钢包烘烤器燃烧特性的数值模拟与优化研究

利用商业软件Fluent,采用有限差分方法和修正的速度一压力耦合算法Simplec,对钢包烘烤过程的流动、燃烧、传热现象进行数值模拟与优化研究,定量分析了空燃比、空气预热温度、煤气流量等烘烤工艺参数对钢包内温度分布的影响。结果表明,保持空燃比4：1,增加煤气流量和空气预热温度是提高钢包烘烤温度的有效措施,这将对指导现场生产有重要的意义。模拟计算结果与现场工况实测结果基本吻合。     

蓄热式钢包烘烤的数值模拟

为了对钢包的烘烤温度进行在线预测,笔者耦合了流体流动、燃烧和换热过程,建立了多入口、多出口的三维非稳态钢包烘烤数学模型。利用计算流体力学软件CFX4．3,采用有限差分方法和修正的速度一压力耦合算法SIMPLEC,计算了某厂蓄热式钢包内衬的温度分布,重点分析了不同气体预热温度下钢包内衬温度的变化规律,并进行了实验验证。结果表明,采用助燃空气一煤气双预热的蓄热式燃烧技术能够有效地提高钢包的烘烤速度和加热均匀性;气体预热温度越高,包衬终点温度越高,温度均匀性也越好。计算结果与实验及工程现象基本吻合,证明该模型对指导现场生产具有重要意义。     

蓄热式钢包烘烤流动与传热过程数值模拟

采用ANSYS CFX10.0商业软件对蓄热式钢包烘烤燃烧、流动、传热耦合过程进行模拟计算,给出钢包内部的气流和温度分布情况,分析了不同空气预热温度对钢包烘烤温度、火焰辐射强度的影响,计算结果表明蓄热式钢包烘烤更有利于提高钢包温度及其均匀性。     

蓄热式烘烤对160 t钢包衬温度均匀性的影响

通过160t钢包蓄热式烘烤实验和数值模拟，得出在给定烘烤时间内，当气体不经预热时包衬平均烘烤温度为1220K，包衬圆周温差大于80K；空气-煤气预热至1273K时，钢包烘烤温度可达1300K，包衬圆周温差小于20K。采用助燃空气和煤气双预热蓄热式燃烧技术有利于提高钢包烘烤效率和包衬温度。     

蓄热式钢包烘烤技术在涟钢的应用

以高炉-焦炉混合煤气为燃料，采用空气单预热的高温空气燃烧技术对钢包烘烤器进行蕈热式改造。使用后效果明显。同时通过工业性对晓试验，对蓄热式钢包烘烤设备的应用效果进行了研究，并对存在的问题进行了探讨。结果表明，新烤包系统节能效果接近40％。蓄热式钢包烤包装置加热速度快，在线钢包温度能升高240℃以上，钢包温度可达1100℃左右，钢包烘烤质量提高，有利于钢水在钢包内的过程温降减少，并提高生产作业率，降低生产成本。     

蓄热式钢包烘烤技术在涟钢的应用

以高炉-焦炉混合煤气为燃料，采用空气单预热的高温空气燃烧技术对钢包烘烤器进行蓄热式改造，使用后效果明显。同时通过工业性对比试验，对蓄热式钢包烘烤设备的应用效果进行了研究，并对存在的问题进行了探讨。结果表明，新烤包系统节能效果接近40％，蓄热式钢包烤包装置加热速度快，在线钢包温度能升高240℃以上，钢包温度可达1100℃左右，钢包烘烤质量提高，有利于钢水在钢包内的过程温降减少，并提高生产作业率，降低生产成本。     

钢包烘烤温度场的数值仿真与优化

 为优化某厂的钢包烘烤制度,耦合了烘烤过程中流体流动、燃烧和换热过程,建立了用于数值计算的三维数学模型,利用计算流体力学软件FLUENT,采用有限差分方法和修正的速度-压力耦合算法SIMPLEC,计算了钢包内的燃烧现象,重点分析了不同煤气流量下钢包内煤气燃烧温度场的变化规律,并进行了试验验证。结果表明,煤气流量800 m3/h时,烘烤温度较为理想,并且烘烤均匀性好,是提高炉壁温度的最佳流量,计算结果与试验结果基本吻合。提出了可供现场参考的烘烤工艺参数。     

纯氧助燃钢包烘烤工艺中燃烧场的模拟

钢包烘烤预热可使钢水温度稳定在低过热度下,有利于减少铸坯缺陷,提高铸坯质量.纯氧助燃钢包烘烤工艺由于具有火焰刚性好,热损失少等优点逐渐受到青睐.钢包烘烤过程中伴随了燃烧、流动、对流和辐射传热等复杂物理化学过程,明确这些过程的相互作用机理对于提高钢包烘烤效率、节约能源具有重要意义.本文基于标准k-ε湍流模型耦合涡耗散燃烧模型和P-1辐射模型建立钢包烘烤过程多场耦合数学模型,并针对纯氧助燃与空气助燃的不同,建立计算辐射吸收系数修正的WSGGM模型,模拟了O_2的体积分数为21%、99%时钢包内的燃烧场,对比分析两种情况下温度分布以及燃烧产物CO_2和H_2O的浓度分布规律.结果表明,纯氧助燃火焰温度高,火焰刚性好;烟气量小,热损失少;纯氧助燃的燃烧产物主要为CO_2、H_2O,气体辐射能力增强,烘烤效率高.     

