预还原铬铁块矿竖炉终还原的数值模拟

针对铬粉矿冷固结含碳团块转底炉预还原-竖炉型炉终还原冶炼含Cr铁水技术路线的终还原反应器,建立了描述其内传输现象的二维综合数学模型,并进行了数值仿真研究.仿真结果表明,势流理论在很大程度上反映了填充床中物料流动和混合情况,可以胜任对固体炉料运动的描述;炉内料面上不同炉料分布决定着炉内炉料流量的分布、熔融液体流量的分布和渣中Cr2O3浓度的分布.在炉下部,炉中心以矿石为主的布料比以焦炭为主的布料能引起较大煤气温降;而在炉上部,炉中心以矿石为主的布料引起的煤气温降比炉中心以焦炭为主的布料引起的煤气温降低.其他条件不变时,通过布料连续改变炉内料面上的炉料分布引起的炉内软熔带的变化是不连续的.中心加焦形成倒"V"型软熔带.     

水平气体分布器对COREX C3000竖炉内气体流场的影响

通过建立三维数学模型解析COREX C3000预还原竖炉内煤气流分布情况,分析水平气体分布器(HGD)对煤气流的影响.结果表明,HGD增加了还原煤气进入竖炉时与炉料的接触面积,竖炉整体压差显著降低.安装HGD后,竖炉围管水平面的煤气流速增大,但对竖炉上部煤气速度的影响很小,且下部煤气死区体积变大.HGD可将煤气很好地引到竖炉中心,并对煤气反窜有良好的抑制效果,加装HGD后,反窜煤气的体积分数由12.23%降至8.29%.     

COREX熔融气化炉风口回旋区的物理模拟

依据相似理论建立了模拟COREX熔融气化炉冷态模型.应用颗粒速度等高线法对回旋区边界进行了界定,考察了鼓风量、床层高度、排料速度等对回旋区深度的影响.结果表明,当鼓风量超过一定值时,风口前缘会形成回旋区空腔.随着鼓风量的增加,回旋区深度不断增大,二者呈近似线性关系.随着床层高度的增加,回旋区深度不断减小,但当床层到达大于350 mm高度后,回旋区深度几乎不再变化.排料速度小于0.493 L/h时对回旋区深度影响不大,随着排料速度的增加,回旋区深度不断增大.     

振动强化塑料挤出混合过程的多物理场数值模拟

借助流体动力学软件Polyflow对单螺杆挤出机压缩段进行简化建模与模拟仿真,研究了稳态与动态加工成型条件对螺槽流道内速度场、压力场、剪切速率场、黏度场等物理场的影响。结果表明:振动强化成型时,各物理场随时间动态变化,熔体流动性能得到显著改善,有利于提高物料的塑化性能;振幅及频率较小时,各物理场变化与稳态成型时相差不大,而较大的振幅及频率对各物理场影响较大;振动强化延长了物料的停留时间增,强了横向剪切作用有,利于提高物料的分散混合性能。     

Rist操作线在分析COREX竖炉能耗中的应用

利用高炉里斯特(Rist)操作线原理,研究了COREX熔融还原流程上部竖炉冶炼过程的能量消耗问题,建立了COREX竖炉的Rist操作线,并讨论了其限制条件. 通过计算以图例的形式给出冶炼过程的主要物理化学反应和能量利用情况,可直观地判断冶炼结果,为进一步提高煤气利用提供方向. 结合现场的实际操作条件,给出了Rist操作线在实际生产中的应用,并分析了入炉还原气成分、还原煤气利用率等因素对操作线的影响,为现场工作人员操作竖炉提供理论指导,以保证竖炉炉况顺行.     

