本文關(guān)鍵詞：含碳球團(tuán)的析出特性及其對(duì)轉(zhuǎn)底爐內(nèi)溫度場(chǎng)和流場(chǎng)影響研究

  更多相關(guān)文章： 轉(zhuǎn)底爐 含碳球團(tuán) 析出特性 數(shù)值模擬

【摘要】：轉(zhuǎn)底爐在處理冶金粉塵以及環(huán)境保護(hù)方面顯示出良好的發(fā)展勢(shì)頭,具有強(qiáng)大的市場(chǎng)前景。本文從爐膛內(nèi)煤氣的燃燒特性和爐底料層析出特性角度,采用數(shù)值模擬手段,探究相關(guān)參數(shù)和料層的析出特性和吸熱特性對(duì)爐膛的溫度場(chǎng)、濃度場(chǎng)和流場(chǎng)等的影響規(guī)律,以期為轉(zhuǎn)底爐的設(shè)計(jì)及工藝優(yōu)化奠定理論基礎(chǔ)。以某鋼廠處理含鋅粉塵轉(zhuǎn)底爐為原型,建立了轉(zhuǎn)底爐爐膛內(nèi)煤氣燃燒的數(shù)學(xué)模型。首先,探究了爐膛相關(guān)結(jié)構(gòu)參數(shù)和進(jìn)口氣體工藝參數(shù)對(duì)爐膛內(nèi)溫度場(chǎng)、流場(chǎng)和濃度場(chǎng)的影響規(guī)律,通過(guò)比較得到了最佳的參數(shù)搭配組合。然后,通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究了含碳球團(tuán)在不同碳氧摩爾比、不同還原劑和不同升溫速率下的氣體析出特性和失重特性。以實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為依據(jù),通過(guò)理論計(jì)算和數(shù)據(jù)擬合建立了料層直接還原過(guò)程中CO生產(chǎn)速率和吸熱速率與爐底角度之間的關(guān)系方程。最后,將料層析出的CO和吸收的熱量源項(xiàng)的形式加入到Fluent中,探究了整個(gè)轉(zhuǎn)底爐內(nèi)的溫度場(chǎng)、流場(chǎng)和濃度場(chǎng)。得到以下主要結(jié)論:(1)轉(zhuǎn)底爐內(nèi)煤氣的燃燒模型和輻射模型較為適宜的是非預(yù)混燃燒模型和DO輻射模型。爐膛內(nèi)還原段溫度最高,排料段其次,預(yù)熱段溫度最低。沿著爐底旋轉(zhuǎn)方向,爐底的煤氣速度逐漸降低而爐膛的壓力逐漸升高。(2)爐膛結(jié)構(gòu)參數(shù),如燒嘴高度(h)、燒嘴傾斜角度(a)和擋墻的高度(H)對(duì)爐膛的溫度場(chǎng)、流場(chǎng)和壓力場(chǎng)影響較大。當(dāng)h=0.6m或a=-16°時(shí),在還原段出現(xiàn)了局部溫度過(guò)高現(xiàn)象。擋墻可以減輕各段之間溫度和壓力的相互干擾,且擋墻越低排料段和還原段的爐膛壓力越高。通過(guò)比較得出,h=0.8m、a=16°和H=0.6m時(shí)爐膛內(nèi)的溫度場(chǎng)、流場(chǎng)和壓力場(chǎng)比較合理。(3)空氣過(guò)剩系數(shù)(n)、空氣預(yù)熱溫度(T)和煤氣的流量(Q)對(duì)爐膛溫度的影響同樣較大。比較n=1、1.05、1.1和1.15的計(jì)算結(jié)果得出,當(dāng)n=1.05時(shí)爐膛溫度最高。比較T=300K、573K、673K和773K的計(jì)算結(jié)果得出,空氣的預(yù)熱溫度越高爐膛溫度越高,且空氣預(yù)熱溫度每增加100K出口煙氣的平均溫度增加10K左右。同樣,煤氣流量越高爐膛的溫度越高。(4)含碳球團(tuán)內(nèi)的布多爾反應(yīng)的開(kāi)始溫度在810℃左右,碳氧摩爾比對(duì)其幾乎無(wú)影響。對(duì)于鐵精礦加焦炭含碳球團(tuán),C/O=1.2比C/O=1.0最終失重率要高。在C/O=1.0的條件下,升溫速率越快的含碳球團(tuán)最終的失重率越低。在相同條件下,配焦炭比配無(wú)煙煤含碳球團(tuán)的還原效果好。(5)料層產(chǎn)生的CO主要集中在爐底加熱段和還原段的外側(cè)。排料段和還原段O2的濃度非常低,這有助于防止被還原金屬的二次氧化。由于料層產(chǎn)生的CO和排料段與還原段未燃燒的CO在加熱段與過(guò)剩的空氣充分燃燒,導(dǎo)致還原段高溫區(qū)域向加熱段擴(kuò)展。
【關(guān)鍵詞】：轉(zhuǎn)底爐 含碳球團(tuán) 析出特性 數(shù)值模擬
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：X757
【目錄】：

