底吹冰铜吹炼炉中气-液流动状况的数学模拟

采用Eulerian-Eulerian模型描述了底吹冰铜吹炼炉内气液两相流行为,在模拟结果与实测结果一致的基础上,对双喷嘴在不同喷气角度下熔池内的气液两相流行为及气体含量进行模拟计算与比较.结果表明:随着喷吹角度的增大,喷溅情况相应有所减弱,在14°对喷角度下的喷溅现象最为严重.随着双喷嘴对喷角度的增大,射流轴线横向穿透距离增大,湍动能的分布区域也相应增大,气泡在容器中停留时间增加.但当夹角超过一定范围后,继续增大角度会使喷嘴口距离液面垂直距离减小,气泡在熔池中的停留时间反而减小,其中28°对喷角度下,熔池中的气体体积分数最大,而且湍动能分布范围最广.     

两排氧枪角度设置对大型底吹炉流动特性的影响

在不同氧枪倾角和角度间距下,建立氧气底吹炉仿真模型,分析不同工况对熔体流动特性的影响。研究结果表明：两排氧枪角度设置对底吹炉内流动特性的影响主要体现在炉径方向。氧枪倾角会对核心搅拌区的空间位置产生“偏移”作用,控制核心反应区向氧枪所在一侧炉壁偏移程度;角度间距会对核心搅拌区的扰动状态产生“分散”作用,控制搅拌源形成的核心搅拌区聚散程度。为了更好地调控大型底吹炉熔池气动搅拌特性,将两排氧枪角度设置为0°&15°组合较为合理,熔池内有较好的气动搅拌强度和气体分散效果,进而提高熔炼效率,且未产生熔体恶性喷溅。     

氧气高炉炉身喷吹煤气在炉内的分布

通过二维冷态物理模型对氧气高炉炉身喷吹煤气在炉内分布进行了实验研究,分别研究了炉身煤气总量、辅助风口直径以及炉身喷吹煤气量与炉身煤气总量之比对炉身喷吹煤气在炉内分布的影响.结果表明,炉身喷吹煤气量与炉身煤气总量之比对炉身喷吹煤气在炉身分布起决定性作用,而炉身煤气总量和辅助风口直径的影响较小.同时,在炉身煤气上升过程中涡流扩散效应的影响也较小.通过对根据实验数据绘制的炉身等浓度分布图进行研究发现,炉身煤气分布主要分为两个不同的区域,一个是炉身喷吹煤气主流区,另一个是从高炉下部产生的上升煤气主流区.在炉身等浓度分布图的基础上通过回归分析的方法推导出炉身喷吹水平喷吹煤气的渗透公式.此外,辅助风口被安装在炉身下部有利于铁矿石在炉身的间接还原.     

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%,...     

从炉身喷吹预热气体时氧气高炉内冶炼过程的数学模型

建立了氧气高炉从炉身喷吹预热气体时，高炉冶炼过程的一维数学模型，该模型描述了高炉炉型的变化，炉内１３个化学反应，炉墙的热损失，气－固相间的热效换及压力损失，讨论了氧气高炉冶炼的特点。模拟结果表明：随着喷吹预热气体流量增加及温度的升高，炉身上部炉料的温度升高；喷吹预热气体成分的变化，对炉身上部炉料的加热作用不大。     

高炉氧煤枪煤粉浓度场的研究

利用于发的红外透射法粉体浓度计算机测定系统，在高炉氧煤喷吹气－固两相流动模拟装置上测定了氧枪的煤粉浓度场。结果表明，在直吹管内氧煤枪出口前端截面附近，煤粉浓度呈不对称分布状态。在射流流动方向所对应的半径一侧，煤粉浓度较大，但通过调节枪位可以改善这种状况。直吹管内气－固两相的掺混甚为剧烈，使得在氧煤枪出口前端轴向距离为２．５倍，直吹管直径的截面上气－固两相混合均匀。     

摩擦和传热联合作用下等截面喷枪内气体的流动特性——(Ⅱ)计算结果及分析

以本工作第一部分中所提出的表征热源作用下管式和套管式等截面喷枪气体流动特性的基本方程和计算公式，分析了１８ｔＡＯＤ炉用套管式喷枪的气体流动特性，考察了加热和摩擦效应、供气压力、气体种类和成分等的影响，结果表明，热源的存在对等截面喷枪内气体流动特性有相当大的影响．其效果与增强摩擦效应相一致，使出口气量显著减小；对应用于实际冶金过程的等截面喷枪进行设计和气体流动特性计算时，按绝热摩擦流处理会产生相当大的偏差，必须考虑来自高温熔体和耐火炉衬等的加热效应；供气压力对等截面喷枪内的气体流动特性有决定性的作用；喷吹气体种类和成分会影响等截面喷枪内气体流动特性，对于给定的喷枪和体系，喷吹不同的气体时应根据工艺要求采用不同的喷吹参数     

高炉炼铁新技术的数学模拟研究

利用多流体数学模型对革新高炉炼铁技术进行了数学模拟,分析评价了革新操作对炉内现象及高炉生产指标的影响.这些革新炼铁技术包括高炉喷吹含氢物质实现富氢还原,高炉使用热压含碳球团实现低温炼铁,以及高炉炉顶煤气喷吹加强C和H的利用.多流体模型的模拟解析表明,高炉超高效率操作(高产、低能耗和低CO2排放)可通过这些革新技术的实际应用来实现.     

