Numerical simulation of the temperature field of titania-bearing BF slag heated in a microwave oven

Considering the characteristic of selective heating of microwave and the treatment of titania-bearing BF slag, a mathematical model for the heating of a slag specimen is developed. The temperature distribution in the specimen is studied by numerical simulation. The temperature in the center of the cylindrical slag specimen is the highest and the temperature decreases when the radius increases rapidly. In this case, the temperature rising rate decreases with heating time rapidly, and it tends to zero when the heating time is up to 150 s.

Designing for Long Campaign Life Blast Furnace (2)-The Simulation of Temperature Field of Lining and Cooling Apparatus

Through the numerical modeling of temperature field for Blast Furnace (BF) lining and stave coolers, it can tell designers how to design a cooler which the hot surface temperature is less than its critical temperature under very high heat flux. Applying low heat re- sistance lining and staves cooler to BF is good for a layer of slag skull frozen on the hot surface of cooling stave. As long as the slag skull can stand, the furnace wall is stable and the heat loss of furnace does not increase. This is the basic principle for designing long campa- ignship BF.

钻井法凿井气-液-固耦合排渣流场及刀盘吸渣口优化

针对西部地区侏罗系地层煤矿立井钻井法施工中出现的气举反循环洗井排渣与钻进效率低下问题,以陕西可可盖煤矿中央回风立井ϕ4.2 m超前钻井为工程背景,基于CFD-DEM(计算流体力学和离散单元法耦合)研究方法,建立了气-液-固多相耦合排渣数值模型,揭示了排渣管内、井底流场的速度及压力分布规律,并基于自研的气举反循环排渣试验装置,采用PIV(粒子图像测速法)测试技术对流场分布的正确性进行验证;提出了优化刀盘吸渣口评判指标和方法,对吸渣口的数量、长径比、面积比、总面积占比进行优化,得到了超前钻头刀盘吸渣口布置的最佳方式和相关参数;讨论了钻头转速、注气量、风管没入比和泥浆黏度等主要因素对排渣流场的影响。研究结果表明:(1)排渣管内流体的运移以轴向流动为主,且途经注气端时,流速发生跳跃式剧增;井底流体的运移主要以水平流动为主,流体的垂直上返仅存在于吸渣口附近;井底流体的水平流动以切向流动为主,径向流动仅在吸渣口两侧较为明显,且远离吸渣口处,径流速度较小易产生岩屑沉积;(2)当刀盘吸渣口数量为2,长径比为0.4,面积比为1,总面积占比为1.94%时,吸渣口的布置方式最佳,且清渣率较现行吸渣口布置方式提高66%;(3)增大钻头转速可显著增强吸渣口的吸附作用,注气量、风管没入比与井底和排渣管内流体的轴向速度均呈正相关关系,低黏、低密度的泥浆易获取高流速,但携岩能力较差。研究结果可为破解侏罗系地层深大立井钻井法洗井排渣与钻进效率低下技术难题,提供有益的理论参考。

钛石膏渣场排渗加固技术的研究与应用

钛石膏渣场是钛白粉硫酸法生产工艺的副产物,其土体具有高含水量、大孔隙比、高压缩性、低强度、低透水性、遇水膨胀、失水收缩等工程特性,易受雨水渗入影响,导致渣场边坡稳定性降低。提出了一种钛石膏渣场排渗加固的方法,采用碎石桩加固挤密压实和水平、垂直联合排渗的技术方案,增加渣场整体透水性,加快边坡内部滞水排出;方法同时提高土体密实性,增加渣场土体之间的有效应力,达到降低边坡浸润线,提高渣场整体稳定性。以某钛石膏渣场为例,介绍了该方法的具体实施方案,分析了该方法的优点和效果,为类似工程提供了技术参考。

直流电场下保护渣对氧化锆—碳耐火材料的侵蚀

采用旋转搅拌法,在外加直流电场作用下进行了结晶器保护渣与水口渣线氧化锆—碳耐火材料的侵蚀试验,并研究直流电压(0、5、10 V)对保护渣与水口渣线材料界面行为的影响。结果表明,随着外加电压的增大,保护渣在水口耐火材料表面的附着量逐渐增加,保护渣的附着厚度在0、5、10 V时分别为2、3、7 mm。微观结构表明保护渣与水口材料界面存在的电场可以显著改变固—液两相间的润湿性,从而为熔渣向水口扩散、传质和渗透行为提供良好的动力学条件,且大电压下(10 V)的电场作用会加剧保护渣对材料的侵蚀。

渣缓冷场智能巡检系统的研制及应用

为解决传统渣缓冷场巡检方式依赖人工、安全风险大、效率低、成本高、准确率低及环境恶劣等问题,研制并应用了渣缓冷场智能巡检系统。利用云台式红外热像仪获取渣包和冷却水喷淋设备的热成像图片和可见光图片,并通过红外热成像温度算法和AI智能识别,精准监测渣包温度变化和喷淋设备运行状态,自动识别异常情况并及时告警。系统应用后,以高稳定性和高精准度帮助工作人员及时处理了现场巡检的各项问题,保障了生产的安全和稳定,为金属冶炼行业提供了一种高效、智能的巡检解决方案,推进了行业的数字化转型和智能化升级。