• 中文摘要3-5
• 英文摘要5-10
• 1 緒論10-24
• 1.1 轉(zhuǎn)底爐煤基直接還原工藝10-17
• 1.1.1 FASTMET工藝11-12
• 1.1.2 Inmetco工藝12
• 1.1.3 ITmk3工藝12-13
• 1.1.4 DRyIron工藝13-14
• 1.1.5 Comet工藝14-15
• 1.1.6 轉(zhuǎn)底爐煤基熱風(fēng)熔融煉鐵工藝15-16
• 1.1.7 轉(zhuǎn)底爐直接還原工藝的優(yōu)劣16-17
• 1.2 轉(zhuǎn)底爐處理冶金粉塵17-18
• 1.3 轉(zhuǎn)底爐冶煉釩鈦鐵精礦18-19
• 1.4 轉(zhuǎn)底爐國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀19-22
• 1.5 研究的目的和內(nèi)容22-24
• 2 轉(zhuǎn)底爐內(nèi)煤氣燃燒特性數(shù)值模擬研究24-58
• 2.1 轉(zhuǎn)底爐內(nèi)燃燒模擬的控制方程組的建立24-27
• 2.1.1 流體力學(xué)的連續(xù)性方程24-25
• 2.1.2 流體力學(xué)的動(dòng)量方程25
• 2.1.3 流體力學(xué)的能量方程25
• 2.1.4 化學(xué)組分守恒方程25-26
• 2.1.5 氣體湍流模型26-27
• 2.2 模型的選擇27-29
• 2.2.1 燃燒模型27-28
• 2.2.2 輻射模型28-29
• 2.3 轉(zhuǎn)底爐爐膛幾何建模及網(wǎng)格劃分29-32
• 2.3.1 轉(zhuǎn)底爐爐膛幾何建模29-30
• 2.3.2 網(wǎng)格劃分30-32
• 2.4 邊界條件和基本假設(shè)32-34
• 2.4.1 邊界條件32-33
• 2.4.2 基本假設(shè)33-34
• 2.5 數(shù)值求解方法和流程圖34
• 2.6 數(shù)值模擬結(jié)果及分析34-55
• 2.6.1 不同燃燒模型對(duì)轉(zhuǎn)底爐溫度場(chǎng)的影響34-36
• 2.6.2 不同輻射模型對(duì)轉(zhuǎn)底爐溫度場(chǎng)和流場(chǎng)的影響36-38
• 2.6.3 相關(guān)結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)爐膛溫度場(chǎng)和流場(chǎng)的影響38-48
• 2.6.4 進(jìn)口氣體工藝參數(shù)對(duì)爐膛溫度場(chǎng)和濃度場(chǎng)的影響48-55
• 2.7 本章小結(jié)55-58
• 3 含碳球團(tuán)析出特性實(shí)驗(yàn)研究58-82
• 3.1 實(shí)驗(yàn)原料特性58-59
• 3.2 需碳量計(jì)算59-60
• 3.3 實(shí)驗(yàn)裝置和實(shí)驗(yàn)步驟60-63
• 3.3.1 實(shí)驗(yàn)裝置60-62
• 3.3.2 實(shí)驗(yàn)步驟62-63
• 3.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析63-70
• 3.4.1 無(wú)煙煤與焦炭熱實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析63-64
• 3.4.2 鐵精礦含碳球團(tuán)實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析64-69
• 3.4.3 除塵灰含碳球團(tuán)實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析69-70
• 3.5 料層CO生產(chǎn)速率和吸熱速率方程的建立70-80
• 3.5.1 質(zhì)量流量與料層堆密度的計(jì)算70-71
• 3.5.2 牛頓—柯特斯積分原理71-72
• 3.5.3 料層CO生產(chǎn)速率方程的建立72-76
• 3.5.4 料層還原吸熱速率方程的建立76-80
• 3.6 本章小結(jié)80-82
• 4 含球團(tuán)析出特性對(duì)爐膛內(nèi)溫度場(chǎng)和流場(chǎng)影響數(shù)值模擬研究82-94
• 4.1 控制方程組的建立82-84
• 4.1.1 多孔介質(zhì)模型82-83
• 4.1.2 源項(xiàng)83-84
• 4.2 模型的建立及網(wǎng)格化分84-85
• 4.3 邊界條件和基本假設(shè)85
• 4.3.1 邊界條件85
• 4.3.2 基本假設(shè)85
• 4.4 數(shù)值模擬結(jié)果及分析85-92
• 4.5 本章小結(jié)92-94
• 5 結(jié)論94-96
• 致謝96-98
• 參考文獻(xiàn)98-102
• 附錄102-103
• A. 鐵精礦—焦炭含碳球團(tuán)料層的UDF程序代碼102-103

【相似文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

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本文編號(hào)：1103429