涟钢KR法脱硫过程铁水温度变化规律研究

采用多元线性回归方法建立了涟钢KR法铁水预处理过程中铁水温度的变化模型,并利用此模型对涟钢KR法处理过程中铁水温度变化规律和影响脱硫过程温降的主要因素进行研究.结果表明,导致铁水温降的主要因素依次是搅拌时间、脱硫剂量、脱后扒渣时间和铁水等待时间;采用KR法处理过程中,铁水温降为24～53 ℃,允许KR处理最低温度约为1 210 ℃;通过合理确定脱硫剂加入量及搅拌强度、提高扒渣速度和缩短铁水等待时间可减少过程温降,降低处理成本.     

KR法长寿搅拌器的研究与应用

为提高莱钢集团银山型钢炼钢厂KR法铁水炉外脱硫的功效,降低脱硫剂的消耗及操作成本,分析了KR法铁水脱硫的部分工艺参数对脱硫效率的影响,通过对KR搅拌法脱硫设备和技术的研究,采取优化搅拌器外型尺寸和结构,研制应用高性能浇注料和修补料,研究应用长寿高效的施工工艺和使用维护工艺等一系列有效措施,大大提高了KR搅拌器使用寿命,实现KR铁水脱硫预处理工艺低耗、高效运行。     

挡板改善KR法脱硫搅拌效果的数值分析

为了改善KR法脱硫搅拌效果,本文在铁水罐内添加控流装置,并应用Fluent软件,采用VOF模型对罐内的搅拌流场进行了数值分析,研究了挡板的布置方式、数量与宽度对流场特性的影响。结果表明,铁水罐内设置挡板能够抑制中心漩涡的形成,扩大脱硫剂颗粒在罐内的分散区域;布置4块高度为铁水罐高度1/2、宽度为铁水罐直径1/10的短挡板时,罐内的强制涡流区基本消除,铁水罐底部仍保持较快的流场速度,搅拌效果最佳。     

京唐公司管线钢KR法脱硫

研究了京唐公司采用KR法进行铁水预处理生产管线钢时的脱硫率及其影响因素。结果表明：随着初始硫含量的升高,脱硫剂用量增加,铁水预处理的脱硫率越大;在硫含量相同的情况下,铁水初始温度越高,喷吹速度增加,脱硫率越高。对京唐公司采用KR法进行铁水预处理操作时的生产数据分析知,处理后铁水中硫含量小于0.002%的炉次占总处理炉次的95%以上,可满足生产需求。     

KR法铁水脱硫的流动数值模拟分析

基于Fluent软件,采用VOF和DPM模型对KR脱硫搅拌槽内的流场和脱硫剂颗粒运动进行数值模拟,研究搅拌槽内的流场特性和搅拌头的转速对颗粒运动轨迹的影响。结果表明,搅拌初期槽内自由液面中心在下凹的过程中伴有上涌和回落的现象;流场稳定后,流体在壁面处形成上、下对称的两个涡流,而在搅拌头的底部容易形成死区;提高搅拌头的转速有利于提高槽内流场的轴向速度,有利于脱硫剂颗粒在槽内均匀悬浮,从而提高脱硫效果。     

承钢铁水连续脱硫装置开发与结构优化

为解决承钢铁水连续脱硫问题,开发了一套设备紧凑、操作方便的脱硫装置;基于湍流模型与多相流模型的耦合,对脱硫装置内铁水流动情况进行了计算模拟;分析研究了挡墙和喷枪位置对脱硫装置内铁水流动的影响.模拟结果表明:通过对挡墙和喷枪位置的优化,增加了铁水在包内的循环流动途径,使脱硫粉剂与铁水反应时间增长;在靠近脱硫装置出口位置设置挡墙,喷枪距挡墙1/2L时,脱硫装置内流场最好,可以实现铁水与脱硫剂的充分混合,从而提高了脱硫率,同时实现了渣铁自动分离.     

