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 周恒 学号

1110235 二级学科 钢铁冶金 导师姓名 邹宗树 论文题目 COREX 竖炉气固运动行为及围管堵塞的模拟研究 论文关键词 COREX 预还原竖炉;

AGD;

气流分布;

物料运动;

围管堵塞 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,竖炉生产中出现了炉料黏结、 金属化率低、煤气反窜、煤气利用率低、竖炉压差过高等一系列问题.这些都与竖炉的煤气流分布息 息相关.为改善 COREX 预还原竖炉煤气流分布,宝钢引进的第二套 COREX-3000 熔融还原装置在第 一套的基础上进行了大量改进,其中最大的改造是在竖炉中引入 Areal Gas Distribution (AGD)技术,即 在围管水平位置安装 AGD 梁,利用炉料下行运动过程中在梁下方形成的无炉料煤气通道,将煤气导入 竖炉中心.实际生产表明,AGD 梁的安装有利于提高炉内金属化率.但AGD 梁的安装直接影响炉内 的气体流动、物料运动及粉尘运动行为.竖炉围管易被细小松散的粉尘所堵塞,堵塞频率约为每 1.5 个月1次. 因此, 有必要对引入 AGD 技术 COREX 竖炉内气流分布、 物料运动及粉尘堵塞现象进行研究. 本研究利用物理模拟及数值模拟手段对引入 AGD 技术 COREX 竖炉内气流分布、物料运动行为、粉尘 在填充床中的运动行为及围管堵塞进行了研究. 首先,基于相似原理,建立引入 AGD 技术 COREX 竖炉 1:20 比例冷态物理模型,并用相似理论推 导了模拟竖炉内气-固运动的相似准数.通过物理实验研究了气体流量、填充床高度以及排料速度对气 流分布的影响.然后,建立三维数学模型研究 AGD 对COREX 竖炉内气流分布、压差分布的影响及 AGD 与Slot(导气槽)煤气分配比例.同时考察了 AGD 梁及熔炼率对竖炉煤气停留时间分布的影响.模 拟发现,AGD 梁可将还原煤气导入竖炉中心,但围管区域气流分布仍不均匀.还原煤气通过 AGD 后, 围管截面煤气速度急剧减小,会导致粉尘在该区域沉积.另外,AGD 竖炉 Slot 出口气流速度减小,易 导致其携带粉尘向填充床内扩散困难,易于形成堆积. 利用建立的物理模型,研究了 AGD 竖炉内物料宏观运动行为,主要考察了鼓风量、排料速度、非 正常排料对物料运动流型的影响.另外,通过与无 AGD 竖炉物料运动流型的对比,分析了 AGD 对COREX 竖炉物料运动的影响.物理实验尽管从宏观角度得到了预还原竖炉内物料运动的一些规律,但 是难以得到物料运动的一些微观信息.因此,本文先是建立二维 DEM 模型,考察了排料速度、非正常 排料对炉内宏观和微观运动行为的影响,特别是对比了有无 AGD 梁竖炉内的流型及法向力分布变化. 然后建立了三维 DEM 模型, 研究 AGD 梁对炉内物料下降速度及物料粒径偏析的影响. 模拟发现, AGD 梁会影响物料偏析行为,AGD 梁正下方对应螺旋排料出口的焦炭及熔剂无量纲质量分数大于 1,即大 颗粒焦炭和熔剂出现正偏析.AGD 两侧出现小颗粒物料的正偏析.这一现象将导致炉内 AGD 两侧料 层的空隙度变小,尤其是空隙尺寸变小,增加煤气粉尘渗流的困难,从而形成 Slot 前端粉尘积累和堆 积.这一现象还将导致竖炉不同排料出口各颗粒的质量分数发生变化.从而影响到熔化气化炉的床层 结构和气流分布. 为探讨粉尘颗粒在填充床中的运动行为, 利用 DEM 方法从颗粒尺度研究了细小粉尘在填充床中的 渗流行为和堵塞机理.粉尘的渗流行为主要考察了滚动摩擦系数、颗粒直径比及气体曳力对渗流速度、 横向弥散系数及纵向弥散系数的影响.研究竖炉填充床中粉尘颗粒堵塞行为发现,填充床内存在两种 沉积机理.一是无黏性力作用下的细小颗粒相互机械作用,形成架桥结构;