氧气高炉煤气流分布的数值模拟

【摘要】：氧气高炉炼铁是以全氧鼓风代替空气鼓风的炼铁新工艺。相比于传统高炉,氧气高炉无论是在能源结构上还是在环境保护方面,都具有无可比拟的优势。尤其是近年来,随着人们环境保护意识的提高,氧气高炉的研究越来越受到人们的关注。由于鼓风条件的改变,氧气高炉的冶炼条件发生了很大变化。无论是传统高炉还是氧气高炉,其内部的冶炼条件均与煤气流动密切相关。因此,研究高炉内部的煤气流动具有重要意义。本文根据高炉内部不同区域的空间结构,首先构造了高炉料柱模型,并以此为基础来研究高炉内部的煤气流动。通过对模型的修正,研究了不同炉型参数的氧气高炉内部的煤气流动,绘制了停留时间分布曲线。并根据停留时间分布理论,计算了不同炉型对应的煤气流各流型比例,以反应器空间利用效率的大小,来选择较优的氧气高炉炉型。其次,针对较优的氧气高炉研究了软熔带对其内部煤气流动的影响。考察了不同的软熔带形状、不同的软熔带结构参数等对高炉煤气速度分布、压力分布的影响。研究发现V形,W形和倒V形软熔带对煤气流动的影响是不同的,其对煤气的影响范围主要集中在软熔带附近区域；软熔带夹角、高度、厚度等其他结构参数也对煤气流动产生一定的影响。最后,使用模型研究了不同布料参数对氧气高炉煤气流动的影响。分别研究了炉料的批重、轴向粒度分布、径向粒度分布对高炉内部煤气流动的影响。研究发现,增加焦批会使高炉中心煤气速度增大,增大矿批会使高炉中心煤气速度减小；轴向粒度分布对煤气速度的影响不大,径向粒度分布对煤气速度产生明显影响。研究还发现改变布料参数的同时,会改变高炉内部的压力分布；不同的布料参数对应不同的影响规律。 【关键词】：数学模型 氧气高炉 煤气分布 软熔带 布料制度 停留时间分布
【学位授予单位】：东北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TF53
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-12
• 第1章 绪论12-16
• 1.1 传统高炉炼铁概述12-13
• 1.2 氧气高炉炼铁概述13-15
• 1.3 本文研究背景15
• 1.4 研究目的和内容15-16
• 1.4.1 研究目的15
• 1.4.2 研究内容15-16
• 第2章 文献综述16-28
• 2.1 氧气高炉的国外研究情况16-19
• 2.2 氧气高炉国内研究现状19-20
• 2.3 相关数学模型的研究20-21
• 2.4 高炉煤气停留时间分布21-22
• 2.5 高炉煤气流分布22-23
• 2.6 高炉内部空间区域23-28
• 2.6.1 风口回旋区综述24-25
• 2.6.2 死料堆综述25
• 2.6.3 滴落带综述25
• 2.6.4 软熔带综述25-26
• 2.6.5 块状带综述26-28
• 第3章 高炉料柱模型的建立28-56
• 3.1 概述28
• 3.2 风口回旋区子模型28-33
• 3.2.1 风口回旋区子模型概述28
• 3.2.2 风口回旋区子模型基本假设28-29
• 3.2.3 风口回旋区子模型的参数选择与计算29-33
• 3.3 死料堆子模型33-36
• 3.3.1 死料堆子模型概述33-34
• 3.3.2 死料堆子模型基本假设34
• 3.3.3 死料堆子模型的参数选择与计算34-36
• 3.4 软熔带子模型36-38
• 3.4.1 软熔带子模型概述36-37
• 3.4.2 软熔带子模型基本假设37
• 3.4.3 软熔带子模型参数选择和计算37-38
• 3.5 滴落带子模型38-39
• 3.5.1 滴落带子模型概述38
• 3.5.2 滴落带子模型的基本假设38-39
• 3.5.3 滴落带子模型相关参数的计算和选择39
• 3.6 块状带子模型39-49
• 3.6.1 块状带子模型概述39-40
• 3.6.2 块状带子模型基本假设40
• 3.6.3 块状带子模型计算和参数选择40-49
• 3.7 高炉料柱模型的CFD求解49-54
• 3.7.1 几何绘制49
• 3.7.2 网格划分49-50
• 3.7.3 选择计算模型50-53
• 3.7.4 用户自编程53
• 3.7.5 求解计算的其他设置53-54
• 3.7.6 后处理54
• 3.8 本章小结54-56
• 第4章 基于RTD理论的氧气高炉炉型的优化56-70
• 4.1 概述56
• 4.2 对于高炉料柱模型的修正56
• 4.3 氧气高炉炉型优化56-60
• 4.3.1 氧气高炉的炉型参数56-57
• 4.3.2 氧气高炉的鼓风参数57-58
• 4.3.3 氧气高炉的布料参数58-59
• 4.3.4 氧气高炉空隙度和粒度分布59-60
• 4.4 数值模拟结果及讨论60-69
• 4.4.1 速度分布60-63
• 4.4.2 压力分布63-66
• 4.4.3 煤气停留时间分布66-69
• 4.5 本章小结69-70
• 第5章 软熔带对氧气高炉煤气流分布影响的模拟70-84
• 5.1 概述70
• 5.2 模拟计算的基本条件70-71
• 5.3 软熔带形状对煤气流分布的影响71-79
• 5.3.1 速度分布71-77
• 5.3.2 压力分布77-79
• 5.4 软熔带结构参数对煤气流动的影响79-83
• 5.4.1 软熔带中心夹角对煤气流动的影响79-81
• 5.4.2 软熔带高度对煤气流动的影响81-82
• 5.4.3 软熔带厚度对煤气流动的影响82-83
• 5.5 本章小结83-84
• 第6章 布料对氧气高炉煤气流分布影响的模拟84-92
• 6.1 概述84
• 6.2 模拟的条件84
• 6.3 批重对煤气流分布的影响84-88
• 6.3.1 速度分布85-86
• 6.3.2 压力分布86-88
• 6.4 轴向粒度分布对煤气流分布的影响88-89
• 6.4.1 速度分布88
• 6.4.2 压力分布88-89
• 6.5 径向粒度分布对煤气流分布的影响89-91
• 6.5.1 速度分布89-90
• 6.5.2 压力分布90-91
• 6.6 本章小结91-92
• 第7章 总结与展望92-94
• 参考文献94-98
• 致谢98

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