底吹-机械搅拌耦合铁水脱硫的模拟

针对底吹-机械搅拌耦合铁水预处理脱硫的气体与熔体的相互作用过程,利用CFD商业软件Fluent 15.0和物理模拟的方法,针对某钢厂120t底吹钢包脱硫过程进行实验研究,并从流场、气体体积分布等方面研究了搅拌桨结构、搅拌转速、通气流量、偏心度对铁水包内钢液混合效果的影响.结果表明:使用SSB-D桨,搅拌转速200r/min,通气流量为1.5m³/h,偏心度0.4时,熔池内的流场分布得更均匀,镁蒸气气泡在铁水中更加分散和细化,增加了镁蒸气与铁水的气液接触面积,提高了镁蒸气的脱硫效率.     

CaO颗粒脱硫反应动力区最大粒径的实验研究

为了最大限度地降低CaO颗粒表面的脱硫产物层对二氧化硫以及氧气分子扩散过程的负面影响,用TGA-2100热重分析仪对3种自制钙基脱硫剂颗粒的脱硫反应过程进行了系列实验研究.实验结果表明 当脱硫反应温度为800 ℃时,经过水合反应的脱硫剂的动力区直径达到最大值77～150 nm; 分析纯CaO和工业级石灰的动力区直径在900 ℃达到最大值; 在反应温度和颗粒直径相同的条件下,工业级石灰的动力区直径大于分析纯CaO的动力区直径.     

3种添加剂对石灰石固硫效率的影响

针对循环流化床炉内固硫效率较低的现状,采用含硫量1.8%的煤矸石、含硫量1.98%的煤,选择石灰石为脱硫剂,按Ca:S为2,混合煤与脱硫剂;并选用NaCl、K2CO3和象草作为脱硫添加剂,分别按不同比例与石灰石混合;使用快速智能定硫仪进行脱硫实验.实验结果表明这3种添加剂可以提高石灰石脱硫率,800℃时脱硫效率最高.NaCl、K2CO3和象草的配比分别为1%、1%和20%时,煤矸石的脱硫效率最高.NaCl、K2CO3和象草配比分别为2%、1%、20%时,煤的脱硫效率最高.     

基于PIV试验的水介质液力偶合器涡轮流场仿真评价

为揭示水介质液力偶合器涡轮流场的特征及演化规律,基于计算流体动力学(CFD)技术,采用4种湍流模型(DES、DDES、IDDES、LES)仿真制动和牵引工况下的涡轮流场结构.通过粒子图像测速(PIV)试验,采用静态、动态图像标定方法实测涡轮流场图像.通过PIV流场试验结果与CFD仿真结果的对比评价4种湍流模型的适用性.结果表明:制动工况下,LES模型对主流区域多尺度漩涡流场结构的仿真结果趋于真实,流速为3. 52～3. 81 m/s,涡量为480～540 s-1; IDDES模型对叶片近壁面区域流速场的仿真表现卓越,流速为3. 14～3. 51 m/s,而DES模型对该区域内涡量场的仿真较好,涡量为500～570 s-1.牵引工况下,DDES和IDDES模型的仿真结果失真; DES模型对主流区域漩涡流场结构的仿真效果不如LES模型,但是能够体现多尺度涡旋沿圆周方向运动的基本趋势; LES模型的仿真结果与PIV试验结果吻合,能够体现沿圆周方向运动的多尺度涡旋之间的相互混合作用,流速为1. 40～3. 60 m/s,涡量为30～130 s-1.研究结果可为精确仿真液力偶合器涡轮流场提供一定的技术指导.     

