重力势能驱动旋流反应器及冶金特性实验研究

针对传统钢铁炉外精炼设备及其搅拌工艺能耗大、资源利用率低、环境负荷重等问题,提出利用重力势能驱动的旋流反应器用于金属的炉外精炼工艺,以达到降低环境负荷的目的.该反应器通过革新传统冶金反应器的构造,引入离心泵的设计原理,通过在漏斗形壁面上设置优良叶型的导流叶片,使沿导流叶片下流的钢液产生旋流,达到利用钢液本身的重力势能作为金属精炼搅拌动力的目的.利用水模型实验验证了这种新型冶金反应器的冶金特性,即对旋流生成与混合能力进行实验研究.结果表明,该反应器在工作中无需外加动力,产生的旋流能够提供金属冶炼所需的搅拌动力,较好的完成金属液的混合及冶炼过程;在已知的3种叶片形式中,前弯型叶片产生的旋流效果最佳.     

厚料层转底炉含铁尘泥直接还原模拟

转底炉工艺是目前处理含铁尘泥最有效的工艺之一,但传统转底炉处理尘泥需要造球且只能铺设1~2层球团以致生产效率较低。针对该问题,料层厚度是传统工艺10~30倍的新型厚料层转底炉技术应运而生,同时无需造球并取消了燃烧装置,极大提高生产效率。基于计算流体力学(CFD)方法建立了新型厚料层转底炉工艺多孔介质异相反应直接还原数学模型,研究厚料层转底炉的工作特性,分别对厚料层转底炉内的还原性气氛、脱锌、金属化率进行分析与讨论。研究表明,厚料层转底炉物料出炉时脱锌率超过99%且金属化率达到90%以上,能够有效提升生产效率。研究结果丰富了转底炉工艺理论,并为新型厚料层转底炉工程化提供理论依据。     

铝电解气泡运动特性与形貌演变规律的研究进展

铝电解气泡运动是伴随电解槽内离子输运与传热传质传动的复杂非平衡态过程。对多物理场作用下的多尺度气泡运动行为的揭示是控制电解槽稳定运行、降低电能消耗以及提高电流效率的关键。本文综述了铝电解气泡运动行为的实验和数值计算方法的研究进展,尤其对多尺度气泡形核、生长、聚并以及释放行为的研究进行了详细的阐述。对当前的工业测量实验、水模型实验、水溶液电解实验以及高温电解实验的优缺点进行了对比与总结。对数值实验的界面捕捉方法、欧拉-欧拉方法、欧拉-拉格朗日方法以及格子玻尔兹曼方法对描述不同尺度气泡的适用性进行了对比与评估,提出未来的研究方向要结合微观电化学反应、界面传质并利用工业人工智能等方法优化铝电解过程气泡运动。     

坯壳导电性对电磁制动结晶器多物理场的影响

采用雷诺时均方法,标准k-ε模型研究电磁制动下凝固坯壳导电性对板坯连铸结晶器内流场和电磁场的影响。计算了3种不同工况,1—忽略凝固坯壳导电性,2—凝固坯壳电导率取定值,该值等于钢液电导率,3—凝固坯壳电导率随温度变化,并对比了3种工况下感应电流、洛伦兹力、焦耳热及速度分布。结果表明,相较于凝固坯壳绝缘的情况,坯壳导电时,上环流减弱,下环流增强,环流涡心区域扩大;洛伦兹力、感应电流密度、焦耳热最大值出现在水口和射流区域,在制动区域内数值较高,随着远离制动区域而迅速衰减;坯壳导电时,数值和分布范围较坯壳绝缘时均有明显提高;电磁制动下坯壳导电性影响显著,因此模拟计算时凝固坏壳的导电性不应被忽略;由于凝固坯壳电导率接近钢液,因此工况2、3差异微小,由凝固坯壳导电引起的流场、感应电流密度分布和焦耳热分布的变化在工况2下变化幅度略大于工况3。     

电解槽内异型凸台对电解质/铝液界面波动的影响

针对铝电解槽内电解质/铝液界面的波动现象,基于计算流体动力学(CFD)的方法建立了铝电解槽内电解质/铝液两相流体流动的数学模型.使用Fluent软件的流体体积自由面跟踪法和自定义函数,研究了阴极凸台对电解质/铝液界面波动的影响.结果表明,异型凸台的加入使得两相界面的波动幅度降低了17.2%,但凸台的存在同时也使得熔体对侧部槽帮冲刷增强.     

