根據(jù)我國(guó)鋼鐵行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀,目前急需要一種具有生產(chǎn)效率高、環(huán)境污染少、產(chǎn)品質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)的煉鐵工藝來(lái)替代現(xiàn)有的能耗高、污染嚴(yán)重、產(chǎn)品質(zhì)量低的煉鐵工藝。氣基直接還原煉鐵工藝除具有以上優(yōu)點(diǎn)外,而且生產(chǎn)流程短、雜質(zhì)含量少?gòu)亩饾u成為國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。在此背景下本文對(duì)氣基直接還原工藝的主體設(shè)備豎爐的溫度場(chǎng)和流場(chǎng)進(jìn)行了模擬研究。從還原氣利用率和達(dá)到預(yù)定溫度兩個(gè)方面對(duì)豎爐內(nèi)的最小需氣量進(jìn)行了理論計(jì)算,確定了球團(tuán)礦的需氣量。并對(duì)直接還原豎爐內(nèi)球團(tuán)礦的熱平衡進(jìn)行了計(jì)算。通過(guò)DEM-CFD耦合的方法對(duì)球團(tuán)礦的通風(fēng)阻力進(jìn)行了模擬,得到的擬合方程用于球團(tuán)礦通風(fēng)阻力的計(jì)算。采用計(jì)算流體軟件FLUENT建立了豎爐的氣固傳熱模型。將球團(tuán)礦簡(jiǎn)化為多孔介質(zhì),物料的運(yùn)動(dòng)采用滑移網(wǎng)格模擬,還原反應(yīng)采用三步反應(yīng)參與計(jì)算,得到氫氣直接還原鐵豎爐還原段的溫度場(chǎng),同時(shí)也能夠得出還原產(chǎn)物隨高度的變化情況,并計(jì)算出還原氣的熱效率。結(jié)果表明:在一定范圍內(nèi),隨著氫氣氣量的增加還原段溫度梯度逐漸變窄,爐頂氣溫度逐漸升高,并且還原氣的熱效率逐漸降低。簡(jiǎn)化的豎爐還原段氣固傳熱模型適用于氫氣直接還原豎爐還原段溫度場(chǎng)的預(yù)測(cè)以及爐內(nèi)反應(yīng)產(chǎn)物的分析。通... 

【文章來(lái)源】：燕山大學(xué)河北省

【文章頁(yè)數(shù)】：81 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第1章 緒論
    1.1 課題研究的背景
    1.2 直接還原工藝
        1.2.1 典型的豎爐氣基直接還原工藝
    1.3 直接還原鐵現(xiàn)狀和發(fā)展
        1.3.1 世界主要國(guó)家直接還原鐵產(chǎn)量
        1.3.2 我國(guó)直接還原鐵發(fā)展歷程
    1.4 研究現(xiàn)狀
        1.4.1 爐內(nèi)物料傳熱分析
        1.4.2 還原反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的分析研究
        1.4.3 氣基直接還原豎爐內(nèi)流場(chǎng)的研究
    1.5 課題研究的內(nèi)容及方法
        1.5.1 研究的內(nèi)容
        1.5.2 研究的方法
第2章 DEM-CFD耦合原理
    2.1 概述
    2.2 EDEM
        2.2.1 接觸力模型的介紹和選擇
        2.2.2 Rayleish時(shí)間步長(zhǎng)
    2.3 DEM-CFD耦合
        2.3.1 耦合模型的選擇
        2.3.2 氣固耦合的控制方程
        2.3.3 Drag模型
        2.3.4 時(shí)間步長(zhǎng)的匹配
    2.4 耦合模擬流程
    2.5 本章小結(jié)
第3章 直接還原豎爐內(nèi)各參數(shù)的分析
    3.1 理論熱平衡計(jì)算
        3.1.1 標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)熱效應(yīng)分析
        3.1.2 反應(yīng)溫度計(jì)算
    3.2 最低還原氣量的計(jì)算
        3.2.1 作為還原劑時(shí)還原氣的理論需求量
        3.2.2 豎爐達(dá)到預(yù)定溫度的最低需氣量
    3.3 球團(tuán)礦阻力系數(shù)的模擬與實(shí)驗(yàn)
        3.3.1 球團(tuán)礦阻力系數(shù)測(cè)定實(shí)驗(yàn)
        3.3.2 礦層阻力的DEM-CFD耦合模擬
    3.4 本章小結(jié)
第4章 氫氣DRI豎爐還原段溫度場(chǎng)的研究
    4.1 穩(wěn)態(tài)時(shí)還原段溫度計(jì)算
    4.2 還原段溫度的數(shù)值模擬
        4.2.1 控制方程的選擇
        4.2.2 邊界條件的選擇
        4.2.3 關(guān)鍵參數(shù)的選擇
        4.2.4 求解設(shè)置
    4.3 各項(xiàng)結(jié)果分析
        4.3.1 溫度場(chǎng)隨時(shí)間的變化分析
        4.3.2 通氣量對(duì)溫度場(chǎng)的影響
        4.3.3 氫氣含量對(duì)溫度場(chǎng)的影響
        4.3.4 還原氣熱效率的計(jì)算
    4.4 本章小結(jié)
第5章 基于DEM-CFD的還原段內(nèi)流場(chǎng)的模擬
    5.1 模型建立和參數(shù)選擇
    5.2 豎爐操作參數(shù)
        5.2.1 料層形狀的影響
        5.2.2 顆粒大小的影響
        5.2.3 通氣速度的不同
        5.2.4 下降速度的影響
    5.3 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻(xiàn)
攻讀碩士學(xué)位期間單人的科研任務(wù)與主要成果
致謝