钢包烘烤器的蓄热式改造及性能分析

介绍了蓄热式钢包烘烤器的特点。并对其加热性能进行了分析。结果表明：采用高温空气燃烧技术，包内气体温度大幅度提高而且温度分布均匀，钢包烘烤速度加快，温度均匀性好，能满足钢厂现场条件及钢水包快速优质烘烤的要求。     

预热烘烤对钢包热行为的影响研究

结合H钢厂的实际情况,采用有限元分析法对新钢包温度场进行研究,进而采用ANSYS数值模拟软件对钢包从烘烤至周转过程进行了数值模拟,重点分析了预热烘烤对新钢包热状态及钢水温度的影响,并进行了试验验证。结果表明:新钢包预热烘烤25 h虽然达到红包状态,且包壁温度趋于热饱和,但是包底仍有蓄热升温空间,周转后钢包造成钢水的最大温降约10℃;预热烘烤55 h后,钢包整体趋于热饱和,周转后钢包造成钢水温降不到1℃,因此可知理想的预热烘烤时间为55 h,为炼钢厂钢包烘烤制度及出钢温度制度的制定提供了参考。     

纯氧助燃预热铁包中废钢过程气流特性的数值模拟

低热值煤气铁包内燃烧预热废钢是提高转炉废钢入炉量的有效措施之一。基于标准k-ε湍流模型耦合涡-耗散燃烧模型,针对铁包内转炉煤气纯氧燃烧过程进行数值模拟研究,探讨气流分布特性及其对烘烤效果影响。结果表明,纯氧燃烧时高温气流速度大,从料堆中心进入、边缘排出,换热距离大,可有效提高低热值煤气燃烧的热利用效率;燃烧过程中铁包盖-体间隙存在空气卷吸、烟气外溢现象。通过调整煤气流量或出口负压,可减少高温烟气外溢、调节烟气回收温度,实现废钢烘烤的最佳气流分布和效果。本预热装置出口负压为-50 Pa、煤气流量约为3 500 m3/h时综合效果较佳。     

烟气自循环加热炉内预热空气温度对燃烧过程的影响

高温空气燃烧技术中预热空气温度对炉膛内的燃烧特性及火焰特性有重要的影响。就不同预热空气温度对烟气自循环加热炉的影响进行了模拟研究。结果发现：预热空气温度一般加热到900～1100K为最佳。NOx浓度随着预热空气温度的升高而增大,一旦预热空气温度超过1500K,NOx的生成量将急剧升高。     

AOD蓄热式烘烤过程热行为与NO排放的数值模拟

采用新型AOD蓄热式烘烤器对120 t AOD设备烘烤过程炉内温度分布和NO排放量进行了数值模拟,分析了空气预热温度(1273～1473 K)、空气进口与燃气人口间的相对距离L(0.28～0.51 m)对流场、温度场和NO排放的影响。结果表明,随L值增加,炉内最高温度下降,气体温度均匀性提高,NO生成量降低;空气预热温度提高,炉内气体温度升高,反应区NO含量升高。空气预热温度1273 K即可满足要求。     

高效钢包烘烤装置的研制与应用

高效钢包烘烤装置采用旋流二段燃烧型烧嘴，普通空气助燃，并配备相 应的调节控制装置，实践证明，应用改造后的钢包烘烤装置，钢包烘烤时间由100h降为60h，单包混合煤气耗量由23800m^3降低到16980m^3，保证了钢包的供给，2套烘包装置年效益可达250万元。     

全氧燃烧在120 t钢包烘烤器上的应用

随着钢铁行业能源环保压力日益加重,节能减排是钢铁企业高质量发展的必然选择。主要阐述了全氧燃烧技术节能减排原理以及在某厂钢包烘烤上的应用实践。采用工业试验对比的方式,对全氧燃烧在该厂120 t钢包烘烤器上的应用效果进行分析,结果表明,全氧燃烧技术的应用可以有效提高钢包烘烤效果,减少烘烤过程中烟气和NO_x排放,降低煤气消耗约43.79%,提高钢包烘烤终点内衬温度约223 ℃,降低转炉出钢过程钢水温降约9.10 ℃,降低吨钢精炼成本约4.77元。