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高炉风口回旋区的模拟计算与实验研究

龙战军  
【摘要】: 高炉风口回旋区是高炉顺行不可缺少的重要反应区,而且回旋区内部的物理、化学反应十分复杂。其传热传质过程不但影响风口前的燃烧温度和煤气分布,而且还影响炉缸内渣铁的形成和生铁质量。因此通过回旋区模型实验与数值模拟来研究高炉料层分布,软熔带区域,死料柱特性以及炉缸内铁水运动就显得格外重要。 本文针对全球高炉大型化的发展趋势,以重钢高炉炼铁实践为依据,并结合了当前研究的实际情况。在系统地分析整个风口回旋区的物理和化学反应机理的基础上,采用了物理模拟与数值模拟相结合的方法。论文主要研究内容包括以下几部分: (1)首先提出了课题的学术背景及意义,阐明了高炉风口回旋区内的反应及形成机理,对相关领域的国内外研究现状以及发展趋势做了综述,并指出了本文的主要研究内容。 (2)在风口回旋区内,焦炭颗粒在高温气流的带动下作回旋运动,并伴有物理和化学反应。本文以气固两相流动冷态模化理论为基础,建立了一个模拟回旋区内气固相流动过程的物理模型,分析了鼓风动能、料层属性、料层填充高度以及料层下降过程对回旋区大小的影响。 (3)为了分析回旋区内煤气组分的浓度分布,以相似理论为依据,建立了一个模拟回旋区煤气浓度场分布的物理模型,测量出了回旋区垂直断面与水平断面上气体组分的浓度场分布状况。 (4)利用大型商业软件FLUENT对高炉回旋区内气流的速度分布,压力分布以及煤气的浓度场分布进行了模拟。同时结合高炉炉缸的物理模型,对炉缸部分气流的流动状况进行了相关的数值模拟。数值模拟结果与实验结论符合,且可视化效果大大增强。 (5)最后对本课题所做的工作进行了系统总结,并根据当前的研究状况对高炉风口回旋区进一步研究的前景做了展望。


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