铁矿石颗粒尺度相变传热过程的数值模拟

为解析铁矿石颗粒在高炉软熔带内的复杂相变传热过程,采用焓法模型对单颗粒铁矿石加热熔化过程进行分析,获得了铁矿石颗粒内的温度分布、熔化时间和液相的体积分数等变量随时间的演变规律,讨论了铁矿石颗粒粒径、加热气流速度和加热气流温度对熔化过程的影响.结果表明:铁矿石颗粒粒径大小对加热熔化过程的液相析出、相变区厚度和颗粒中心与外表面温差影响最为显著,主要原因是对流换热系数减小导致颗粒换热能力被削弱,颗粒内部导热热阻增大;加热气流速度成倍增大,颗粒熔化时间只微微缩短,而加热气流温度的逐步升高使得颗粒熔化时间有较大程度的缩短,主要原因是在高温环境中辐射换热影响增强.

高炉风口回旋区焦炭燃烧特性的颗粒尺度模拟

为从微观颗粒尺度解析高炉风口回旋区动态演变及内部热化学行为,采用计算流体动力学-离散单元法(CFD-DEM)耦合方法对回旋区焦炭燃烧过程进行了数值模拟研究。首先验证了CFD-DEM模型的可用性与准确性;然后探究了回旋区形成及演变过程、焦炭颗粒燃烧行为及粒径分布和气相的温度及组分分布;最后考察了不同鼓风速率对回旋区大小、风口轴向气体温度与组分分布的影响。模拟结果表明,回旋区的宽度和高度随着鼓风速率的增大而增加;鼓风速率的上升使气体高温区和化学反应区分布发生改变,即最高温度点和焦炭反应区均向焦炭床中心移动。