氢气直接还原竖炉温度场和流场的模拟

发布时间：2021-01-11 22:57

　　根据我国钢铁行业的发展现状,目前急需要一种具有生产效率高、环境污染少、产品质量好等优点的炼铁工艺来替代现有的能耗高、污染严重、产品质量低的炼铁工艺。气基直接还原炼铁工艺除具有以上优点外,而且生产流程短、杂质含量少从而逐渐成为国内外研究的热点。在此背景下本文对气基直接还原工艺的主体设备竖炉的温度场和流场进行了模拟研究。从还原气利用率和达到预定温度两个方面对竖炉内的最小需气量进行了理论计算,确定了球团矿的需气量。并对直接还原竖炉内球团矿的热平衡进行了计算。通过DEM-CFD耦合的方法对球团矿的通风阻力进行了模拟,得到的拟合方程用于球团矿通风阻力的计算。采用计算流体软件FLUENT建立了竖炉的气固传热模型。将球团矿简化为多孔介质,物料的运动采用滑移网格模拟,还原反应采用三步反应参与计算,得到氢气直接还原铁竖炉还原段的温度场,同时也能够得出还原产物随高度的变化情况,并计算出还原气的热效率。结果表明:在一定范围内,随着氢气气量的增加还原段温度梯度逐渐变窄,炉顶气温度逐渐升高,并且还原气的热效率逐渐降低。简化的竖炉还原段气固传热模型适用于氢气直接还原竖炉还原段温度场的预测以及炉内反应产物的分析。通... 

【文章来源】：燕山大学河北省

【文章页数】：81 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 课题研究的背景
    1.2 直接还原工艺
        1.2.1 典型的竖炉气基直接还原工艺
    1.3 直接还原铁现状和发展
        1.3.1 世界主要国家直接还原铁产量
        1.3.2 我国直接还原铁发展历程
    1.4 研究现状
        1.4.1 炉内物料传热分析
        1.4.2 还原反应动力学的分析研究
        1.4.3 气基直接还原竖炉内流场的研究
    1.5 课题研究的内容及方法
        1.5.1 研究的内容
        1.5.2 研究的方法
第2章 DEM-CFD耦合原理
    2.1 概述
    2.2 EDEM
        2.2.1 接触力模型的介绍和选择
        2.2.2 Rayleish时间步长
    2.3 DEM-CFD耦合
        2.3.1 耦合模型的选择
        2.3.2 气固耦合的控制方程
        2.3.3 Drag模型
        2.3.4 时间步长的匹配
    2.4 耦合模拟流程
    2.5 本章小结
第3章 直接还原竖炉内各参数的分析
    3.1 理论热平衡计算
        3.1.1 标准反应热效应分析
        3.1.2 反应温度计算
    3.2 最低还原气量的计算
        3.2.1 作为还原剂时还原气的理论需求量
        3.2.2 竖炉达到预定温度的最低需气量
    3.3 球团矿阻力系数的模拟与实验
        3.3.1 球团矿阻力系数测定实验
        3.3.2 矿层阻力的DEM-CFD耦合模拟
    3.4 本章小结
第4章 氢气DRI竖炉还原段温度场的研究
    4.1 稳态时还原段温度计算
    4.2 还原段温度的数值模拟
        4.2.1 控制方程的选择
        4.2.2 边界条件的选择
        4.2.3 关键参数的选择
        4.2.4 求解设置
    4.3 各项结果分析
        4.3.1 温度场随时间的变化分析
        4.3.2 通气量对温度场的影响
        4.3.3 氢气含量对温度场的影响
        4.3.4 还原气热效率的计算
    4.4 本章小结
第5章 基于DEM-CFD的还原段内流场的模拟
    5.1 模型建立和参数选择
    5.2 竖炉操作参数
        5.2.1 料层形状的影响
        5.2.2 颗粒大小的影响
        5.2.3 通气速度的不同
        5.2.4 下降速度的影响
    5.3 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间单人的科研任务与主要成果
致谢


【参考文献】：
期刊论文
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硕士论文
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[3]COREX熔融气化炉内气流分布数值模拟[D]. 王凤.重庆大学 2009
[4]球床多孔介质通道单相流体流动特性研究[D]. 李振鹏.哈尔滨工程大学 2009
[5]竖炉生产海绵铁过程的还原特性及碳行为研究[D]. 秦洁.重庆大学 2008



本文编号：2971636