磨球钢B2可浇性差的成因分析与控制

针对河北某厂磨球用钢B2在浇注过程,偶发中间包塞棒上涨,可浇性差的现象,采用金相显微镜、扫描电镜及能谱仪对冶炼过程中各工序钢水内的显微夹杂物、大型夹杂物以及精炼渣进行了分析。结果表明,精炼造渣操作不稳定;RH冶炼过程及静吹结束后,夹杂物去除率分别为9.3%、8.1%、8.7%,中间包内显微夹杂物种类主要为Al_(2)O_(3)-MnS夹杂,钙铝酸盐夹杂,硅铝酸盐夹杂和MnS夹杂,来自RH出站时夹杂物的继承,还有少量SiO_(2)-CaO-MgO复合夹杂物,为卷渣产物;大型夹杂物含量分别为23.9 mg/10 kg、32.7 mg/10 kg、22.8 mg/10 kg,平均含量为26.5 mg/10 kg,高于国内同类钢种的先进水平5 mg/10 kg。大型夹杂物种类主要以Al_(2)O_(3)-SiO_(2)-CaO、Al_(2)O_(3)-SiO_(2)-CaO-MnO、Al_(2)O_(3)-SiO_(2)-CaO-MnO-MgO复合脱氧产物为主,约占夹杂物总量的90%以上,大小分布在50~300μm。其中部分脱氧夹杂物含有K、Na等元素,说明夹杂物主要为脱氧产物在上浮过程中粘附钢包渣、中间包渣,反映出钢包渣和中间包渣吸附夹杂物能力不足。明确了可浇性差的主要原因是精炼渣和中间包渣吸附夹杂物效果不理想,LF炉造渣不稳定,且中间包钢水流场易造成卷渣,生成了大型夹杂物。通过优化精炼渣和更换中间包渣,优化中间包钢水流场等措施,基本杜绝了钢水流动性问题,钢水质量得到了有效提高。

外加电场对耐火材料抗渣侵蚀的影响

耐火材料是冶炼企业炼钢过程中确保钢铁安全、高效生产的重要基础材料。近年来,随着钢洁净控制水平的逐渐升高,很多专家学者对耐火材料抗渣侵蚀的技术方法展开了深入研究,抗渣侵蚀性能研究能更好地提升钢材的质量,并且对进一步降低企业的生产成本具有十分重要的意义。本文通过对外加电场的形式及施加方式进行论述,进一步剖析了耐火材料受到熔渣侵蚀的主要因素,最后通过对实验研究文献的深入研究,总结了外加电场对耐火材料渗透深度的影响,以及对耐火材料的保护作用,以期为相关研究提供参考。

高寒矿区蛇纹石渣土配制及其改良种植基质的试验——以青海威斯特铜矿为例

针对青藏高原高寒矿区“客土”资源缺乏、土壤结构质量差和植被建造困难等问题,研究蛇纹石渣土与当地原土配制和改良,为植被建造提供种植基质。以青海威斯特铜矿为例,通过土壤模拟、盆栽种植和田间小区试验方法,对矿区蛇纹石渣土与当地原土进行种植基质配制,并通过改良试验确定种植基质的改良方案。蛇纹石渣土与原土不同比例配制极大影响基质的理化性能。蛇纹石渣土与原土配制比例6∶4时,种植基质土壤密度、pH和土壤电导率分别与纯蛇纹石渣土对照(CK)降低2.20%、7.95%和19.88%,土壤毛管孔隙度、田间持水量,以及有效磷、速效钾、全氮和水解性氮的质量分数分别显著增加15.12%、7.02%、75.23%、328.88%、117.65%和32.38%,达到绿化基质基本要求;盆栽种植表明,蛇纹石渣土与原土配制比例6∶4时,单种植披碱草和混种6种草籽等牧草的出苗数较对照CK提高10.34%和25%,披碱草株高、地上生物量、地下生物量分别较对照CK提高7.25%、87.00%和246.95%;田间小区种植试验表明,蛇纹石渣土与原土配制比例为6∶4且添加TG改良剂1 kg/m^(2)、KM 3005保水剂12 g/m^(2)和羊板粪3.12 kg/m^(2)时,羊板粪和TG改良剂梯度试验出苗株高和生物量分别较对照提高38.30%和200.43%、21.43%和358.02%,并得到工程示范应用。蛇纹石渣土与原土按照6∶4配制并通过TG改良剂、保水剂和羊板粪改良后,能达到矿区生态修复的植物种植的基质要求,试验结果对促进青海高寒矿区的生态修复具有重要参考。

