高炉风口回旋区简化模型的探讨

回顾和讨论了文献中从实际高炉的研究和解剖试验得出的回旋区尺寸间的计算关系和数学模型.基于回旋区边界上力的平衡,并考虑理论燃烧温度和有效直径等的影响,建立了适合于高炉过程实时控制的简化模型.     

高炉风口回旋区断面温度场数值化研究与应用

对风口回旋区内煤粉燃烧火焰断面温度场分布进行数值化研究,有助于诊断高炉风口回旋区煤粉的燃烧状态和了解炉缸的工作状况,同时可以指导改进氧煤燃烧器,改善氧煤燃烧工艺和高炉喷煤操作.采用非接触辐射测温理论和技术,建立了高炉风口回旋区断面图像的二基色(RG)信息与温度间的关系模型,进行了二维平面投影火焰温度场测量,并绘制了回旋区断面温度场等高线.试验结果表明:这种测温技术可行,与抽气式热电偶测量结果相比,准确度达98.09%.     

高炉风口回旋区影响因素的冷态实验分析

以重钢5号高炉实际尺寸和操作参数为基础,假设高炉风口未喷吹煤粉,回旋区内的流动为气固两相流动,且气相的流动属于粘性不可压缩流动,根据相似理论建立了高炉回旋区三维冷态实验模型,分析回旋区的形成机理及影响因素。结果表明:鼓风量、料层物理属性、料层高度以及风口直径对回旋区大小和形状均有影响。随着鼓风量的增大,回旋区穿透深度和高度均不同程度的增加,当鼓风量过大时,回旋区顶部炉料上浮,椭球形的回旋区形状不再存在。同一鼓风量下料层的粒径与密度比越大时形成的回旋区穿透深度越小,反之越大。料层高度对回旋区穿透深度的影响不大。风口直径对回旋区穿透深度的影响较明显。     

高炉喷吹焦炉煤气风口回旋区的数学模拟

基于质量平衡和热量平衡理论,建立了高炉喷吹焦炉煤气风口回旋区数学模型,系统研究了焦炉煤气喷吹量对回旋区焦炭质量流量、理论燃烧温度、炉腹煤气量、炉腹煤气组成和回旋区形状的影响.研究表明:在维持高炉现有的基准操作不变的条件下,随着焦炉煤气喷吹量的增加,理论燃烧温度呈降低的趋势,而炉腹煤气量呈增加的趋势;为了维持理论燃烧温度和炉腹煤气量与基准操作一致,可通过降低风量和提高富氧率进行热补偿.热补偿后,随着焦炉煤气喷吹量的增加,焦炭质量流量呈上升趋势,炉腹煤气中还原气体积呈增加趋势,回旋区体积呈缩小趋势.每增加1 m3/s的焦炉煤气喷吹量,焦炭质量流量上升1.74%,炉腹煤气中还原气体积增加2.04%,...     

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.     

高炉回旋区燃烧火焰三维温度场重构

建立了煤粉及焦炭燃烧火焰光束在回旋区内部的传输过程模型,提出了基于直吹管窥视孔方向CCD靶面热流分布的辐射传热方程(RTE)的蒙特卡洛(Monte Carlo)求解方法,分析影响回旋区三维温度场重建的辐射传递因子的影响因素.以及回旋区不同焦炭粒子浓度下回旋区的三维温度场重构问题,为实现回旋区工况的在线监测诊断提供了有效手段.     

氧气高炉回旋区内煤粉燃烧行为的数值模拟

炉顶煤气循环-氧气鼓风高炉炼铁新技术的工艺特点决定了煤粉在其回旋区内的燃烧条件与传统高炉相比将发生很大变化.本文建立了氧气高炉直吹管—风口—回旋区下部煤粉流动和燃烧的数学模型,研究了入口布置方式、氧含量、循环煤气温度以及H2 O和CO2含量对煤粉燃烧的影响.模拟结果表明：三种引入方式中,假想的循环煤气和氧气混合进入方式明显优于循环煤气和氧气单独进入方式.当氧的体积分数由80%增加到90%,相应的煤粉燃尽率由87.525%提高到93.402%.循环煤气温度对煤粉燃尽率的影响并不显著.循环煤气中H2 O和CO2的体积分数提高5%,风口轴线上气体的最高温度分别降低124 K和113 K.     

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.     

高炉风口回旋区工作状态监控技术的研究现状

在高炉生产过程中,只有从风口窥视孔可以直接观察高炉内的情况,操作者十分关注高炉风口区的工作状况,并将其作为判断和控制高炉操作的重要依据之一.风口前的监测可以获得喷煤高炉在风口处煤粉输送情况,还可以根据风口亮度与煤粉燃烧数值模拟结合,研判煤粉在风口回旋区的燃烧状况及温度分布等.简述了国内外在高炉风口回旋区温度检测、工作状态的监控技术的研究现状,提出利用数字图像处理技术与数值模拟结合,解决高炉风口回旋区工作状况监测和控制的思考.     