高硫铁水变质处理新方法

动用稀土氧化物固态渣饼作为脱硫剂和变质剂,借助吹氩搅拌对高硫(S=0.100％)过共晶铁水进行变质处理。实验在1450℃下进行30～45分钟得到了变质处理过程中铁水化学成分变化的规律和在过共晶铁水条件下试样中石墨形态和RE、CE含量之间的规律。 结果表明在过共晶区当RE％≤(CE％-4.30％)/25时试样石墨形态为蠕虫状。当RE％≥(CE％-4.30％)/25时试样石墨形态为球状。对脱硫反应和稀土氧化还原反应进行了热力学计算和讨论,在实验条件下上述反应在热力学上均成立。     

硝酸改性褐煤半焦制备烟气脱硫剂

在硝酸质量分数分别为25%,45%和65%条件下改性褐煤半焦,制备出了烟气二氧化硫吸附剂,并在固定床反应装置上模拟烟气组成进行了脱硫活性测试。利用工业分析、元素分析、酸碱滴定和孔隙结构测定等分别对硝酸改性褐煤半焦制备的烟气脱硫剂工业组成、元素组成、表面酸碱性以及表面积、孔容等进行分析和表证。实验结果表明:随着硝酸对褐煤半焦的改性,制备的改性半焦烟气脱硫剂脱硫活性有所提高;硝酸处理造成半焦挥发分即含氧基团和含氮基团增加,导致表面酸性上升;改性半焦表面积和孔容的增加是二氧化硫脱除硫容提高的主要原因。     

大跨度斜拉桥主梁气动力特性的大涡模拟

为验证大涡模拟方法在获得桥梁主梁气动力特性上的可行性，开展了均匀流中大跨度斜拉桥扁平钢箱梁在Re=1.27×105下的绕流场三维计算流体动力学分析.大涡模拟方法采用Smagorinsky压格子湍流封闭模型，基于网格和时间步长无关检查确定的计算参数，获得了主梁气动系数统计平均值、脉动值和漩涡脱落St数随来流攻角的变化，表明三维主梁绕流漩涡脱落的频率带宽分布和展向不同步特征.基于主梁表面非定常压力时程的统计平均值和RMS值分布，分析了主梁表面的流动分离和再附特征，并建议了风洞试验测压孔的合理布置形式.与风洞实验相关结果的对比表明，大涡模拟方法是获得桥梁主梁气动力特性和绕流机理的有效方法.     

CaO-Mg铁水脱硫渣改性剂的实验研究

重钢使用CaO-Mg混合脱硫剂进行铁水预处理脱硫,脱硫渣流动性差、渣铁分离困难.解决这一问题的途径一般是采用改性剂对脱硫渣进行改性.通过研究分析,在原有重钢改性剂的基础上对其进行组分的优化,优化后改性剂的熔点930°C,在1250°C时黏度为0.627Pa·s;通过该改性剂改性的脱硫渣熔点在1350～1370°C之间,黏度小于1Pa·s.初步工业实践表明,该改性剂很好地改善了脱硫渣的物理性能,能解决渣铁分离的难题.     

铁水包吹气排渣过程的模拟

设计喷枪置于铁水包后部(相对于扒渣嘴),在扒渣开始前,通过此喷枪向铁水内喷吹气体,气体上浮后排开一定面积渣层,使表面渣向扒渣嘴方向聚集,为下一步扒渣机的操作提供便利条件,从而减少扒渣次数,提高效率,降低铁损. 使用1:3.5比例设计铁水包水模型,模拟不同工况下,气体排渣的效果. 同时采用数值模拟的方法验证水模实验结果. 实验表明喷枪浸入深度从200mm变到400mm,无渣比(无渣区域占总面积的百分比)从10%增加到30%;气体流量从4m~3·h~(-1)变到6m~3·h(-1),无渣比从30%增加到37%. 说明浸入深度越大,吹气量越大,排渣的效果越好. 数值模拟与水模型符合较好.     

