

建立COREX竖炉三维半周物理模型,模拟竖炉围管粉尘初始堵塞位置及其演变过程,考察鼓风量、排料速度、非工况排料等操作条件对围管粉尘堵塞的影响.模拟结果显示,COREX竖炉围管初始堵塞位置为AGD架梁圆管前方的8#~12#导气槽区域.当导气槽前端填充床内形成粉尘沉积区后,若沉积区向上发展速度大于其随物料向下运动速度,粉尘沉积区向围管方向发展,并逐步堵塞围管导气槽,进而在围管内形成粉尘堆积区.该堆积区在围管内继续发展,使得其堆脚向围管远端运动,从而逐步将远端导气槽堵塞.此外,模拟发现随着排料速度加快及鼓风量增加,围管内不易发生粉尘堵塞.当炉内非工况条件发生时,粉尘堆积的动态平衡被打破,易造成围管内粉尘的堆积堵塞.     

COREX竖炉布料规律的数学模型

通过建立布料过程的数学模型研究了COREX竖炉的布料规律,改进了空区料流轨迹模型使其可以考虑溜槽内料流厚度和宽度分布及炉料粒度的影响,并用多条线段联合描述料面形状.研究表明:炉料在溜槽末端出口处的料层厚度和炉料的粒度分布决定了炉料在空区的料流轨迹;炉料离开溜槽末端速度与溜槽倾角成反比关系,与溜槽转速成正比关系;炉料在炉喉的落点位置离炉喉中心距离与溜槽倾角、溜槽转速成正比关系.利用该模型可计算出不同布料模式和布置不同炉料时料堆长大过程和形成的料面形状.     

轴流导叶式旋风管内气固两相流的实验研究

为研究颗粒分离机理,提高分离性能,采用五孔球探针测试仪及等动采样法对轴流导叶式旋风管内气固两相流速度与压力分布进行了测量,并分别对不同导流锥和排尘结构参数下的纯气流流场及颗粒浓度场分布进行了对比分析。实验结果表明,旋风管内气流切向速度分布呈典型的准Rankin涡结构,固相颗粒分布在离心力作用下沿径向分为近壁的密相区与中心的稀相区。减小导流锥下口内径,采用带有排尘侧缝的单锥排尘结构有利于旋风管内颗粒的分离。     

轴流导叶式旋风管内气固两相流的实验研究

为研究颗粒分离机理，提高分离性能，采用五孔球探针测试仪及等动采样法对轴流导叶式旋风管内气固两相流速度与压力分布进行了测量，并分别对不同导流锥和排尘结构参数下的纯气流流场及颗粒浓度场分布进行了对比分析。实验结果表明，旋风管内气流切向速度分布呈典型的准Rankin涡结构，固相颗粒分布在离心力作用下沿径向分为近壁的密相区与中心的稀相区。减小导流锥下口内径，采用带有排尘侧缝的单锥排尘结构有利于旋风管内颗粒的分离。     

COREX竖炉螺旋结构对物料运动影响的DEM模拟

基于离散单元方法建立了三维COREX-3000竖炉模型,通过模拟研究比较了宝钢螺旋与设计的均匀下料螺旋的下料均匀性指数、物料流型和物料下降速度在炉内的分布.结果表明,宝钢螺旋的下料均匀性指数在第1节到第5节螺旋上都较小,最大值在第4节螺旋上为0.36,而设计螺旋的下料均匀性指数在整个下料段都接近1,在理论上达到了均匀下料的目的;从宏观上看,设计螺旋在整个竖炉高度上的物料流型比宝钢螺旋更均匀;在围管下方设计螺旋沿竖炉径向的下料速度比宝钢螺旋均匀,在围管上方螺旋结构对物料下降速度的影响很小,下料模式接近活塞流.     

喷动床导向管内粗颗粒的动特性

喷动床是处理粗颗粒物料的高效反应器．应用粒子图像测速仪（PIV）研究了喷动床导向管内粗颗粒物料的运动规律，测量了粗颗粒物料的瞬态流场及湍流度分布．粒子运动速度基本是轴对称的，轴心处速度最高；而在近壁处低，当喷动气流速度增加时粒子湍流度也增加，轴心处湍流度高于近壁处的湍流度．管中的流动湍动十分剧烈，湍流度始终很大，这加强了气流和物料间的热量和质量的传递．     

