傳統(tǒng)高爐煉鐵具有能耗高、污染嚴(yán)重、流程長(zhǎng)等特點(diǎn),非高爐煉鐵如直接還原煉鐵可以擺脫對(duì)焦炭的依賴,是一種短流程煉鐵的良好工藝。發(fā)展電爐煉鋼需要高質(zhì)量的廢鋼,直接還原鐵為豎爐煉鐵的產(chǎn)物,是廢鋼的良好替代品。對(duì)現(xiàn)有的豎爐煉鐵工藝進(jìn)行研究,主要是對(duì)MIDREX工藝進(jìn)行了大量研究,針對(duì)豎爐內(nèi)氣流分布規(guī)律和反應(yīng)熱力學(xué)問(wèn)題進(jìn)行了分析探討。主要對(duì)氫氣理論最小需求量、標(biāo)準(zhǔn)自由能、平衡常數(shù)、熱平衡進(jìn)行了理論計(jì)算,推導(dǎo)出物料豎直方向、垂直爐壁方向的壓力和不同化學(xué)反應(yīng)階段還原段內(nèi)氫氣和物料的溫度分布式。根據(jù)MIDREX豎爐模型,采用ANSYS軟件建立還原段模型,選用FLUENT對(duì)還原段內(nèi)氣固相傳熱進(jìn)行了仿真模擬,得到了還原段內(nèi)溫度分布、氣體速率和礦石屬性的變化。利用FLUENT對(duì)還原段內(nèi)流場(chǎng)進(jìn)行模擬,模擬中把礦料看成多孔介質(zhì),主要從爐頂壓強(qiáng)、爐頂直徑、氫氣入口溫度、氫氣通入量4個(gè)方面進(jìn)行研究。采用響應(yīng)曲面法找到各變量間的關(guān)系,根據(jù)爐頂壓強(qiáng)、還原段入口速度與爐內(nèi)壓強(qiáng)、速度間的相互關(guān)系,得出了還原段內(nèi)壓強(qiáng)和速率的合理值,基于ANSYS遺傳算法得出了還原段內(nèi)氣流的合理分布。 

【文章來(lái)源】：燕山大學(xué)河北省

【文章頁(yè)數(shù)】：82 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第1章 緒論
    1.1 課題研究背景
    1.2 直接還原
        1.2.1 經(jīng)典氣基豎爐直接還原工藝
        1.2.2 直接還原的發(fā)展?fàn)顩r
    1.3 相關(guān)課題發(fā)展?fàn)顩r
        1.3.1 氫氣豎爐還原進(jìn)展
        1.3.2 直接還原溫度場(chǎng)的研究現(xiàn)狀
        1.3.3 直接還原流場(chǎng)研究進(jìn)展
    1.4 課題的主要內(nèi)容及價(jià)值
        1.4.1 課題的主要內(nèi)容
        1.4.2 課題的研究?jī)r(jià)值
    1.5 課題的研究方法
第2章 還原段內(nèi)氫氣流動(dòng)規(guī)律及需求量研究
    2.1 氫氣豎爐的作用
    2.2 氫氣流過(guò)鐵礦石的運(yùn)動(dòng)規(guī)律
        2.2.1 多孔介質(zhì)Darcy模型
        2.2.2 擴(kuò)展Darcy模型
    2.3 氫氣在還原段內(nèi)的反應(yīng)速率
    2.4 豎爐還原段內(nèi)氫氣的需求量
        2.4.1 豎爐直接還原過(guò)程中氫氣最小需要量
        2.4.2 滿足豎爐內(nèi)傳熱所需氫氣量
    2.5 物料受力分析
    2.6 本章小結(jié)
第3章 氫氣直接還原豎爐還原段內(nèi)溫度場(chǎng)分析
2還原氧化鐵的熱力學(xué)分析">    3.1 H₂還原氧化鐵的熱力學(xué)分析
        3.1.1 熱輸入
        3.1.2 熱輸出
        3.1.3 豎爐收支平衡表
    3.2 標(biāo)準(zhǔn)吉布斯自由能 DG
    3.3 平衡常數(shù)K
    3.4 還原反應(yīng)方向的判斷
    3.5 氫氣豎爐還原段內(nèi)溫度場(chǎng)求解
    3.6 氫氣豎爐還原段氣固傳熱數(shù)值模擬與分析
        3.6.1 網(wǎng)格劃分
        3.6.2 氣固傳熱基本方程
        3.6.3 邊界條件
    3.7 還原段內(nèi)氣固傳熱數(shù)值模擬
        3.7.1 還原段內(nèi)溫度由瞬態(tài)達(dá)到穩(wěn)態(tài)的變化
        3.7.2 不同氫氣量下還原段內(nèi)氣固相溫度變化
        3.7.3 穩(wěn)態(tài)時(shí)不同位置氫氣的還原速度
        3.7.4 還原段內(nèi)氣體體積分?jǐn)?shù)變化
        3.7.5 還原段內(nèi)礦石成分變化
    3.8 本章小結(jié)
第4章 氫氣直接還原豎爐還原段內(nèi)流場(chǎng)數(shù)值模擬
    4.1 計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)理論
    4.2 基本假設(shè)
    4.3 控制方程
    4.4 邊界條件
    4.5 仿真結(jié)果與分析
        4.5.1 爐頂壓強(qiáng)對(duì)流場(chǎng)影響
        4.5.2 爐頂出口直徑對(duì)流場(chǎng)影響
        4.5.3 氫氣通入量對(duì)還原段流場(chǎng)影響
        4.5.4 氫氣溫度對(duì)流場(chǎng)影響
    4.6 本章小結(jié)
第5章 基于Ansys遺傳算法對(duì)還原段內(nèi)流場(chǎng)進(jìn)行優(yōu)化
    5.1 基于響應(yīng)曲面多因素對(duì)流場(chǎng)的影響分析
        5.1.1 氫氣豎爐還原段內(nèi)流場(chǎng)實(shí)驗(yàn)點(diǎn)設(shè)計(jì)
        5.1.2 多因素影響流場(chǎng)的響應(yīng)曲面分析
    5.2 基于Design Explore的氫氣豎爐還原段內(nèi)流場(chǎng)優(yōu)化
        5.2.1 優(yōu)化設(shè)計(jì)理論概述
        5.2.2 遺傳優(yōu)化算法的實(shí)現(xiàn)
        5.2.3 目標(biāo)函數(shù)
    5.3 優(yōu)化結(jié)果
    5.4 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻(xiàn)
致謝


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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碩士論文
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[2]氣基DRI豎爐內(nèi)物料傳輸及溫度場(chǎng)的研究[D]. 王健.燕山大學(xué) 2013
[3]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



本文編號(hào)：3097576