流体转杯离心粒化特性试验

 针对高温熔融高炉渣转杯粒化技术,为了探索离心粒化过程中熔渣颗粒形成的机理及熔渣体流量、转杯转动速度等参数对颗粒粒径的影响,以水为粒化试验工质,以直径110 mm的转杯为离心粒化器,开展了离心粒化可视化试验。研究了工质在转杯表面的流动和在转杯边缘形成液丝、液丝断裂成液滴的机理,以及液丝长度、顶端液滴粒径随时间的变化趋势;基于图像处理技术分析了转杯转速、工质流量对粒化液滴的粒径分布和平均粒径的影响规律。结果表明：转杯表面液膜在转杯边缘形成若干凸起,并沿转杯运动的切线方向延伸形成液丝,液丝长度随时间呈线性变化关系,液丝顶端液滴粒径基本保持不变;随着工质流量降低和转杯转速升高,液滴平均粒径呈减小趋势,液滴速度接近转杯圆周速度。     

高炉渣干法粒化试验研究

转杯法粒化属于干法粒化的一种,这种方法不仅回收了高炉渣的显热,而且节约大量新水,不污染环境。针对转杯法粒化的热态试验,分析了高炉熔渣破碎的粒化机制,研究了转杯边缘线速度和熔渣温度对渣粒平均直径和质量分布的影响。研究结果表明:随着转杯边缘线速度的提高,渣粒平均直径逐渐减小,渣粒向远离转杯的方向分布;当线速度超过6 m/s时,渣粒平均直径的变化随线速度的提高趋于平缓;当熔渣温度在1 400~1 500℃范围内时,熔渣温度对渣粒平均直径和质量分布没有影响。     

转杯离心粒化熔融高炉渣数值模拟

在转杯离心粒化熔融高炉渣的过程中,熔渣在转杯施加的离心力的作用下沿转杯内壁形成液态渣膜,其在转杯边缘处的厚度将直接影响渣液离开转杯后破碎和冷却所形成的固体渣粒的粒度。因此,为了探究相关参数对转杯边缘炉渣液膜厚度的影响规律和渣膜厚度与渣粒平均直径之间的定量关系,采用带自由表面多相流的CFD数值模型对液态高炉渣在高速旋转的转杯上的流动行为进行了模拟研究,特别是对影响转杯边缘渣膜厚度的关键参数的作用进行了分析。结果表明,转杯转速和熔渣流量对渣膜厚度的影响最为显著,是转杯离心粒化技术的重要操作参数;渣粒直径则随着渣膜厚度增大而接近线性规律增大。     

黄磷渣转杯粒化过程中丝状物生成量实验

转杯粒化法是当前最具发展前景的一种熔渣干法粒化技术,但粒化过程中产生的丝状物极不利于粒化设备的稳定运行,这限制了该技术的产业化.本文中通过黄磷渣转杯粒化热态实验,研究了熔渣温度、熔渣流量、转杯直径及转杯转速对粒化产物中丝状物生成量的影响.结果表明：随着熔渣温度的升高,丝状物占比减少,当熔渣温度低于1 325℃时,丝状物占比超过5%;随着熔渣流量的增加,丝状物占比也减少,当熔渣流量在0.2 kg/s以上时,丝状物占比不超过5%;在相同的转杯边缘线速度下,转杯直径越大,粒化产物中丝状物占比越高.此外,建立了丝状物占比的预测模型,可为熔渣转杯粒化工艺参数的选择提供理论指导.     

离心粒化的黄磷渣颗粒直径尺寸的研究

为研究高温黄磷熔渣转杯粒化后的颗粒直径，通过中试试验考察了熔渣温度、熔渣流量、转杯转速以及转杯直径等因素对粒化颗粒直径的影响，同时通过波理论建立了粒化颗粒直径的模型公式，试验结果与模型计算结果拟合较好，表明模型计算结果对工程应用有一定的参考意义。     

转杯粒化工艺高温熔渣换热数值模拟

转杯粒化器是高温熔渣离心粒化余热回收系统中最关键的部件,它与高温熔渣接触后的换热和温度分布直接影响到转杯的安全运行。由于熔渣温度超过1 500℃,现有的试验测温手段受到了很大限制,因此,从数值模拟出发,研究高温熔渣在转杯上流动换热特性以及凝固渣壳的形成规律,结果表明,渣壳厚度与转速呈负相关,转杯表面热流密度以及对应的壁面温度均与渣壳厚度呈负相关,转杯边缘的渣壳厚度最薄,同时温升速率及温度在转杯内部最高。通过在转杯表面设置耐火材料能显著降低转杯不锈钢内部温度,从而起到对不锈钢本体热防护的作用。     

转杯内熔渣渣膜厚度的分析计算

缩小渣粒尺寸是熔渣显热回收的关键,渣膜在转杯边沿的厚度决定渣粒直径。文章对渣膜在转杯边沿处厚度进行了分析,综合考虑了熔渣温度、转杯转速、转杯直径和熔渣质量流量对渣膜厚度的影响。     

工业熔渣离心粒化数值模拟

针对熔渣离心粒化过程,采用VOF法对粒化器中的气液两相流动进行三维瞬态模拟,主要对铜渣和高炉熔渣两种冶金渣在不同转速下生成的液丝与液滴特性进行了对比分析.结果表明：同转速下,与铜渣相比,高炉熔渣的破碎波长、尖端直径、破碎波长与尖端直径的比值、破碎长度均更大;不同转速下,同种熔渣破碎波长与尖端直径的比值趋于一致,破碎长度与尖端直径的比值与韦伯研究的结果相似;铜渣和高炉熔渣粒化产生的颗粒粒径均随转速的增大而减小,与高炉熔渣相比,铜渣在粒化过程中可以获得大量更小尺寸的颗粒;随着转速的增加,铜渣的平均粒径变化较小,更有利于从高温颗粒中回收余热.     

