COREX-3000熔化气化炉料面形状预测模型

COREX-3000熔化气化炉内煤气流分布直接影响炉内煤气利用率及炉料顺行,而布料制度是调节煤气流分布的主要手段。为探讨熔化气化炉布料模式,通过对物料在布料过程中的运动和受力分析,确定物料的落点位置并根据物料的安息角和质量守恒,建立了料面形状预测模型。在此基础上,结合数学知识和计算机技术,开发了COREX-3000气化炉的料面预测仿真软件,可预测万向布料器和DRI-flap布料器不同布料制度下形成的料流轨迹、落点位置以及料面形状,为现场选择和调整布料制度提供参考。     

基于三维离散元法的无钟高炉装料行为

利用三维离散元法建立了无钟高炉布料模型,分析了料罐、旋转溜槽中的颗粒流动行为以及颗粒离开溜槽后的下落轨迹和料堆形成,可视化再现了装料过程.结果发现:炉料在流动过程中始终存在粒度偏析,料罐排料流为漏斗流,小颗粒由于偏析而倾向于后期排出;溜槽倾角对颗粒流动行为和料堆形成影响较大;溜槽内颗粒流由于溜槽旋转而向侧上部偏离和翻动,小颗粒因靠近壁面而位于料流内侧,大颗粒因聚集在溜槽上部而处在料流外侧,炉料颗粒偏析、偏转翻动和速度分布影响下落轨迹;在炉料下落到料面的堆积过程中,大颗粒易于向炉喉中心和边缘偏析,小颗粒因位于料流内侧和渗透作用而分布在堆尖下方且偏向中心侧.结合激光网格炉内测量技术料流轨迹测量结果,验证了模型的适用性.     

溜槽角度对混装布料过程的影响

分析了定点布料方式下溜槽角度对混装布料规律的影响.首先对混装布料方式进行了物理实验模拟,获得了不同溜槽角度下的料流轨迹、料堆结构等重要信息,分析了不同粒度的混装物料在下落过程中存在的偏析现象.其次利用离散单元法(DEM)数学模型对布料过程进行了模拟研究,并对模拟结果进行了详细分析.结果表明:模型结果与物理实验结果吻合较好.其中模型获得的料堆结构和径向空隙度分布的信息的结果可为现场调节煤气流分布提供一定的参考依据.     

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.     

挡板角度对挡板布料器布料过程的影响

COREX熔化气化炉炉顶采用1个煤-万向节溜槽布料器和8个DRI-挡板布料器两种布料方式来完成布料过程，通过物理实验和离散单元法(DEM)数学模型模拟两种方法分析了挡板角度对DRI-挡板布料器的布料规律的影响.物理实验结果表明，挡板角度较小时形成较为集中的料流轨迹，挡板角度较大时形成具有一定分散度的料流轨迹.数学模型模拟获得的料流轨迹和料面形状与物理实验结果吻合较好，且利用数学模型还可进一步获得料堆内部结构和径向空隙度分布详细信息，该信息可为COREX现场合理调节煤气流分布提供一定的参考依据.     

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 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.     

竖式移动床颗粒流动的研究

竖式移动床内通常进行着伴随传热传质的化学反应,研究床层内颗粒流动对强化床层气固热交换和化学反应具有重要的意义.以球团竖炉为背景,采用实验与模拟相结合,研究床层内颗粒流动基本规律.动力学模型和黏性流模型是计算床层颗粒流动的主要模型,且黏性流模型更适用于竖炉;结合模拟与实验结果,确定了动力模型中的待定系数为0.02 m,黏性流模型中的黏性系数为0.15 Pa.s;采用黏性流模型模拟得到,球团在竖炉内流动比较均匀,接近于"活塞流";焙烧带的倾斜壁面倾角对炉内球团顺行起很大作用.     

COREX冷煤气成分预测的二步建模方法

针对熔融气化炉冷煤气成分含量,提出了基于熵权模糊C均值聚类和偏最小二乘的COREX冷煤气成分预测方法.建模过程中首先根据料单中各种原料的单耗量,利用熵权模糊C均值聚类的方法将料单聚类成若干种料单类别,然后针对不同的料单类别,利用偏最小二乘法分别建立冷煤气成分预测模型.对宝钢COREX-1#炉实际生产数据验证结果表明:该方法可以有效地建立COREX冷煤气成分预测模型,具有较好的预测精度.     

Mathematical model of burden distribution for the bell-less top of a blast furnace

Due to the difficulty in measuring the burden trajectory directly in an actual blast furnace (BF), a mathematical model with Coriolis force and gas drag force considered was developed to predict it. The falling point and width of the burden flow were obtained and analyzed by the model, the velocities of particles at the chute end were compared with and without the existence of Coriolis force, and the effects of chute length and chute torque on the falling point were also discussed. The simulation results are in good agreement with practical measurements with laser beams in a 2500 m3 BF.