高爐煉鐵流程長、投資大、能耗高,并且嚴(yán)重依賴焦炭。隨著焦煤資源的日漸匱乏,鋼鐵工業(yè)的發(fā)展需求與焦炭供應(yīng)的矛盾日益突出。這成為人們研究和發(fā)展非高爐煉鐵的根本動(dòng)力。以流態(tài)化還原為代表的非高爐煉鐵工藝,因其不需要使用焦炭并可直接利用粉礦而備受關(guān)注。鐵礦粉流態(tài)化還原是一種典型的氣固兩相相互作用的過程,充分了解流化床內(nèi)氣固兩相的流動(dòng)特性和規(guī)律,將可以為實(shí)際工業(yè)應(yīng)用中工藝參數(shù)的優(yōu)化提供理論指導(dǎo),并可以為流化床反應(yīng)器的設(shè)計(jì)乃至放大提供理論依據(jù)。實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)過程中,流化床內(nèi)的礦粉原料均是寬粒徑分布的顆粒,因此開展寬粒徑分布顆粒在流化床內(nèi)的流動(dòng)特性的研究,將對充分認(rèn)識(shí)流化床內(nèi)部復(fù)雜的流動(dòng)規(guī)律提供幫助,從而更好地對實(shí)際生產(chǎn)過程進(jìn)行指導(dǎo)。本文首先在二維床冷態(tài)實(shí)驗(yàn)裝置上,對三種B、D兩類混合的寬粒徑分布的固體顆粒,包括二元混合顆粒、正態(tài)分布顆粒以及均勻分布顆粒進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。利用降速法測量床層壓降與表觀氣速的變化關(guān)系,結(jié)合觀察床層內(nèi)出現(xiàn)鼓泡的時(shí)機(jī),研究不同粒徑分布顆粒的初始流化速度,并與前人提出的初始流化速度的關(guān)系式計(jì)算得到的結(jié)果進(jìn)行對比,分析存在的差異以及影響因素,然后根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果歸納出相應(yīng)的初始流化速度的關(guān)系式。借助高速攝像儀對二維床內(nèi)的流化情況進(jìn)行拍照,利用數(shù)字圖像分析技術(shù)對拍攝的二維床圖像進(jìn)行處理,從中獲取我們所關(guān)注的二維床內(nèi)氣泡的信息,研究二維床內(nèi)寬粒徑分布顆粒的氣泡性質(zhì),根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)歸納出氣泡平均直徑和氣泡上升速度的關(guān)系式。此外,通過拍照記錄下床層高度的變化情況,研究寬粒徑分布顆粒的床層膨脹比以及影響因素。通過實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn),不同粒徑分布的寬粒徑分布顆粒,在流化過程中可能會(huì)出現(xiàn)偏析,相比于正態(tài)分布的顆粒,二元混合顆粒和均勻分布顆粒在流化時(shí)更易出現(xiàn)偏析。在三維流化床實(shí)驗(yàn)裝置上,研究發(fā)現(xiàn),二維床歸納出的初始流化速度關(guān)系式的計(jì)算結(jié)果對于三維床的實(shí)驗(yàn)結(jié)果要偏大,這是因?yàn)槎S床內(nèi)存在邊壁效應(yīng),因此固體顆粒流化所需要克服的阻力增大。對正態(tài)分布顆粒與均勻分布顆粒進(jìn)行流化實(shí)驗(yàn)。沿床軸向方向上測量床內(nèi)壓力的瞬時(shí)值,實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明,三維床內(nèi)同一高度截面處與基準(zhǔn)面之間的壓差隨著表觀氣速的增加而增大。而在相同表觀氣速的條件下,寬粒徑分布顆粒的軸向壓差與靜床高呈正比關(guān)系,其中正態(tài)分布顆粒的軸向壓差上升速率比較保持一致,而均勻分布顆粒由于在流化過程中出現(xiàn)偏析,床層下部聚集著大顆粒,小顆粒浮在床層上部,所以軸向壓差下部的上升速率要大于上部。對實(shí)驗(yàn)得到的壓力瞬時(shí)值求均方差,發(fā)現(xiàn)正態(tài)分布和均勻分布的軸向壓力波動(dòng)方差的變化規(guī)律存在不同。正態(tài)分布顆粒沿軸向高度的壓力波動(dòng)先減小后增大,而均勻分布顆粒則一直增大。此外,通過對比二維床和三維床軸向壓力情況,證明了三維床的邊壁效應(yīng)要弱于二維床。
【學(xué)位單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2016
【中圖分類】：TF552
【部分圖文】：

圖 1.1 Geldart 顆粒分類法Figure 1.1 Particle classification of Geldart粒徑較小，通常而言其粒度在 30~100 μm 之間，可以發(fā)現(xiàn)，A 類顆粒的初始流化速度 umf要明顯先流化時(shí)并不會(huì)出現(xiàn)氣泡，并且床層固體顆粒在形成鼓泡床之后，密相中床層孔隙率要明顯大于且密相中很容易出現(xiàn)氣固返混，氣泡相和密相之顆粒粒度分布變寬或平均粒徑減小，氣泡尺寸會(huì)talyst）是很典型的 A 類顆粒。粒徑一般在 100~600 μm，表觀密度在 1400~400泡速度 umb與初始流化速度 umf幾乎是相同的，即度時(shí)，流化床內(nèi)就會(huì)出現(xiàn)氣泡相和密相。此外，較低，并且氣泡大小幾乎與固體顆粒粒度分布或典型的 B 類顆粒。

存于篩孔尺寸 di+1 的相鄰篩網(wǎng)間的顆粒的平均粒徑，通常值。常用的有幾何平均和算數(shù)平均：i i i1D d d 和 1= / 2i i iD d d 2，3，…，n。當(dāng)顆粒群中顆粒的粒徑很小時(shí)，例如小于 50μm，不能利用度分布，因?yàn)榇藭r(shí)的測量精度不能夠得到保證。此時(shí)，應(yīng)，常用的儀器分析有電導(dǎo)法、重力沉降法、離心沉降法、法等。言，描述顆粒群的粒度分布應(yīng)當(dāng)有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，比如質(zhì)量標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)等。質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)指的是顆粒群中各個(gè)粒度范圍的顆粒質(zhì)的份額（質(zhì)量百分?jǐn)?shù)）。同理，體積標(biāo)準(zhǔn)和顆粒數(shù)標(biāo)準(zhǔn)也是量的份額，以此來描述不同標(biāo)準(zhǔn)的粒度分布。對于已知粒通�？梢杂帽砀裥问胶蛨D示形式來表示其粒度分布，表格式比較直觀。如下圖所示為圖形直接顯示顆粒群的粒度分

重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文在研究單一組分的物料的最小流化度時(shí)，采用表觀化速度。 Gelperin 等[40]描述了多組分氣固流態(tài)化定逐步增大表觀氣速的壓差曲線和表觀氣速增大表觀氣速得到的壓差曲線來判斷最小流化速度和示。ABCDEF 曲線是在不斷增加表觀氣速的條件是，再逐步降低氣速，其流速與壓降的關(guān)系不再。GD 的延長線與 FE 的延長線交與 m 點(diǎn)，與 m小流化速度，這就是所謂的“降速法”

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