竖冷设备中烧结矿石偏析行为的GPU高性能模拟

随着钢铁工业流程和技术的不断优化及节能减排要求的不断升级,如何高效回收利用各生产工序中的工业余热成为钢铁工业面临的重要课题.竖冷设备既可以有效回收烧结矿石的显热,大幅提高能源的利用率,又可以有效减少烧结工序中的粉尘,降低烧结工艺的环境污染,因此得到了高度重视.但现有竖冷设备容易出现烧结矿石的偏析问题,严重影响了显热回收的效率和设备运行的稳定性.为此,采用离散元法(discrete element method,DEM)研究竖冷设备中烧结矿石的偏析,重点针对不同结构进料管对烧结矿石偏析的影响.研究发现,虽然缓冲仓内每次加入的烧结矿石皆混合均匀,但由于不同粒径的烧结矿石在进料过程中存在动量差异,导致了竖冷设备内明显的颗粒偏析,在料堆堆尖处呈现小颗粒多大颗粒少的现象,并且料层主体的偏析与进料管的结构密切相关.由于进料管的结构是进料过程的决定性因素,因此提出了通过改变进料管的结构抑制竖冷设备内烧结矿石偏析的可能途径,对提高烧结矿石的显热回收效率具有参考意义.

竖冷设备结构的离散元法模拟优化

针对国内某钢厂竖冷设备,建立了基于离散元方法的模型,研究了竖冷设备中烧结矿石的装料过程。结果表明,由于原装料结构烧结矿石下落高度大,不同粒径烧结矿石下落速度相差明显,因此,在载料车倾料过程中出现小颗粒在下、大颗粒在上的偏析形态,同时缓冲仓内缺少限制颗粒运动的结构,导致排料过程中烧结矿石的偏析不断加剧。针对原设备的问题,首先将单一缓冲仓改为上下两层缓冲仓,上层缓冲仓用于降低颗粒下落高度,减小不同粒径颗粒的速度差;其次在缓冲仓底部引入斜栅栏结构,从而阻碍大颗粒运动,减小其运动距离,且限制了角落处的大颗粒再次进入缓冲仓出料口,避免加剧缓冲仓内的颗粒偏析。模拟结果表明新结构能有效改善竖冷设备内颗粒偏析。