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.     

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.     

并罐式无钟炉顶布料蛇形偏料的研究

针对并罐式无钟炉顶的布料操作易产生蛇形偏料,形成不均匀的料面形状,导致料面透气性调节失控的问题,引入颗粒物质能量耗散系数计算方法,探讨颗粒蛇形下落的速度方向对颗粒在溜槽内的有效运动长度和溜槽出口处颗粒速度的影响.分析了并罐式炉顶布料产生炉喉料流轨迹落点差异,料面厚度不均匀的蛇形偏料原因.结果表明,料流密集点在溜槽上形成的碰撞轨迹并非是标准椭圆形状,而是两个不同长轴的半椭圆相接形成的碰撞轨迹,大椭圆的短轴等于小椭圆的长轴.     

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.     

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-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.     

高炉内炉料流动模式及力链分布的离散元模拟

基于离散元数值计算方法,建立了高炉内炉料颗粒尺度运动行为的数学模型,主要研究固体炉料的运动模式和颗粒间相互作用力链的分布.结果表明:建立的离散元模型计算获得了炉内颗粒间的介观力链结构,炉底中心部位存在强力链结构支撑高炉料柱,最强力链结构对应于死料柱区,而且离散元模拟也给出炉内固体料运动模式由四个区域构成,分别为死料柱区、活塞流区、准静态滑流区和沟流区,而沟流区的力链最弱.     

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.     

无钟布料料流轨迹激光测试与图像分析

针对高炉布料过程操作者无法直接观察炉内料流轨迹、料面形状等信息,利用光学原理,提出极坐标激光栅格测试技术,对料面进行标定测量.引入模式识别中的双目视觉技术进行轨迹检测,对布料轨迹图像采用边缘分析算子,优化算子阈值,获得布料过程中料流信息,重现料流轨迹的动态图像,为高炉布料模型提供数据支撑.     

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。     

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。     

对重力作用下Al-Si/SiC颗粒系统二维凝固过程的数值模拟

论文采用多相流模型对重力作用下Al Si 7% (质量分数 ) /SiC颗粒功能梯度材料二维凝固过程进行了数值模拟 .计算了在不含颗粒、含有小尺寸颗粒和含有大尺寸颗粒几种不同条件下颗粒和液相的运动 ,产生的宏观偏析 ,共晶合金在晶体中所占比例 ,以及最终的颗粒分布 .结果表明 ,颗粒和糊状区的存在会使液态金属的流动阻力增大 ,流速降低 ,产生的宏观偏析减弱 .在含有小尺寸颗粒的情况下 ,液相和颗粒运动速度很小 ,大部分区域保持初始颗粒体积分数不变 .在含有大尺寸颗粒的情况下 ,颗粒沉降速度很快 ,在底部形成颗粒堆积区 ,在上部形成颗粒体积分数为零区 .     

熔融还原炼铁熔融气化炉移动床区域内炉料流动的离散单元法模拟

建立熔融还原炼铁(coal reduction extreme,COREX)工艺熔融气化炉移动床区域炉料流动离散单元法(discrete element method,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。     

DEM模拟解析二元混合颗粒粒径偏析分布规律

颗粒粒径偏析分布是高炉炉顶布料过程中不可避免的现象,易造成炉喉处局部料层的空隙度降低和压差升高,影响煤气流的均匀分布,继而间接影响炉况的顺行。通过DEM离散单元法模拟研究二元混合颗粒的偏析分布规律,同时,提出一个偏析指数T,用以表征粒径偏析分布的相对程度。研究结果表明:同一T值图中,相邻区域颗粒的T值相差越大,则该区域颗粒的粒径偏析程度越大;不同T值图中,所有相邻T值之差的平均绝对值越大,则颗粒堆积整体粒径偏析程度越为严重。     

烧结气流布料的力学原理

通过理论分析和气流布料实验研究气流布料改善烧结料偏析状态的力学原理。研究结果表明:气流布料能够改变具有不同物化性质的颗粒下落速度及运动轨迹,使混合料沿烧结料层达到有序堆积,进而使烧结料产生较好的粒度偏析及固体燃料偏析;在最佳喷吹角度为10·的条件下,当气流速度达到34m/s时,物料开始发生有效偏析;当气流速度达到50m/s时,偏析效果最优。     

高炉煤气流失常时气体动力学因素探讨

高炉冶炼是一个复杂过程。其内发生物理、化学变化。这包含力学和热工过程。这些过程互相依赖、互相制约。煤气流动贯彻高炉过程始终,它是传质、传热和还原的先导或基础。当炉料理化性能和操作制度一定时,料柱压差基本是个定值,而压差过大或过小都是炉况失常的征兆。因此,高炉工作者往往把料柱压差做为判断炉况的主要技术指标。煤气流失常主要表现为“管道”、“流态化”、和“液泛”。     

多喷嘴对置式煤气化炉内气固两相流动及壁面沉积

对我国具有自主知识产权的多喷嘴对置式煤气化炉内的气固两相流进行了数值模拟分析.在合理简化和假设基础上建立了基于Eulerian-Lagrangian模拟方法的炉内气固两相流动模型,采用Realizable k-ε模型描述炉内复杂气相湍流运动,应用颗粒轨道模型随机追踪煤粉颗粒在湍流气流中的运动.通过数值计算获得了炉内气固两相的速度矢量、颗粒分布、颗粒运动轨迹,以及颗粒碰撞并沉积于壁面的通量分布.揭示了该型气流床煤气化炉内气固两相流动特征,并分析了入口速度和炉体上部高度对气固两相流动和颗粒在壁面沉积的影响规律.结果表明:对撞流显著增强炉内气固流动湍动,强化气固相互作用,并使煤粉颗粒在炉内有效分散,有利于化学反应高效进行;在喷嘴入口及顶部的壁面处颗粒沉积率较大.     

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.     

新型DRI-挡板布料器布料过程的数值模拟

COREX熔化气化炉炉顶布料设备由煤-溜槽和DRI-挡板两种布料器组成,其中DRI-挡板属于新型布料器,布料规律尚不明晰.通过离散单元法(DEM)建立了DRI-挡板布料过程的数学模型,通过该模型分析了DRI-挡板的操作参数对布料过程带来的影响.其中包括考察了挡板角度对布料落点位置的影响,获得了布料档位与挡板角度的对应关系.还考察了料堆的形成过程和单一物质多粒度混合布料形成的料堆内部偏析情况,获得了不同档位半径物料的粒度偏析信息.同时也考察了矿石和焦炭混合布料过程,获得了矿焦的径向分布规律.研究结果为COREX现场合理调节布料模式提供参考依据.     

COREX熔化气化炉物料运动的物理模拟

以COREX熔化气化炉实际尺寸和操作参数为基础,根据相似准则建立了COREX熔化气化炉模型,用以研究气化炉内物料运动过程。实验采用聚乙烯粒子作为模型的填充物料,并选用绿豆作为示踪颗粒,分析研究了气化炉内鼓风流量和排料速度对物料运动流型和运动轨迹的影响。结果表明:随着排料速度的增加,停留时间减小,死料柱顶点位置降低,物料下降运动变得不均匀;随着鼓风流量的增加,上部料层的下降更加均匀;非正常排料时,熔化气化炉内物料的运动将很不均匀,气化炉一侧物料的运动并不受另一侧物料的影响;位于死料柱正上方的颗粒下降速度最慢并向排料口弯曲;位于风口回旋区正上方的颗粒下降速度最快,鼓风导致风口回旋区上方的颗粒停留时间减小;靠近炉墙处的颗粒,其下降过程一直沿炉墙下降,直至靠近排料口时发生弯曲。