COREX預還原豎爐的數學物理模擬.pdf

1、COREX預還原豎爐為典型的氣固逆流反應器，其內部合理的煤氣流分布將有助于獲得低料柱壓差、低煤氣單耗和高煤氣利用率，從而獲得高DRI金屬化率。為了更好地理解和掌握COREX工藝，本文首先通過建立COREX靜態(tài)工藝模型對其進行了工藝分析，然后對COREX預還原豎爐進行數學和物理模擬。主要工作如下:
　　(1) COREX靜態(tài)工藝模型
　　在質量—能量平衡方程組以及約束條件的基礎上建立了COREX靜態(tài)工藝模型，工藝模型中增加原料

2、優(yōu)化模塊和數據庫操作功能。COREX工藝模型的計算值和工廠生產數據的相對誤差均小于3％，說明模型有較高的可信度。利用工藝模型進行物料平衡和熱平衡分析，計算結果為物理和數學模擬提供必要的邊界條件。
　　(2) COREX豎爐冷態(tài)物理模擬
　　依據相似原理推導出模擬COREX預還原豎爐物理模型的相似準數，建立了與實際COREX-C3000預還原豎爐1∶20相似比的半周冷態(tài)物理模型，并確定了實驗方案。測定了不同氣體流量、不同床層高

3、度、不同下料速度、不同填充料、不同中心粉料配比條件下爐內氣體壓強的分布情況，了解了預還原豎爐內部氣流分布的一些規(guī)律。
　　對預還原豎爐內固體物料運動進行了可視化實驗，考察了豎爐內不同位置的下料情況，得到了爐內固體物料在徑向和軸向運動變化的規(guī)律。
　　利用硅膠吸水變色的特性，對預還原豎爐內氣固反應進程進行了可視化實驗，分析了預還原豎爐內氣固反應進程的趨勢及規(guī)律。
　　(3)布料模式對煤氣流分布影響的數學模擬
　　采

4、用豎爐內煤氣流分布的三維數學模型，研究了單環(huán)布料時在不同檔位下對豎爐內煤氣流分布以及反竄煤氣量的影響。得到了隨著布料檔位的外移，豎爐壓差、反竄煤氣量和煤氣偏析程度的變化規(guī)律。當豎爐內的布料檔位超過2.0m后，豎爐壓差、反竄煤氣量和煤氣偏析程度顯著增加。因此，豎爐單環(huán)布料時，檔位不易超過2.0m，較合適的布料檔位為1.6m。
　　(4) COREX預還原豎爐全過程的數學模擬
　　建立了COREX豎爐預還原全過程的數學模型，得到

5、了典型操作條件下的氣固兩相速度、溫度、濃度等變量在二維柱坐標系下的分布情況，分析了速度場、溫度場和濃度場中變量變化規(guī)律。固料在爐身上部運動呈活塞流形式，在爐身下部由于死料堆存在出現偏流現象;氣固兩相溫度在爐身上部與下部呈現相反的情況，上部區(qū)域中心溫度高，下部區(qū)域邊緣溫度高;濃度場中還原率與氣體還原勢與溫度場呈類似的分布規(guī)律;而煤氣利用率則呈現出與氣體還原勢相反的趨勢，在預還原豎爐下部，煤氣利用率較低且徑向梯度較大，爐壁處的利用率低于中心