【摘要】：氣基直接還原豎爐作為一種新興的煉鐵設(shè)備,利用氫氣、一氧化碳和甲烷等氣體作為還原劑,其產(chǎn)物海綿鐵是良好的廢鋼代替品,不僅能夠解決我國廢鋼資源缺乏的問題,而且能夠有效的減少有害氣體的排放,符合當(dāng)今節(jié)能減排的大環(huán)境。本文在前人研究的基礎(chǔ)之上,采用理論分析和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法對豎爐的爐頂布料、底部螺旋排料機的排料及還原段內(nèi)發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)進(jìn)程進(jìn)行了研究,為進(jìn)一步更好地實現(xiàn)氣基直接還原豎爐的應(yīng)用提供有價值的理論指導(dǎo)和參考。首先根據(jù)離散單元法(DEM)采用縮小的豎爐和溜槽布料器模型,及接近于真實球團(tuán)礦大小的球形顆粒進(jìn)行模擬,研究了溜槽布料器溜槽角度分別為10°、20°、30°及料層厚度分別為0.12m、0.14m、0.16m時豎爐內(nèi)空隙率沿著徑向的分布情況。并進(jìn)一步根據(jù)所得空隙率計算出料層內(nèi)的單位壓降,對不同布料操作下豎爐內(nèi)氣流的分布有了初步的了解。接著同樣利用離散單元法,把球團(tuán)礦簡化為不同大小的球形顆粒,建立螺旋排料機和豎爐整體的三維模型,在EDEM軟件中模擬得到不同螺旋結(jié)構(gòu)下物料下降速度沿著豎爐徑向的分布規(guī)律。為了得到近似于“活塞流”的爐料下行速度,通過縮小前幾個螺旋葉片直徑和螺距的方式,發(fā)現(xiàn)縮小螺旋排料機的螺距確實能夠起到均勻物料下降速度的作用,但相比于縮小螺旋葉片直徑來說影響要小的多。綜合考慮豎爐底部死料堆的存在和實際生產(chǎn)情況建議本模型中螺旋葉片的最小直徑不應(yīng)小于600mm。最后結(jié)合對豎爐內(nèi)物料下行速度和空隙率分布規(guī)律的研究,編寫空隙率的UDF程序,并利用滑移網(wǎng)格技術(shù),采用有限體積法,在Fluent軟件中模擬豎爐還原段二維軸對稱模型下,純H_2還原Fe_2O_3物料得到Fe的化學(xué)反應(yīng)過程,以此得到不同布料操作下不同還原時刻Fe的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在豎爐高度上和沿著徑向上的分布規(guī)律。發(fā)現(xiàn)在還原反應(yīng)的前期,空隙率的變化對豎爐徑向Fe的質(zhì)量分布的影響要相對明顯一些,在還原反應(yīng)后期,空隙率的變化對豎爐徑向Fe的質(zhì)量分布的影響非常微弱幾乎可以忽略。
【圖文】：

1-1 氣基直接還原豎爐三維模分海綿鐵的生產(chǎn)都是依靠ex 工藝、HYL 工藝、PE頭企業(yè)”Midrex 公司自研發(fā)，，目前已經(jīng)形成了一16 年其生產(chǎn)的海綿鐵產(chǎn)量積的利用系數(shù)是傳統(tǒng)高爐積利用率過低的問題。體工藝流程[8]，可以看出氣重整爐、爐頂廢氣收集豎爐部分又可以分為還原

第 1 章 緒 論還原，生成的海綿鐵經(jīng)過渡段直接進(jìn)入到冷卻段通過煤氣洗滌器和加壓機鼓入的冷卻氣自下而上的進(jìn)行冷卻，冷卻后的海綿鐵溫度接近于室溫，最后通過底部的排料裝置排出豎爐。此工藝除了設(shè)備簡單和技術(shù)成熟以外，帶有 CO2的大部分還原尾氣都可進(jìn)入重整爐進(jìn)行重整后循環(huán)再利用，同時 Midrex 豎爐內(nèi)為低壓運行電耗成本低，又不需要對水煤氣進(jìn)行變換的設(shè)備，生產(chǎn)的直接還原鐵質(zhì)量優(yōu)質(zhì)，故在氣基直接還原豎爐工藝中一直占有主導(dǎo)地位。但由于 Midrex 工藝以天然氣和爐頂煤氣催化裂解產(chǎn)生的一氧化碳和氫氣為還原劑，國內(nèi)缺乏天然氣，故此工藝不宜在國內(nèi)大規(guī)模投產(chǎn)。
【學(xué)位授予單位】：燕山大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TF554

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本文編號：2704734