点缺陷对二维颗粒系统力链几何分布的影响

用离散元方法研究了带有不同数目点缺陷的二维颗粒系统在各向同性挤压和纯剪切时粒子间力链的几何分布特征,并与相同加载条件下无缺陷的颗粒系统力链几何分布特征做了比较,发现了点缺陷对颗粒系统力链的几何分布影响规律.     

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.     

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。     

全钒钛矿高炉冶炼合理炉料结构的探讨

在模拟高炉冶炼过程的条件下,研究了各种类型钒钛铁矿石(烧结矿、球团矿、块矿)的低温、高温还原和熔滴性能,特别是钒钛烧结矿碱度与高温冶金性能的关系及其对低、高温区域还原过程和钛还原行为的影响。在此基础上确认了全钒钛铁矿石高炉冶炼的合理炉料结构是高碱度烧结矿加酸性氧化球团矿。但在攀钢现有工艺和设备条件下,首要的是提高烧结矿的碱度。     

高炉钒钛球团矿炉料结构试验

针对水钢现有原料条件,通过对单一矿石冶金性能的测试,研究了水钢烧结矿搭配钒钛球团矿的合理性;在烧结矿配比不变的条件下,用进口块矿对钒钛球团矿配比的加入进行调节,研究了炉料结构的还原性,低温还原粉化性和荷重软化及高温熔滴性能的变化规律。试验结果表明,水钢烧结矿还原度(RI)达到了90.68%,钒钛球团矿的加入有利于综合炉料低温还原粉化性能RDI和软熔性能的改善,其中当钒钛球团配入量为20%时,炉料结构软化开始温度为1147℃,软化区间156℃,滴落温度1349℃,最大压差2223Pa,透气性良好,为最佳炉料组成。     

含铁炉料在高炉各区的冶炼特性

为了掌握不同含铁炉料在高炉冶炼过程的行为特性以及炉料之间的相互反应性,通过模拟高炉各区的温度和气氛条件,系统研究不同含铁炉料(烧结矿、球团矿和块矿)及综合炉料的冶炼特性,分析综合炉料冶金性能与单一炉料冶炼特性的关系.研究结果表明:烧结矿的低温还原粉化性能较差,球团矿较好,粒径大于3.15 mm的球团矿还原指数达到92%以上;烧结矿的还原性较好,还原度都在80%以上,球团矿的还原性次之,块矿的还原性较差;综合含铁炉料的还原性和低温还原粉化性能存在叠加性,综合炉料的高温软熔性能不存在叠加性;高炉炉料结构的合理性由含铁炉料的自身性能和炉料间反应性决定.     

银钢高炉炉料结构的实验研究

介绍银钢公司外的马来西亚球团矿在实验室条件下的物理性能和冶金性能的试验测定结果，同时对马来球团与国内外其他球团作了性能比较；在此基础上，根据银钢公司现有原料条件，对银钢300m^3级高炉目前可能的炉料结构进行了理论配料计算，为指导生产提供了参考意见。     

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.     

对高炉内炉料运动势流模型及其流函数解法的发展

高炉综合模拟中,势流理论是模拟固态炉料运动可选用的理论之一,但求解原势流模型所定义流函数的等值线不一定是流线。文中首先将原势流模型发展为包括连续性方程、旋度为0方程的3方程模型,而且证明了求解此3方程模型所定义流函数的等值线是流线,进而结合位于同一流线上的床层填充颗粒直径不变的假设,导出了可模拟计算床层内炉料颗粒直径分布的方程;讨论了基于发展后势流模型的物料混合特征。最后将对炉料势流模型及其流函数解法的发展推广为发展其他运动模型及其流函数解法的一般方法。笔者的工作对势流理论在高炉等相关工艺模拟中的应用有一定的推动和示范作用。     

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.     

高炉布料过程仿真与决策系统

针对高炉布料过程中人工决策无法得到稳定、满意的径向矿焦比值及炉况发生变化时不能及时做出准确的布料调整,提出了基于操作优化的高炉布料仿真和决策系统.以高炉多层布料料面对应的径向矿焦比值与满意值的偏差最小为目标函数,建立高炉布料操作优化模型,用差分进化算法对该模型求解.本系统在某高炉实际运行后提高了炉况的稳定性,满足了工业现场科学稳定地控制径向矿焦比等技术指标的要求,同时在炉况变化时及时给出了布料调整方案.在工业实际运行中验证了该系统的有效性.     

COREX-3000竖炉炉顶布料过程的DEM仿真

COREX-3000预还原竖炉内的煤气流分布直接影响着煤气利用率、直接还原铁的金属化率和炉料顺行,而炉顶布料制度是调节煤气流分布的主要手段.基于离散颗粒动力学原理,建立COREX-3000竖炉布料的DEM数值模型,确定了模型参数,并对布料过程中的颗粒速度变化和颗粒分布情况,以及形成料堆的料面形状和料堆结构进行了颗粒尺度的分析.模拟结果表明混装布料时,粒径小、密度大的矿物颗粒易于穿过表层的大粒径、密度小的燃料颗粒层,从而表现出在料堆的表层大颗粒富集.     

热风在高炉热风围管中流动特性的模拟研究

对鞍钢2580m³高炉热风围管内热风流动特性开展数值模拟研究,探究各风口风量不均匀分配的内在机理.结果表明,在各风口尺寸相同的条件下,围管内的主体流动并非单纯的单向流动,而是存在返流.热风进入热风围管后,直接冲击热风围管0°处热风支管,导致此处风口风量较大;进入围管后的热风形成两股气流在热风围管入口正对面(即180°处)发生碰撞,导致对应风口风量较大;气流碰撞后部分产生返流,沿着热风围管下部和内侧逆向运动,在热风围管90°和270°位置处与正常运动的气流再次碰撞并汇聚进入此处支管,导致对应风口风量较大.通过对比分析鞍钢高炉风口参数调节措施发现,现场调节措施与本研究结果基本一致.     

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.     

基于边界元法的高炉炉底炉缸侵蚀模型

通过边界元法建立了高炉炉底炉缸传热数学模型．采用基尔霍夫变换把非线性问题转化为线性问题，解决了利用边界元法建立高炉炉底炉缸侵蚀模型把导热系数看成常数而造成计算精度下降的问题．求解控制高炉炉底炉缸传热过程的热传导方程，再通过正交试验的方法确定满足实测边界温度分布的侵蚀边界．该模型可在线预测高炉炉底炉缸1150℃等温线的位置和形状，以了解和分析炉底炉缸的破损情况．结果表明，监测点热电偶温度值和模型计算值吻合较好．     

高炉风口风量分配数学模型

建立了高炉风口风量分配数学模型,并提出风口流阻的计算公式.在总风量不变的条件下,计算了某5 500 m3高炉风口长度或者风口面积调整时,各风口风量、风速和鼓风动能的变化.结果表明增加风口长度或减小风口面积都将导致对应风口流阻增加.增加部分风口的长度,已调整的风口的风量、风速和鼓风动能降低.缩小部分风口面积,已调整的风口的风量降低;当缩小多个风口面积时,已调整的风口的风速、鼓风动能才能提高,并提出了其临界风口个数的计算公式.根据该数学模型,有利于掌握风口鼓风参数的变化规律,定量化调整风口的相关参数,维持高炉的稳定和顺行.