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.     

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。     

熔融还原炼铁熔融气化炉移动床区域内炉料流动的离散单元法模拟

建立熔融还原炼铁(coal reduction extreme,COREX)工艺熔融气化炉移动床区域炉料流动离散单元法(discrete element method,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。     

高炉无钟炉顶中炉料运动的理论解析

本文应用经典力学原理,结合散体力学知识,全面分析了炉料在无钟炉顶设备中的运动。当炉料在圆形滑槽、旋转溜槽内运动时,在其当量摩擦系数μ_α及质心位置均发生变化的条件下,建立了炉料运动的数学模型,实验测定结果证明了它的适用性,从而在理论上对料流变宽问题进行了初步的考察,并讨论了各操作参数对炉料运动轨迹的影响。     

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.     

热压铁焦对高炉综合炉料熔滴性能的影响

利用荷重还原软化熔融滴落实验研究了热压铁焦添加量对高炉综合炉料滴落性能的影响.研究结果表明,随着热压铁焦配比的增加,综合炉料软化区间逐渐加宽,从206.3℃增加到218.9℃;熔化区间逐渐收窄,从171.1℃降低到124.8℃,软熔带逐渐变窄且位置下移;综合炉料滴落压差下降,滴落率先升高后降低,在热压铁焦配比为30%时达到较高值40.58%;综合炉料熔滴总特征值逐渐降低,料层透气性改善.一定量的热压铁焦有助于改善综合炉料熔滴性能,其适宜添加量在30%左右.     

高炉气流压强梯度场研究及其理论和实际意义

煤气流影响高炉炉料及渣铁运动的基本力学因素不是热风(煤气)压强的绝对值或总压差,而是压强梯度矢量场的性质。本文通过理论推导和实验论证压强梯度是作用于炉料及渣铁的一种体积力,并证明局部压强梯度超过炉料容积重量是炉内发生悬料的力学条件。对成渣带、风口循环区外以及渣铁滴落带的液相行为作了分析。此外,压强梯度是描述流速场和压强场,建立高炉散料流体力学模型的重要杠杆,而流体力学模型又是传热和传质模型的基础,从本研究得出指导生产的重要结论。     

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.     

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.     

稀土料液中自由酸度的测定

研究了在稀土、铀、钍及铁等元素存在下自由酸度的测定，标准回收完全，适用于稀土料液自由酸度的测定。     

高炉炉缸死焦堆对渣滞留率的影响

采用三维动量守恒方程、标准k-ε双方程模型、VOF多相流模型以及多孔介质模型模拟计算了不同死焦堆状态下炉缸内的渣滞留量.结果表明:炉渣滞留主要集中在死焦堆中,死焦堆外围焦炭分布是决定渣滞留率的关键;最低渣-铁界面以下区域的状态对总渣滞留率影响很小.由于铁口附近渣铁水流速远大于死料柱中流速,形成了向铁口倾斜的气-渣界面,当铁口来风时需停止出铁,导致部分炉渣来不及排出炉缸,因此改善死料柱透液性是减少渣滞留量的有效手段.     

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.     

高炉炉缸死焦堆受力分析与计算

建立了一个特殊情况下死焦堆在炉缸中的受力模型,推导出了最小死铁层深度的计算公式,并用某高炉解剖数据进行了验证,结果表明该模型可靠.在此基础上提出了一般条件下的死料柱受力模型,推出了一个用于估算一般情况下死焦堆浮起高度的公式,并讨论了死焦堆浮起高度与炉渣液面高度的关系.     

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.     

高炉内透气性分布技术的研究

研究透气性沿径向上分布的目的,在于寻求控制炉料和煤气沿径向上合理分布的可测参数,使高炉内能量充分利用。本文在模拟高炉送风和下料的双种条件下,对影响径向上透气性分布的 O/C 比和含粉率的分布进行了测定。实验表明,气流速度对炉内炉料堆角变化的影响,是造成径向上 O/C 比变化的主要因素。在流速相同时,正分装和倒分装造成的堆角变化规律相反。炉料中粉末含量的变化,不仅增加了料柱的气流阻损,更重要的是破坏了正常布料的规律,降低了高炉内能量的利用。     

“常压潜水装具浮力包”在静压下浮力值变化的研究

本文是通过实验方法来测定“常压潜水装具浮力包”在静水压下浮力值的变化情况。“浮力包”全部浸入水中,在静水压力下其浮力值的变化是通过系在“浮力包”下端的浮力传感试棒上的应变片,采用惠斯顿电桥电路测量原理测出应变片的应变值(ε)的变化,根据浮力传感试棒的拉力(F)和应变值(ε)的关系曲线得到“常压潜水装具浮力包”在不同静水压下浮力值的变化。     

基于铁矿物还原的拜耳法赤泥熟料烧结

利用铁化合物在熟料烧结过程中可被煤粉还原为单质铁的特性,实验研究赤泥炉料在还原烧结条件下的反应行为和性质。研究结果表明:在还原烧结条件下,赤泥熟料的熔化温度大于1 250℃,且烧结炉料的铁铝比(即Fe2O3与Al2O3的物质的量比n(Fe2O3)/n(Al2O3))对熟料的熔化温度和熟料中氧化铝的溶出率无显著影响,高铁赤泥熟料的烧结温度和烧结温度范围显著提高;还原烧结赤泥熟料中氧化铝和氧化钠的溶出率随烧结温度的升高而升高,而与炉料配煤质量分数和钙硅比之间存在极值性关系,适当提高炉料的碱比有利于提高熟料中Al2O3的溶出率;赤泥熟料还原烧结的适宜条件是:温度为1 200~1 250℃,炉料碱铝比NR≈1.10,钙硅比CR=1.6~1.7,配煤质量分数wc≈6%。在该还原烧结条件下,铁铝比n(Fe2O3)/n(Al2O3)为0.3的赤泥熟料中Al2O3的溶出率可达91%~93%,Na2O的溶出率大于92%。     

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。     

高炉原燃料分级布料过程及时序

针对目前高炉原燃料质量恶化导致料柱压差升高的现状,寻求通过布料改善料柱透气性的方法.研究表明:不同粒径颗粒的混合会减小散料层的空隙度,降低透气性;减少颗粒混合,可以提高空隙度.为了改善散料层的透气性,研究了原燃料按颗粒大小分级布料的方式、不同粒级炉料的装料顺序及周期,同时分析了串罐、两并罐及三并罐无钟炉顶的布料特点.研究结果对降低高炉料柱压差及保障高炉稳定顺行有重要作用.     

COREX熔融气化炉内料柱的透液性指数及影响因素

休风时对COREX熔融气化炉进行风口取样,通过对风口试样的检测分析,用压差度的倒数表示炉内气相对料柱透液性的影响,用空隙度和温度强度的乘积表示炉内的渣铁液相对料柱透液性的影响,建立了表征熔融气化炉料柱透液性的公式.对两批风口试样的研究发现,熔融气化炉内不同位置风口试样的透液性指数与相应位置的滞留铁比呈现一致的对应关系.进一步分析了透液性指数的影响因素,发现在炉况不顺时,未反应完全的酸性脉石直接落入炉缸,导致沿风口径向部分位置的渣样熔化温度高于1500℃,影响了渣铁流动性.提出了增加料层厚度、采取合理的造渣制度、控制均匀的煤气流分布等技术措施,为改善熔融气化炉内料柱的透液性提供帮助.