COREX竖炉物料运动流型及瞬态特性的离散元模拟

基于离散单元数值计算方法,建立COREX竖炉内物料颗粒尺度运动行为的数学模型,研究炉内物料运动流型及其瞬态特性,特别是颗粒的瞬态速度和瞬态应力分布.模拟结果表明:COREX竖炉内存在三种类型的流动区域:活塞流区、准停滞区以及沟流区.炉内颗粒的瞬态速度分布表明炉内存在两种类型的速度波:装料过程引发的向下传播的速度波和底部排料引发的向上传播的速度波.COREX竖炉内颗粒法向应力随时间的变化较小,竖炉底部导流锥顶部存在较强的应力区,而无导流锥竖炉底部中心存在较强应力区,沟流区的应力较弱.     

COREX气化炉回旋区塌料现象及其影响初探

为了研究COREX-C3000气化炉,开发了COREX工艺静态模型和实验系统.COREX工艺静态模型是建立在物料平衡和热量平衡基础上的,根据生产现场工艺操作参数设定输入参数,计算结果用于物理实验参数的设定.COREX物理实验系统是建立在相似原理基础上的,模型设有插入式热电偶和观察面板,可获得模型内部信息.实验发现,随着排料速度、石蜡颗粒和玉米颗粒体积比、风温和风量等实验参数增大,风口回旋区越容易发生塌料现象,并初步分析风口回旋区内塌料的影响.     

COREX熔化气化炉风口回旋区CFD+DEM数值模拟

COREX熔化气化炉风口回旋区是炉况顺行的基础,在冶炼过程中起着十分重要的作用,为了描述其形状和大小,建立了CFD+DEM(ComputationalFluidDynamicsandDiscreteElementMethod)耦合模型,对回旋区形成过程及大小进行了颗粒尺度的分析.得到床层高度为04m,气体速度1174m/s的条件下回旋区颗粒空隙度分布,当吹气时间为013s时,气体入口附近有颗粒被吹开,随着时间的推进,气体动能吹开的颗粒增多,019~021s时,形成的回旋区开始稳定.对入口处不同气体速度条件下回旋区及其附近颗粒速度进行了计算模拟.模拟结果显示,风口附近颗粒在做回旋运动,并且随着入口气体速度的增大,吹开的颗粒增多,回旋区空腔增大,当入口气体速度为1174m/s和1683m/s时形成的回旋区较稳定,当入口气体速度大于2190m/s时形成的回旋区不太稳定.     

COREX熔化气化炉风口回旋区内表面积研究

风口回旋区的传热传质过程与其内表面积密切相关.以COREX熔化气化炉物理模拟为基础,运用欧氏理论和分形理论确定了不同条件下回旋区的内表面积.结果表明:运用分形理论计算的回旋区内表面积较欧氏理论计算的回旋区内表面积大;随着气量增大,回旋区内表面积增大;随床层高度增大,回旋区内表面积减小;随排料速度增大,回旋区内表面积增大.     

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.     

填充床中细小颗粒渗流行为的DEM模拟

为进一步探索COREX过程固体物料的运动状态,对COREX过程中涉及到的细小颗粒渗流行为进行了DEM模拟。考察不同颗粒直径比、阻尼系数及滑动摩擦系数对细小颗粒渗流行为的影响,特别是计算得到不同模拟参数下细小颗粒在填充床内的运动轨迹。模拟结果显示,渗流过程中细小颗粒的平均渗流速度为一定值。随着颗粒直径比的增加,颗粒竖直方向的渗流速度逐渐减小,停留时间与径向弥散逐渐变大。随着颗粒间阻尼系数的增加,颗粒渗流速度逐渐增加,停留时间逐渐减小,径向弥散逐渐变小。滑动摩擦系数对细小颗粒的渗流行为影响较小。从细小颗粒运动轨迹分析可知,颗粒直径比变大时,细小颗粒易在空隙中缓慢移动,易趋于静止床层中,导致颗粒沉积。随着颗粒间阻尼系数变小,颗粒运动轨迹向填充床边缘发展,偏离床层中心。     

烧结实训教学系统的设计与研制

针对钢铁冶金实训教学要求,设计了符合生产实际的烧结冷态实训装置。控制系统采用一体化控制柜。选用西门子S7-300PLC和紫金桥组态软件实现实训装置控制系统的设计。控制模式包括远程手动控制和就地手动控制两种模式。通过研制与开发烧结预处理仿真模型,可实现教学内容形象化、时空化,拉近课堂与实践的距离。该装置已经投入使用,获得了较好的实训效果。     

COREX熔化气化炉风口回旋区的界定

建立COREX熔化气化炉的半周三维冷态模型,利用高速摄影的方法跟踪冷态模型内示踪粒子的运动,得到冷模型观察面板处风口回旋区的颗粒运动信息,通过对大量颗粒运动信息的处理得到风口回旋区范围的颗粒速度标量场,运用分形理论对利用不同颗粒速度大小等值线界定的回旋区边界的"不规则"程度进行了研究,准确界定了风口回旋区边界.研究结果为风口回旋区的宏观动力学计算以及数值模拟提供准确的边界条件.     

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.     

COREX熔化气化炉软熔区域的物理模拟

为了模拟COREX熔化气化炉软熔区域,建立了COREX熔化气化炉热态模型,设有热电偶和观察面板,可获得模型内部信息.在热态物理模拟实验中,考察了排料速度、石蜡与玉米体积比、风温和风量等操作参数对软熔区域的影响.实验结果表明,随着所选实验参数值的增加,风口回旋区发生塌料现象的可能性增加;当排料速度增加时,软熔区域位置降低,厚度减少;当石蜡与玉米体积比增加时,塌料前软熔区域位置升高,厚度增加,塌料后软熔区域位置降低,厚度增加;当风温增加时,塌料前软熔区域位置升高,厚度增加,塌料后软熔区域位置降低,厚度减少;当风量增加时,发生塌料前后软熔区域都位置升高,厚度增加.