卧式搅拌槽内流体混合的实验与模拟研究

对卧式单轴格子桨搅拌槽中的流体混合过程进行了实验和模拟研究;采用碘和硫代硫酸钠褪色法实验考察了不同搅拌转速时的混合特性,由数码相机记录了混合过程的快照;采用计算流体力学方法对于混合时间进行两步法模拟,先计算稳态流场,然后在此稳态流场的基础上采用加入浓度标量的方法计算示踪剂扩散情况。混合过程的模拟结果与实验数据吻合良好。     

顶入式与侧入式搅拌槽内混合特性的比较

应用计算流体动力学方法(CFD)对顶入式与侧入式搅拌槽内的流型特征、混合过程进行了数值模拟。计算采用标准k-ε湍流模型、多重参考系法和滑移网格法研究了2种形式搅拌槽的混合效率,分析了不同槽高径比H/T及桨型对侧入式搅拌槽混合性能的影响,并使用文献数据与碘一硫代硫酸钠褪色法对模拟进行了验证。结果表明:四斜叶开启涡轮桨(PBTD45)运行下顶入式与侧入式搅拌槽内主体循环均是轴向循环流;在H/T=1的搅拌槽中相同功耗情况下,顶入式搅拌的混合效率比侧入式搅拌的高,混合时间减少了约28.2%;侧入式搅拌在较低H/T比的搅拌槽内的混合效率较高,当H/T=0.6左右时侧入式搅拌的混合效率与顶入式(H/T=1)接近。PBTD6030桨与FE-4桨较适合侧入式搅拌槽中的混合操作。     

基于分离涡模拟方法的导管桨近尾流场及尾涡特性分析

基于分离涡模拟(DES)方法对设计工况下导管桨的近尾流场及尾涡特性进行数值模拟.数值计算中选用SpalartAllmaras湍流模型封闭N-S方程,采用滑移网格技术及混合网格划分方法完成导管桨敞水性能数值计算.通过分析导管桨瞬态尾流场及尾涡空间结构发现:近尾流场中螺旋桨半径区域瞬态诱导速度大,尾流中分布着连续漩涡结构,尾流加速作用明显.导管桨尾涡主要由导管剪切层涡、叶片涡系及毂涡组成,叶片涡系中包含叶梢涡、叶根涡、毂涡及相邻梢涡带之间诱导产生的S形二次涡;导管桨尾涡结构中多重涡系之间产生复杂干扰,尾涡形态出现融合、扭曲、分解并逐渐扩散.     

基于大涡模拟的平屋盖锥形涡数值分析研究

采用大涡模拟(LES)对平屋盖建筑受45°风向角作用下的表面风荷载问题进行了非稳态数值模拟分析.通过与风洞试验结果的对比得出,大涡模拟能较好地捕捉到建筑物顶面出现的锥形涡及其特性.在此基础上,研究了锥形涡作用下建筑物顶面平均风压与脉动风压的分布,以及加设分隔挡板和不同高度的女儿墙对屋面风压分布和旋涡强度的影响.研究结果表明,基于Q准则的旋涡判别法可以较好地识别斜风向下屋面形成的锥形旋涡;在背风区锥形涡与侧面脱体涡相互作用并脱落,其影响将反馈至屋面旋涡上导致屋盖两个锥形涡强度以屋面对角线为轴交替波动,此消彼长;屋面女儿墙的存在使得两个锥形涡之间的间隙变窄,旋涡足迹变阔,且屋面峰值吸力随女儿墙高度的增加而迅速减小.     

高温热处理对活性半焦烟气脱硫的影响

在600℃,700℃和800℃三个不同热处理温度下改性半焦,制备出了活性半焦烟气二氧化硫吸附剂,并在固定床反应装置上模拟烟气组成进行了脱硫活性测试。利用工业分析、元素分析和酸碱滴定等分别对活性半焦工业组成、元素组成和表面酸碱性进行分析和表征。实验结果表明:随着高温热处理温度提高,活性半焦烟气脱硫剂脱硫活性提高;热处理造成半焦挥发分即含氧集团分解,导致表面碱性上升;活性半焦表面碱性是其脱除二氧化硫的活性中心。