高炉渣干式离心粒化的建模仿真研究

通过建立熔渣粒化过程的物理和数学模型,对高炉熔渣干式离心粒化过程进行了数值模拟,并通过小型试验加以验证。针对平板式转盘干式离心粒化过程,分析比较了不同的熔渣温度(或黏度)、表面张力和转盘转速等因素对熔渣离心粒化过程的影响,获得离心粒化的最佳工艺参数。研究发现,随着转盘转速的增加,粒化效果大大改善;熔渣温度(或黏度)对粒化效果的影响也较大,熔渣温度越高(或黏度越小),粒化效果越好;熔渣的表面张力越大,粒化效果越差。     

高温液态熔渣飞行及碰撞过程研究

对离心粒化后高温熔渣的飞行过程建立数学模型,通过Runge-Kutta方法对建立的数学模型进行离散求解。结果表明,熔渣液滴沿x方向飞行距离与液滴直径和初始速度成正比;由于空气绕流阻力和重力作用,熔渣液滴速度先降低后增加。对熔渣液滴撞壁后过剩反弹能进行分析,获得了熔渣液滴的临界撞击速度。结果表明,临界撞击速度为区间,存在上界和下界,且上界和下界同时随直径增加而降低。对初始速度为10、12和14 m·s?1三种粒化工况进行实验,结果表明,由于熔渣液滴从粒化盘抛出时速度小于粒化盘边缘线速度,熔渣液滴实际下降距离大于其理论值;三种工况下熔渣液滴撞击速度在临界撞击速度区间内,均未产生粘结。     

高炉渣破碎过程的模拟实验研究

针对高炉渣转杯法粒化工艺,用液态石蜡模拟熔渣,研究了转杯转速和石蜡的质量流量对颗粒平均直径及其质量分布的影响规律。结果表明:颗粒的平均直径随转速的提高而减小,随质量流量的增加而增大;高转速下破碎颗粒呈长条形,质量流量对颗粒形状没有影响;提高转速和增大质量流量,都会使颗粒的质量分布均匀。     

不同结构粒化器表面高炉渣液膜的流动特性

在高炉渣离心粒化热回收工艺中,粒化得到的颗粒尺寸对余热回收效果至关重要,而颗粒尺寸又与粒化器表面液膜的流动特性息息相关,因此增进对粒化器表面液膜流动特性的认识可为离心粒化技术提供指导。采用数值模拟方法研究了离心粒化过程中粒化器结构对液膜流动的影响;讨论了半径、倾角、深度等参数对粒化器表面液膜厚度的影响及其作用机理,并获取了流体在粒化器表面运动轨迹与液膜厚度的关系。结果表明:转杯粒化器的内倾角介于40°~60°之间或深度介于10~12mm之间时粒化效果最佳,其相应液膜厚度约为0.300mm。与等径的转盘粒化器相比,其液膜厚度减小约32%。粒化器结构对液膜厚度的影响可归因于粒化器表面流体运动轨迹长度的变化,当流体运动轨迹长度增大时,其对应的液膜厚度就越小,二者呈非线性负相关关系。     

高炉渣急冷干式粒化处理工艺分析

 介绍了3类已经进行过工业试验的急冷干式粒化方法——滚筒法、风淬法和离心粒化(转杯)法，分析了它们的优缺点。对高炉渣急冷干式粒化的节水、节能和环保效益进行了估算，同时指出了急冷干式粒化技术的难点。     

熔融钢铁渣干式粒化和显热回收技术的进展

 分析了钢铁熔渣显热回收的技术难点,因为硅酸盐类炉渣导热系数低而处理温度高,所以换热效果难以保证。介绍了连铸连轧法、滚筒法、搅拌法、风淬法、Merotec法等各种熔渣干式粒化 物理法显热回收工艺和气体重整、煤气化、直接生产产品等化学法显热回收的技术方案。指出效率不高是各种物理法热回收工艺不能工业化的原因。熔渣显热回收技术对中国钢铁工业的节能降耗很有意义。经过分析,离心粒化和化学法回收热能很有发展前途。     

Physical Simulation of Molten Slag Granulation by Rotary Disk

A physical model of molten slag granulation by rotary disk was developed based on the mechanism of Newtonian liquid granulation. For geometrical similarity, the radius ratio of model disk to the prototype disk was chosen as 1 : 1. For dynamic similarity, equality of Ohnesorge number between the model and the prototype was achieved firstly by compounding rosin and paraffin wax with mass ratio of 1 : 1 as simulation liquid of molten blast furnace (BF) slag, and the simulation material can satisfy the similarity of liquid-solid transformation during falling in the medium; then equality of Reynolds number and Weber number was obtained by controlling the volumetric flow rate and the rotary speed, respectively. Model accuracy was verified by comparing the simulation data with the results reported in literature, which showed good agreement with the calculation results of empirical equation and the actual molten BF slag granulation from the view point of particle size. Furthermore, influences of disk radius, rotary speed and liquid flow rate on granulation were discussed using the developed model, and the Kitamura equation was modified according to the simulation data which can predict particle size more accurately. Using the modified equation, the operation parameters were predicted according to the flow rate of molten industrial BF slag.