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.     

基于CCD的高炉风口回旋区三维温度场的检测技术

在存在多介质的高炉回旋区内,首先利用安装在风口直吹管窥视孔的电荷耦合器件( charged couple device, CCD)摄像机可以获得高炉回旋区内累积的二维温度辐射图像,然后将高炉回旋区均分成若干小块,利用数学模型近似模拟回旋区内的辐射传热过程并建立矩阵方程,通过求解方程获得高炉回旋区内的三维温度场。在模拟辐射传热过程中,本文提出了一种更有效也更符合实际生产的新方法———基于距离的高斯函数模型来模拟高炉内介质的辐射能量传播过程并获得了较好的三维温度场。由于存在波动误差以及电荷耦合器件摄像机测量误差等,所以我们通过在测量数据中添加随机误差来验证重构温度场的有效性以及稳定性。结果显示重构的三维温度场与真实温度场非常接近,误差在高炉工业允许的5%范围以内。     

高炉炉缸炉底温度场和应力场模拟分析

为进一步研究高炉炉缸炉底在生产过程中的侵蚀成因,对某企业2 580 m3高炉建立二维传热模型,运用软件求解得到该高炉开炉初期和炉役末期的炉缸炉底温度场分布;对侧壁碳砖进行温度场求解并与应力场耦合得到其径向热应力分布。结果表明,该企业高炉"陶瓷杯+微孔炭砖"型复合炉缸炉底结构设计合理,死铁层的长期热应力作用导致侧壁炭砖发生崩角并加速形成环裂,是炉缸破损的主要原因之一。     

预测高炉回旋区深度和变化规律的数学模型

综合考虑力学因素和高炉中燃烧反应对风口回旋区的影响,提出了描述高炉风口回旋区形成和变化规律的静态和动态模型.模拟结果表明,静态模型能准确地预测高炉回旋区的深度,动态模型可以描述鼓风速度改变时回旋区深度随时间的动态变化过程.最后得出了高炉回旋区形成和变化的规律:鼓风推力使料层迅速移动,导致回旋区大小迅速变化,形成回旋区"雏形",燃烧反应修复回旋区的大小和形状,维持回旋区的稳定.在整个回旋区变化过程中,摩擦力对于维持回旋区的稳定起着重要作用.模型预测结果与高炉风口回旋区的实测值以及其他研究者的实验结果是符合的.     

氧气高炉多流体数值模拟与分析

为研究不同氧气高炉操作流程及操作参数对高炉内部过程产生的影响,预测氧气高炉流程各参数的变化规律,基于多流体理论、冶金传输原理、冶金反应动力学与热力学理论以及计算流体力学建立了普通高炉多流体模型,并在此基础上修改边界条件及内部相关参数,建立氧气高炉多流体数学模型。通过建立的模型分别对普通高炉和气化炉氧气高炉(GF-FOBF)流程中的氧气高炉进行了模拟计算,得到两种工艺流程下高炉内温度场、浓度场和速度场等典型参数的分布情况。通过对计算结果的对比,分析了氧气高炉操作条件下炉内状态的主要特征和相对于普通高炉发生的变化,发现氧气高炉内部速度场、温度场均发生变化,特别是气相组分的均匀分布问题明显。本模型可为氧气高炉流程试验及流程开发提供参考。     

高炉理论燃烧温度的计算

理论燃烧温度是反映炉缸热状态的重要参数之一. 提出了新的理论燃烧温度计算模型及详细的参数说明,并编制相关的计算程序. 解析结果表明:与传统的理论燃烧温度计算模型相比,新理论燃烧温度计算模型更能有效地反映炉缸热状态.     

全氧高炉炼铁工艺模拟分析

建立了全氧高炉工艺的系统模拟模型。该模型能够计算不同原燃料、不同操作参数下的原料消耗、熔剂消耗、渣量及其成分、各种煤气量及其成分等。模型计算结果表明：在炉身矿石金属化率为90％时,若在炉身底部吹入较多的循环煤气,热量的需求决定了完成炉身内矿石还原所需的煤气量;若在炉缸吹入较多的循环煤气,还原性气体的需求决定了完成炉身内还原所需的煤气量。在焦比固定和正常操作条件下,煤耗的计算值基本随系统输出煤气量的增加而线性增加。在焦比取为200 kg时,经计算获得的系统最低煤比为200 kg左右。     

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.     

高炉下部液体分布的试验研究

采用4种填料和2种液体模拟高炉下部的流动状态,在填充床内对液体的分布特性进行了试验研究.结果表明,液体分布与液体流量和初始分布无关,其主要取决于填料自分布性能和液体性质.填料的形状系数越小、直径越大,向外偏流的趋势越明显;液体的密度越大、黏度越小,则不容易发生偏流.即使无煤气流的影响,高炉内炉渣也容易向炉墙附近流动.试验范围内液体以溪流形式流动,而不是呈散滴状流动.