含碳球團的析出特性及其對轉底爐內溫度場和流場影響研究.pdf

1、轉底爐在處理冶金粉塵以及環(huán)境保護方面顯示出良好的發(fā)展勢頭，具有強大的市場前景。本文從爐膛內煤氣的燃燒特性和爐底料層析出特性角度，采用數值模擬手段，探究相關參數和料層的析出特性和吸熱特性對爐膛的溫度場、濃度場和流場等的影響規(guī)律，以期為轉底爐的設計及工藝優(yōu)化奠定理論基礎。
　　以某鋼廠處理含鋅粉塵轉底爐為原型，建立了轉底爐爐膛內煤氣燃燒的數學模型。首先，探究了爐膛相關結構參數和進口氣體工藝參數對爐膛內溫度場、流場和濃度場的影響規(guī)律，通

2、過比較得到了最佳的參數搭配組合。然后，通過實驗探究了含碳球團在不同碳氧摩爾比、不同還原劑和不同升溫速率下的氣體析出特性和失重特性。以實驗數據為依據，通過理論計算和數據擬合建立了料層直接還原過程中CO生產速率和吸熱速率與爐底角度之間的關系方程。最后，將料層析出的CO和吸收的熱量源項的形式加入到Fluent中，探究了整個轉底爐內的溫度場、流場和濃度場。得到以下主要結論：
　　①轉底爐內煤氣的燃燒模型和輻射模型較為適宜的是非預混燃燒模型

3、和 DO輻射模型。爐膛內還原段溫度最高，排料段其次，預熱段溫度最低。沿著爐底旋轉方向，爐底的煤氣速度逐漸降低而爐膛的壓力逐漸升高。
　?、跔t膛結構參數，如燒嘴高度（h）、燒嘴傾斜角度（a）和擋墻的高度（H）對爐膛的溫度場、流場和壓力場影響較大。當h=0.6m或a=-16°時，在還原段出現(xiàn)了局部溫度過高現(xiàn)象。擋墻可以減輕各段之間溫度和壓力的相互干擾，且擋墻越低排料段和還原段的爐膛壓力越高。通過比較得出，h=0.8m、a=16°和H=

4、0.6m時爐膛內的溫度場、流場和壓力場比較合理。
　　③空氣過剩系數（n）、空氣預熱溫度（T）和煤氣的流量（Q）對爐膛溫度的影響同樣較大。比較n=1、1.05、1.1和1.15的計算結果得出，當n=1.05時爐膛溫度最高。比較T=300K、573K、673K和773K的計算結果得出，空氣的預熱溫度越高爐膛溫度越高，且空氣預熱溫度每增加100K出口煙氣的平均溫度增加10K左右。同樣，煤氣流量越高爐膛的溫度越高。
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5、內的布多爾反應的開始溫度在810℃左右，碳氧摩爾比對其幾乎無影響。對于鐵精礦加焦炭含碳球團，C/O=1.2比 C/O=1.0最終失重率要高。在C/O=1.0的條件下，升溫速率越快的含碳球團最終的失重率越低。在相同條件下，配焦炭比配無煙煤含碳球團的還原效果好。
　?、萘蠈赢a生的CO主要集中在爐底加熱段和還原段的外側。排料段和還原段O2的濃度非常低，這有助于防止被還原金屬的二次氧化。由于料層產生的 CO和排料段與還原段未燃燒的CO在加