推钢式板坯加热炉流场、温度场和浓度场的模拟研究

针对推钢式板坯加热炉,建立加热炉内气体流动、燃烧和传热过程数学模型.采用计算流体力学(CFD)商业软件Fluent模拟得到加热炉炉内的温度场、流场以及反应物和生成物浓度分布.结果表明:通过预热空气至350℃和预热煤气至50℃,平均炉温能够达到1300℃,满足钢坯加热温度要求.由于加热炉结构复杂,使得炉内有明显的回流,预热助燃空气可以有效提高炉温,燃烧充分时炉子热效率也高.模拟结果对加热炉优化设计及操作都具有重要的参考价值.     

电渣重熔H13模具钢过程碳偏析的模拟研究

宏观偏析现象普遍存在于电渣重熔钢锭中,严重影响钢锭的均质性和凝固质量。建立了电渣重熔H13模具钢的三维瞬态耦合模型,对碳偏析现象进行模拟研究,并考虑合金元素间的相互影响。采用各向异性多孔介质模型模拟糊状区的动量衰减,Lever算法计算溶质再分配行为。模拟结果表明,碳元素富集在熔池底部,且随钢锭凝固而增多。重熔钢锭底部和边缘呈负偏析,中心和上部呈正偏析。在其他初始元素一定时,硅初始质量分数由0.8wt%增大至1.2wt%,碳元素正偏析指数增大了8.57%;钼初始质量分数由1.1wt%增大至1.75wt%,碳元素正偏析指数下降了1.89%,并且增加硅、钼元素初始质量分数可以使碳元素分布变得更为均匀;工作电流由3700 A降低至3100 A,重熔钢锭碳含量正偏析指数由0.0856降到0.0837,下降2.22%。     

喷粉透气砖狭缝内气--固两相流动数值模拟

狭缝型喷粉透气砖是铁水底喷粉脱硫预处理工艺重要功能性元件,对底喷粉脱硫工艺的顺利实施影响重大.结合实际应用情况,基于欧拉-欧拉双流体和颗粒动力学理论,对喷粉透气砖狭缝内气-固两相流进行了三维数值模拟,得到狭缝内的流场、压力场和颗粒相体积分数场分布.喷粉透气砖狭缝内颗粒相体积分数非均匀段长度一般为250 mm,加速段长度一般小于250 mm,在颗粒直径为20μm时单缝内的压降最大,为2350 Pa.工业试验结果表明,底喷粉工艺脱硫效率比同类型顶喷粉工艺提高15%以上.     

石油焦煅烧过程碳排放及减排分析

耦合多种碳排放源识别方法,分析石油焦煅烧过程中的碳排放源.通过数学模型的搭建,以某石油焦煅烧企业为例,计算并分析整个生产过程中的碳排放量.研究结果表明:整个煅烧过程中的总碳排放为0.509904 tCO2/t煅烧焦,净碳排放量为0.141942 tCO2/t煅烧焦,挥发分燃烧碳排放在总碳排放中占比最大,为68.51％....     

双辊铸轧热变形及热应力的数值模拟

结晶辊内部结构非常复杂,受热发生变形后,辊表面形状变得不规则,因此研究结晶辊温度场、热应力及热变形,掌握其分布规律,对于控制结晶辊的变形,得到均匀的铸带具有重要意义.以结晶辊为主要研究对象,采用热结构直接耦合方法计算结晶辊的温度场、热应力和热变形,为结晶辊的设计提供参考.结果表明,选用Be-Co-Cu作为结晶辊材质,辊转动30 s后,辊外表面温度和最大等效应力保持稳定,最高和最低温度分别为198和449℃,最大等效应力为1041 MPa;转动300 s后,辊内部温度及变形达到稳定状态,辊外表面径向位移都在0.4～0.5mm之间.通过对比Be-Co-Cu材质和钢材质的温度和最大等效应力,得出Be-Co-Cu材质更适合于制造双辊的结论.