扰流锥对立式涡流空气分级机流场和颗粒分级性能的影响

立式涡流空气分级机淘洗区内部结构是影响其流场分布的重要因素之一,采用数值模拟方法对淘洗区内有、无扰流锥两种不同结构下的空气分级机流场分布及颗粒分级效果进行对比分析。数值模拟结果表明：扰流锥可以阻碍旋涡的形成,使得淘洗区筒体内气流绝对速度整体变小,高频脉动湍涡数量减少;扰流锥减小了环形区和转笼叶片间通道气流径向的速度波动,使得流场分布均匀,有利于提高分级精度。然而,扰流锥的存在使得气流上升过程中的能量消耗增大,导致气流速度降低。碳酸钙粉体分级实验和离散相模拟结果相吻合,物料分级实验结果表明,当进风口风速29 m/s、转速800 r/min时,扰流锥的存在可以使分级粒径减小13.2%,分级精度提高4.2%;然而扰流锥的存在会妨碍粉体在淘洗区筒体内充分分散,导致粗粉中残留较多细粉,旁路值增大1.4%,产生“鱼钩效应”。     

COREX熔融气化炉移动床区域内炉料流动的DEM模拟

建立COREX工艺熔融气化炉移动床区域炉料流动的DEM模型。通过炉料自然堆积过程的DEM模拟,确定了固体颗粒之间的滚动摩擦系数。炉料流动的DEM模拟结果与试验研究结果吻合的较好。研究了移动床区域炉料的流动规律、死料柱形状及尺寸以及颗粒间法向应力的分布规律,同时分析了风口回旋区炉料消耗速率对应力分布的影响。研究结果表明：熔融气化炉移动床区域可分为四个不同的子区域,死料柱区域法向力最大,其次为壁面附近区域,稳定流动区和活跃区内颗粒之间法向力最小。     

高速摄像机图像处理法确定风口回旋区边界

通过建立COREX熔化气化炉的对称半体冷态模型,利用高速摄影的手段跟踪示踪颗粒,得到观察面板处风口回旋区域的颗粒运动信息.通过对大量颗粒运动信息的处理得到风口回旋区的颗粒速度标量场,将其与目测结果对比,确定0.15m/s以内的颗粒速度标量场为风口回旋区域.本研究结果可为COREX熔化气化炉及高炉等的理论研究或数学模拟提供准确的边界条件.     

喷吹焦炉煤气对COREX竖炉还原的影响研究

为降低COREX的固体燃料消耗,焦炉煤气(COG)作为一种清洁、高热值能源被引入到COREX炉中,以替代原有的循环冷却煤气。计算了不喷吹焦炉煤气、喷吹焦炉煤气以取消冷却煤气和喷吹焦炉煤气以取消冷却煤气和过剩煤气(完全取消煤气冷却)三种情况下入竖炉煤气的成分,并通过实验室模拟试验,对焦炉煤气中的甲烷在竖炉中的行为和含铁炉料还原情况进行研究。结果甲烷在竖炉中存在少量的分解,竖炉喷吹焦炉煤气会降低含铁炉料还原。     

COREX 3000竖炉炉顶的布料过程

以COREX 3000预还原竖炉炉顶的万向节布料器为研究对象,根据量纲和谐原理推导相似准数,并按照1∶5比例建立冷态模型,研究了布料器操作参数对布料规律的影响.研究结果表明:方向节布料器溜槽倾角变化对堆密度径向分布影响显著,随着倾角增大,堆密度最小值向炉墙侧移动;料线高度增加,使堆密度峰值降低,且向炉墙侧移动;溜槽转速对堆密度分布影响较小.     

COREX-3000竖炉炉顶布料过程的DEM仿真

COREX-3000预还原竖炉内的煤气流分布直接影响着煤气利用率、直接还原铁的金属化率和炉料顺行,而炉顶布料制度是调节煤气流分布的主要手段.基于离散颗粒动力学原理,建立COREX-3000竖炉布料的DEM数值模型,确定了模型参数,并对布料过程中的颗粒速度变化和颗粒分布情况,以及形成料堆的料面形状和料堆结构进行了颗粒尺度的分析.模拟结果表明混装布料时,粒径小、密度大的矿物颗粒易于穿过表层的大粒径、密度小的燃料颗粒层,从而表现出在料堆的表层大颗粒富集.     

球团竖炉内气体流动的数值模拟

根据气固填料床动力学,建立了“导风墙-烘干床式”球团竖炉内气体流动的数学模型·运用自编程序数值求解炉内速度场,研究炉内气体流动的基本规律,探讨竖炉操作参数对炉内气体流动的影响规律·结果表明:焙烧风和冷却风在进口处呈放射状,之后斜向上或斜向下分别流入焙烧-预热带和导风墙内;整个均热带内气流较为薄弱;炉内存在三种气流分流的可能,流入风量比是决定气流分流的最主要因素,其中,流入风量比增加,焙烧风下行趋势增大,而冷却风上行趋势减小;临界流入风量比主要取决于结构参数和料层情况