竖炉焙烧过程METSIM动态模拟

竖炉焙烧是我国赤铁矿选矿工业中常见的工艺环节。其关键工艺指标是磁选管回收率, 反映了矿石焙烧的质量。但磁选管回收率无法在线实时测量。在实际生产中, 对竖炉焙烧磁选管回收率的控制一般通过运行优化控制实现。而运行优化控制策略的设计需要进行大量工业现场实验, 建立磁选管回收率相对于主要控制变量的动态响应关系, 这样做的成本高, 风险大。为了解决这一问题, 基于冶金模拟软件METSIM设计了竖炉焙烧工艺动态模型, 并采用与实际一致的过程控制软硬件系统建立了竖炉过程半实物仿真系统。通过仿真实验获得磁选管回收率与燃烧时温度设定值之间的动态关系, 并与实际数据进行了比较验证。表明该平台能够作为运行优化控制方法设计的实验和测试工具。     

氢基竖炉用耐火材料服役环境模拟及设计

随着氢冶金技术及氢基竖炉的发展与推广,对其关键部位用耐火材料提出更高要求,明晰耐火材料服役环境特点并进行针对性的性能设计尤为关键。利用Ansys软件对氢基竖炉还原段内部及壁面服役过程中的温度、压强以及气相浓度分布进行数值模拟研究,并利用FactSage软件计算传统耐火材料典型组分在服役状态下的热力学稳定性。结果表明,高温高压服役区域集中在进气口附近,H₂O集中在炉顶及炉底区域。提高入炉气体温度对炉内温度场有一定影响,对压强场及气相组成基本无影响。传统耐火材料典型组分中Al₂O₃、ZrO₂、镁铝尖晶石、六铝酸钙及TiO₂的热力学稳定性较强,可作为炉壁耐火材料组分,AlN或TiC可作为添加剂提高相关性能,同时避免引入SiO₂、MgO、CaO、Cr₂O₃、Fe₂O₃、SiC、Si₃N₄、B₄C、BN杂质组分。本...     

矿热炉内部多物理场的数值模拟

为了研究大型矿热炉内电/磁/热多物理场耦合作用下熔池内的温度分布情况,建立了 48 MW大型矿热炉三维仿真计算模型.基于计算流体力学(CFD)、多相流传热传质机理,深入探究大型矿热炉电/磁/热多物理场耦合作用下矿料-熔渣-合金层的多相流传热传质机理.预测了矿热炉熔池内部温度分布情况,揭示了温度分布的影响因素.结果表明,...     

碳热还原合成碳化硅过程的数值模拟

为揭示碳化硅合成过程中能量及物质扩散机理,从而为碳化硅的提质增产奠定理论基础,采用数值模拟的方法对碳化硅合成过程中的温度场、压力场、气体流动规律进行模拟研究。结果表明,随着合成时间的延长,炉内热量呈辐射状向外扩散,合成炉内气体呈现三维多向流动特性,反应进行到24 h时CO气体流量达到最大,而此时由于炉底透气性差的原因,致使炉底部压力高于其余位置,最大可达1.525×101 k Pa,此时可加入少量木屑以增加炉底透气性来改善因压力过高所造成的喷炉事故。模拟结果得到了生产实践验证。     

射流现象中射流速度数值模拟研究

针对射流清洗的影响因素,选取了对清洗效率影响较大的射流速度参数进行了研究,通过数值模拟分析发现射流速度越大,对被清洗物表面的撞击越明显,清洗效果越佳。     

天然气加热炉热效率数值模拟

介绍了影响加热炉热效率的影响因素,以计算流体力学、燃烧规律和能量守恒方程为基础,建立了天然气加热炉燃烧器的数值模型。使用Fluent软件对天然气加热炉燃烧器进行数值模拟,研究了燃料喷孔直径、喷孔角度、空气入口速度和甲烷入口温度与加热炉燃烧效果的联系。揭示了燃烧器燃烧效率低、冒黑烟问题的机理。研究结果明确了影响因素与加热炉热效率的关系。为进一步改进加热炉燃烧器的设计有指导意义。     

