PDF《博士学位论文公示材料》

―1― 博士学位论文公示材料 学生姓名 韩立浩 学号

1010223 二级学科 钢铁冶金 导师姓名 张玉柱 邹宗树 论文题目 COREX 熔化气化炉物料运动的模拟研究 论文关键词 COREX 熔化气化炉;

物料运动;

气流分布;

加焦方式;

物理模拟;

数学模拟;

离散元法 论文摘要(中文) COREX 工艺是最早实现工业化实践的熔融还原炼铁技术,由预还原竖炉和终还原熔化气化炉组 成.

与传统高炉炼铁工艺相比,它具有直接使用非焦煤、污染物排放量少等优点.我国宝钢率先引进 了COREX-3000,为我国非高炉炼铁开创了新途径.由于工业规模放大,生产中出现了许多问题,诸 如回旋区小、中心不活跃、炉料更新慢、温度低、还原和渣铁分离差、炉况不顺以及料柱透气透液性 差等问题.熔化气化炉内物料运动直接影响到煤气流的分布,而煤气流的合理分布是气化炉顺行、提 高产能和降低燃料消耗的关键.针对所存在的问题,分析其根本原因是对物料间的运动及物料间相互 作用机制没有充分了解及掌握.因此,为了解决气化炉存在的问题,应明确炉内物料运动规律和煤气 流分布情况. 本研究从冷态物理模拟、热态物理模拟、离散元法(DEM)及煤气流分布数学模拟四个方面,对气 化炉物料运动规律和煤气流分布进行了详尽地研究. 目前, 对于 COREX 熔化气化炉内物料运动规律的研究仍是空白, 在参考高炉物料运动研究的基础 上,利用几何相似,建立了 COREX-3000 熔化气化炉物料运动的冷态物理模型.为保证模型和原型中 物料运动规律的相似,用相似理论推导了模拟气化炉物料运动的相似准数并确定了实验方案,以聚乙 烯粒子模拟焦炭,以压缩空气模拟氧气,用颗粒示踪的方法从宏观角度对物料运动规律进行了研究. 通过冷态物理实验,得到了不同操作条件下气化炉模型内物料运动流型、物料运动轨迹和停留时间. 气化炉炉缸直径的增加,炉中心不活跃,为了改善炉况,参考高炉采用不同布料模式调节料柱结 构的方法,提出了向气化炉内添加少量焦炭以改善炉内煤气流分布的方法.利用几何相似,建立了熔 化气化炉气流分布的热态物理模型.以石蜡颗粒模拟直接还原铁(DRI)、玉米粒子模拟焦炭和块煤,以 热空气模拟 CO,首先进行了预备实验,为DEM 中软熔区域形状的假定提供了参考依据;

而后对不同 加焦方式下气化炉内煤气流分布进行了研究.采用热电偶测温的方法,获得了气化炉模型内温度分布, 进而获得了气化炉内不同加焦方式下煤气流分布情况,为确定合理的加焦方式、改善煤气流分布提供 参考和依据. 在DEM 中,利用 C 语言自编程序,建立了气化炉的离散元数学模型,并利用该模型对软熔区域 存在与否情况下以及不同加焦方式下气化炉内物料运动规律进行了研究,还考察了不同软熔区域形状 时物料运动规律,得到了炉内速度场、法向力及空隙度分布等微观信息. 在不同加焦方式下煤气流分布的数学模拟中,建立了气化炉扁平物理模型的数学模型,利用 DEM 得到的空隙度分布信息以及多孔介质模型,研究了不同加焦方式下气化炉内煤气流分布情况.在气化 炉内加入焦柱后,煤气流速整体得到增加,在气化炉内部煤气流速平均增加了约 0.4 m?s-1 ,加焦位置处 煤气流速增加较多,约为 1.1-1.6 m?s-1 .中心加焦时,煤气质量通量径向分布较全混装时增加了 1.08 kg?s-1 ?m-2 ;