复吹转炉熔池内流体流动的数值模拟

建立了描述复吹转炉熔池内流体流动的数学模型，采用PHOENICS（Parabolic Hyperbolic or Elliptic Numerical Integration Codes Series）商用软件模拟计算．根据模拟计算结果分析了底吹、顶吹、顶底复吹等不同工况下熔池内不同截面流体的流动状况和速度分布，得出各喷枪正常工作情况下，熔池内的流动是以转炉中心轴对称的三维流动，底吹、顶吹搅拌流动的动力主区和流动迟缓的旋涡区，提出在实际生产中应设法减少或消除的流动“死区”，转炉采取顶底复吹工艺时，底吹喷枪的合理布置位置应在熔池直径的（0．5～0．7）倍圆周上．     

陶瓷过滤器脉冲喷吹清灰系统动态模型

针对在使用刚性陶瓷过滤器时难以解决其脉冲喷吹清灰的问题，利用气体动力学和流体瞬变理论建立了脉冲喷吹系统内气体流动的动态仿真模型，从而解决了由于实际管路内气体为非稳态流动而按稳态方法分析其流场会产生较大误差的问题。将由模型计算出的喷吹气体质量流量与热线风速仪的测定结果进行了对比，确定出脉冲阀的时间特性参数。利用该模型分析了储气罐容积、管线长度、喷嘴直径等参数对喷吹气体流动特性的影响。结果表明，该模型可用于分析脉冲喷吹系统的结构参数和流动参数对喷吹清灰性能的影响，且此模型的建立对气体过滤器脉冲喷吹系统的优化设计具有参考价值。     

高炉/回转窑煤粉喷吹自动控制系统

介绍了用于高炉/回转炉煤粉喷吹的自动控制系统,包括软硬件及网络配置和喷吹控制工艺.研究了无料位探测仪器的间接计量罐内煤粉方法,根据罐重减少与时间累积得到喷吹速度,再乘以周期数,得到每小时的煤粉喷吹量数据.针对由于喷煤速度计算时使用时间基数造成的喷煤速度控制出现异常现象,采用变化率限幅方法加以解决.     

陶瓷过滤器脉冲喷吹清灰系统动态模型

针对在使用刚性陶瓷过滤器时难以解决其脉冲喷吹清灰的问题 ,利用气体动力学和流体瞬变理论建立了脉冲喷吹系统内气体流动的动态仿真模型 ,从而解决了由于实际管路内气体为非稳态流动而按稳态方法分析其流场会产生较大误差的问题。将由模型计算出的喷吹气体质量流量与热线风速仪的测定结果进行了对比 ,确定出脉冲阀的时间特性参数。利用该模型分析了储气罐容积、管线长度、喷嘴直径等参数对喷吹气体流动特性的影响。结果表明 ,该模型可用于分析脉冲喷吹系统的结构参数和流动参数对喷吹清灰性能的影响 ,且此模型的建立对气体过滤器脉冲喷吹系统的优化设计具有参考价值。     

钢液中气泡和夹杂物的去除

熔池中钢液的流动、气泡以及夹杂物的大小都影响着钢液中夹杂物的去除率.研究表明,向上流动的钢液有利于夹杂物的上浮,几乎所有的夹杂物都能在钢液上升流中上浮.向下流动的钢液对夹杂物和气泡的上浮有阻碍作用,当气泡的直径小于1mm时其在钢液中将无法上浮.在钢包精炼吹氩过程中,应使用较小的吹氩量,一方面避免产生过大的气泡而降低底吹气体的利用效率,另一方面减小熔池内的钢液流速,促进气泡和夹杂物的上浮.但吹氩量也不宜过小,必须使气泡保持一定的尺寸来保证其充分上浮.在钢包精炼过程中选择吹氩量时,应综合考虑钢液流速和气泡大小的影响.     