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于CFD-DEM的稻谷通風(fēng)阻力數(shù)值模擬與試驗(yàn)[J]. 劉立意,郝世楊,張萌,劉冬梅,賈富國(guó),權(quán)龍哲.  農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào). 2015(08)
[2]氣基豎爐直接還原技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與展望[J]. 張福明,曹朝真,徐輝.  鋼鐵. 2014(03)
[3]Mathematical simulation of direct reduction process in zinc-bearing pellets[J]. Ying Liu,Fu-yong Su,Zhi Wen,Zhi Li,Hai-quan Yong,Xiao-hong Feng.  International Journal of Minerals Metallurgy and Materials. 2013(11)
[4]煤制氣-豎爐生產(chǎn)直接還原鐵淺析[J]. 王兆才,陳雙印,儲(chǔ)滿生,柳政根,張健偉.  中國(guó)冶金. 2013(01)
[5]中國(guó)直接還原鐵技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀及方向[J]. 齊淵洪,錢暉,周渝生,許海川.  中國(guó)冶金. 2013(01)
[6]非高爐煉鐵技術(shù)現(xiàn)狀及其在中國(guó)的發(fā)展[J]. 魏國(guó),沈峰滿,李艷軍,趙慶杰.  中國(guó)廢鋼鐵. 2011(05)
[7]焦?fàn)t煤氣豎爐法生產(chǎn)DRI的還原煤氣用量[J]. 趙宗波,應(yīng)自偉,許力賢,姜茂發(fā).  工業(yè)加熱. 2010(06)
[8]焦?fàn)t煤氣豎爐法生產(chǎn)直接還原鐵的煤氣用量探討[J]. 趙宗波,應(yīng)自偉,許力賢,姜茂發(fā).  材料與冶金學(xué)報(bào). 2010(02)
[9]多孔介質(zhì)內(nèi)單相流阻力特性[J]. 劉學(xué)強(qiáng),閆曉,肖澤軍.  核動(dòng)力工程. 2009(05)
[10]豎爐生產(chǎn)直接還原鐵過(guò)程的數(shù)值模擬[J]. 徐輝,鄒宗樹(shù),周渝生,李肇毅,余艾冰.  材料與冶金學(xué)報(bào). 2009(01)

碩士論文
[1]基于EDEM-FLUENT耦合的氣吹式排種器工作過(guò)程仿真分析[D]. 心男.吉林大學(xué) 2013
[2]氧化球團(tuán)氣基豎爐直接還原的基礎(chǔ)研究[D]. 王兆才.東北大學(xué) 2009
[3]COREX熔融氣化爐內(nèi)氣流分布數(shù)值模擬[D]. 王鳳.重慶大學(xué) 2009
[4]球床多孔介質(zhì)通道單相流體流動(dòng)特性研究[D]. 李振鵬.哈爾濱工程大學(xué) 2009
[5]豎爐生產(chǎn)海綿鐵過(guò)程的還原特性及碳行為研究[D]. 秦潔.重慶大學(xué) 2008



本文編號(hào)：2971636