乙烯裂解炉石脑油裂解反应的数值模拟

以 SL-Ⅱ型乙烯裂解炉反应管为对象,结合烯烃厂裂解工艺参数,对管内石脑油裂解反应过程进行了模拟研究。裂解反应模型采用 Kumar 提出的分子反应模型,模拟得到了管内油气流速、温度、裂解产物的变化规律。结果表明,近壁层流层的存在使得管内油气径向速度、温度梯度较大,二维管内模型可以更全面地描述裂解反应过程。模拟得到的裂解产物收率与裂解炉的生产运行数据进行了比较,两者基本一致,验证了裂解反应模型的合理性。     

全氧燃烧玻璃纤维窑炉火焰空间的数值模拟

以研究和优化玻璃纤维窑炉的燃烧制度和火焰空间喷枪排列为目的,借助CFD软件FLUENT,建立了全氧燃烧玻璃纤维窑炉火焰空间的三维数学模型,针对现有燃烧制度的不足,利用模拟的方式进行改进。结果表明,碹顶处模拟值与实测值的平均相对偏差为8．70％,玻璃液面处模拟值与实测值的平均相对偏差为2．32％;第3、4对喷枪处气流分布不均匀,导致对应的碹顶处热负荷较高;改进后的火焰空间可以在保持温度场分布合理的情况下,有效的降低碹顶的热负荷,改善火焰空间的气流场分布。     

E-玻璃窑炉纯氧燃烧火焰空间的数值模拟研究

阐述了国内外玻璃池窑数值模拟研究方法的发展。建立了具有实用意义的E-玻璃纤维窑炉纯氧燃烧火焰空间的三维数学模型,求解出玻璃熔窑火焰空间温度场、速度场分布,并与实际窑炉运行数据进行对比分析。模拟结果与实际运行数据基本吻合,表明模拟结果有效。     

多晶硅还原炉内三氯氢硅氢还原过程的数值模拟

建立了多晶硅还原炉内SiHCl3氢还原过程的三维模型,利用CFD软件对炉内的流动、传热和化学反应过程进行了数值模拟,并分析了硅棒高度和硅棒直径对沉积特性的影响。结果表明:随着硅棒高度的增加,SiHCl3转化率、硅产率和硅表面沉积速率不断增大,单位能耗不断减小;从反应的角度来说,硅棒高度越高越好;随着硅棒直径不断增加,SiHCl3转化率和硅产率逐渐增大,硅表面沉积速率先减小、后增大,单位能耗先急剧减小、然后趋于平缓;理论上硅棒直径越大越好,且最好超过120mm。     

基于FLUENT平台的玻璃窑炉燃烧空间的数值模拟

玻璃熔窑主要由上部的火焰空间和下部的池窑空间两部分组成。选用国内年产3万t玻璃纤维窑炉燃烧空间为物理模型,根据相应尺寸建立几何模型,并据此建立单元玻璃窑炉的燃烧空间三维数学模型,进而在FLUENT平台上进行数值模拟研究。通过模拟得出了火焰空间的温度场、速度场分布压力分布及气体流动状况。从模拟结果可以看出,该数值模拟能够比较客观地反映单元玻璃窑炉内燃烧及气体流动的分布规律,对窑炉生产过程的指导和优化设计有一定的实用价值。     

光学玻璃电熔窑流液洞的数值模拟分析

采用ANSYS 19.0软件对光学玻璃全电熔窑流液洞进行了数值模拟分析研究,运用流场分布、温场分布、局部循环分布对流液洞设计进行了评价,分析了玻璃液在流液洞中的最大回流位置以及流液洞和上升道区域存在的局部循环数量.研究结果表明:在流液洞及上升道区域形成了多个局部循环,流液洞内的回流循环导致玻璃液正方向(z方向)流动的横...     

全氧燃烧火焰空间烟道口位置变化对窑压和气流场影响的数值模拟

采用基于k-ε湍流模型、涡-耗散化学反应模型、P1辐射传热模型的数值模拟方法,研究了玻璃熔窑在全氧燃烧条件下烟气出口位置对窑内压力场和火焰空间的影响规律。研究结果表明,烟气出口位置的改变造成玻璃熔窑内压力场的变化,随着烟气出口的前移,整体的窑压平均值逐渐下降,尾气温度先升高后降低。