底吹熔池流体流动的数学物理模型

本文推导了底吹熔池流场中两相区的含气率公式和密度公式,修正了涡量传输方程中的源项,改进了前人关于底吹熔池流体流动的数模。本数学模型预报的结果与水模型中实验测量结果相符。     

粒煤喷吹技术在1880m^3高炉的应用

本文研究了粒煤喷吹技术在1880m3高炉的应用。在我国,粒煤喷吹是现代高炉喷煤的一项新技术,同粉煤相比它具有工艺设备简单,投资少、效益高,应用前景广阔等优点。首先：粒煤喷吹对煤种的适应性强,特别适合烟煤,而且安全性较粉煤高,我国烟煤资源非常丰富且分布广泛、价格低廉;其次：采用粒煤喷吹技术在促进焦比降低的同时,还可以大幅度提高高炉生产率,这是因为粒煤在风口燃烧过程中对炉缸焦炭强度起到了一定的保护作用,从而使高炉炉况得到进一步改善,促进了高炉的稳定顺行。粒煤的制备是为高炉喷煤准备的,首先要满足高炉喷吹粒煤对煤粉的质量要求;其次要考虑为煤粉的顺利喷呔创造条件。本文对粒煤制备及喷吹环节目前存在的主要问题及处理措施进行了叙述,同时对粒煤在大中型高炉的应用前景进行了预测。     

侧吹金属熔池内的搅动现象

针对浸入式侧吹高碳锰铁快速脱碳技术,研究了侧吹熔池内的三维流动特征.对气体喷吹熔池进行实测,以测量结果为基础,用CFD的方法对熔池中气体射流行为进行三维数值计算研究,在计算中考虑了气液相间的滑移和气泡形成阻力对流体流动的影响.研究结果表明:G.A.Irons等有关熔池浸入式侧吹射流的描述方法用于描述金属熔池的射流行为不恰当,为此,对其进行了修正.研究结果表明,修正后浸入式侧吹能更有效吸收气体流股的冲击能量,减少喷溅,熔池中易于形成有利于体系混合的环流,因而有利于高碳锰脱碳过程的进行.     

多股流喷吹粉煤时高炉风口内粉煤浓度场分布

为了揭示改型前、后2种喷煤枪喷吹粉煤气-粒两相湍流流动过程的浓度场的分布,根据质量守恒、动量守恒、混合组分平衡的基本规律建立了高炉粉煤喷吹三维气-粒两相湍流流动过程数学模型,采用k-ε方程描述风口内气-粒两相的湍流流动,通过对Euler正交坐标下节点离散化方程的耦合关系分析求解,采有3组粒度不同的粉煤颗粒对喷枪改型前、后高炉风口湍流流动进行数值计算.计算结果表明随着粉煤颗粒粒度的增加,多股流喷枪对风口底面的低浓度特性明显,当粒度为100 μm时,喷枪对风口底面的浓度为单股流时浓度的(1)/(20);当粒度为75 μm时,为(1)/(10),当粒度为50 μm时,为(1)/(5),这与实验结果相吻合.     

颗粒堆积床内两相流动阻力及相间摩擦力

为了探究颗粒堆积多孔介质通道内两相流动阻力特性,使用不同尺寸的球形颗粒构建实验床,在碎片床冷却性实验装置(DEBECO)上进行了气-水两相流动实验.基于实验数据,对比验证了多孔介质内两相流动阻力压降预测模型,重点分析了颗粒床内气液两相相间摩擦力对阻力压降的影响.结果表明:对小尺寸(如d=1.5mm)颗粒堆积床,气液两相相间摩擦力对其两相流动阻力压降影响微弱,两相流动阻力压降随气速增大呈逐渐上升的趋势;对大尺寸(如d=6mm)颗粒堆积床,在低速下气液两相相间摩擦力对阻力压降影响显著,随气速增大,其阻力压降出现先下降后上升的趋势.     

喷嘴结构参数对陶瓷过滤管内压力波形的影响规律

测定了在直管、渐缩和缩放三种结构型式的脉冲反吹喷嘴作用下滤管内的压力波形 ,分析了喷吹压力、脉冲宽度等因素对滤管内瞬态压力的影响规律。对缩放式喷嘴的不同进出口位置的动态压力进行了测量分析。实验结果表明 ,喷嘴的结构型式对脉冲反吹有重要影响 ,并为分析缩放式喷嘴内的流动状态提供了实验基础     

氢系气体喷吹对烧结污染物释放的影响规律

采用焦炉煤气和水蒸气作为氢系喷吹介质,研究了喷吹介质、喷吹方式、气体喷吹量等因素对烧结过程典型污染物释放规律的影响.结果表明,氢系气体喷吹使烧结料层温度分布明显改善,1200~1300℃的高温区间明显拓宽;喷吹0.6%(体积分数)的焦炉煤气后,烟气中的NO_○x峰值质量浓度最高降低了约100mg/m³,平均质量浓度降低21.1%,这主要是由于燃气喷吹拓宽了有利于复合铁酸钙生成的温度区间,而蒸汽喷吹对CO的减排有明显效果.蒸汽喷吹后水蒸气与烧结原料中的碳发生水煤气反应,烧结烟气中的CO从11690mg/m³最低降至9918mg/m³,降幅达29.4%;烧结料表面同时喷吹焦炉煤气和水蒸气可以实现NO_○x和CO的综合减排.