带有焊瘤的钢轨接头喷风冷却数值模拟

目前,国内的焊轨基地焊后热处理与粗磨工位布置有两种方式:一种是热处理在前,另一种是粗磨在前。接头粗磨前后存在1mm厚度的焊瘤,可对接头起到保护作用,防止其在低温环境下喷风冷却过程中因冷却速度过快而产生马氏体等有害组织。为了探究带有焊瘤接头喷风冷却过程,基于ANSYS平台下的FLUENT模块与瞬态热模块耦合系统,建立了喷风冷却模型。仿真结果表明:钢轨表面曲率偏大的区域流速偏大,钢轨表面曲率偏小的区域流速就偏小;接头不同位置的冷却速度从慢到快排序为:轨头心部<轨底三角区<轨腰<轨底脚,冷却结束后接头最高温度出现在轨头心部,最低温度出现在轨底脚;带有焊瘤接头在喷风冷却过程中较打磨干净接头温度要高,且冷却速度要小。

气化渣破碎与预干燥过程数值仿真及实验研究

为解决气化渣回收过程受高黏湿特性阻碍的问题,通过搭建实验级破碎和预干燥装置对其进行预处理,结合实验和单向CFD-DEM数值仿真研究了不同因素对气化渣破碎和预干燥效果的影响。结果表明,流场速度随转子转速增加而明显上升,但随着进气速度增加上升幅度减小。建模颗粒团尺寸确定为2 mm,随转子转速增加,颗粒与转子碰撞强度增大,运动速度为2~4 m/s的颗粒数量增多,破碎率升高;随进气速度增加,对颗粒的扰动作用增强,破碎率小幅增加;随进料量增加,颗粒与转子的碰撞强度下降到一定程度后趋于稳定,低速运动的颗粒数量急剧增加,破碎率降低。随进气速度和进气温度的增加,热风对颗粒的传热效果增强,出料温度升高;进气速度增加能有效减少低温颗粒的数量,进气温度升高对颗粒的升温效果影响有限。数值仿真和实验结果为气化渣的大规模工业化处理提供了理论参考。

锌冶炼渣堆场优势植物的重金属累积特征研究

金属冶炼废渣未经处理露天堆存,经降雨和地表水的冲刷及风扬扩散,重金属会进入周围土壤和地下水,严重威胁周边自然生态环境和人体健康。以黔西北某锌冶炼厂的废渣堆场为研究对象,通过实地调查分析废渣堆场土壤和18种优势植物的重金属含量,研究优势植物对重金属的吸收、转运和富集特征,筛选出适应该地区生态修复的先锋植物。结果表明,该场地土壤Cd、Pb、Zn、Cu、Cr和Ni存在不同程度超标,以Cd、Pb、Zn污染最为严重,三者平均含量分别是贵州省土壤背景值的48、311、141倍。废渣场土壤受有效态Cd污染的风险较大,其生物有效性系数为49.12%。调查的优势植物均能适应废渣堆重金属元素较高的环境,对重金属具有一定的耐性。所有植物对重金属的吸收虽然都没有达到超临界植物规定的临界值,但植物体的重金属含量都远远超过了正常范围,且不同植物对重金属的吸收和蓄积特征不同。其中,鬼针草Bidens pilosa L.和土荆芥Chenopodium ambrosioides L.对Cd、Pb、Zn的吸收量大、运输能力强,且覆盖率高、生物量较大,对复合重金属具有一定的耐性,可以作为该地区生态恢复中的先锋物种。根据优势植物对重金属的富集和转运特征,研究区优势植物可分别富集型(如马刺蓟Cirsium monocephalum、蒲公英Taraxacum mongolicum Hand.-Mazz.和土荆芥Chenopodium ambrosioides L.)、根部囤积型(如牛筋草Eleusine indica(L.)Gaertn.、车前草Plantago asiatica L.和节节草Equisetum ramosissimum Desf)和规避型(如红花酢浆草Oxalis articulata Savigny)等3种类型。

燃煤锅炉结渣特性的数值模拟研究

分别对某电厂燃煤锅炉炉内的湍流、燃烧及传热过程进行数值模拟,模拟结果显示炉内速度场和温度场分布合理,但2、3级过热器屏底及炉膛出口处的左右两侧水冷壁会产生结渣。通过变工况模拟分析得出,关闭中间层一次风喷口及其相邻的二次风喷口挡板,既可防止气流刷壁、炉膛出口及侧墙结渣,还可适当分散燃烧器区域的热负荷,降低炉膛出口烟温。

六角切圆燃烧锅炉燃烧器区域浓度场的PDA试验研究

以某电厂 6 70t/h锅炉为原型 ,应用激光多普勒测速仪(PDA)对其冷态模型燃烧器区域的浓度场进行试验测量 ,研究发现 ,燃烧器六角布置的切向燃烧锅炉在炉膛角部和近壁区存在较高的煤粉浓度 ,成为高温受热面结渣的原因之一。

基于ANSYS轧辊表面电渣加热渣池热电场模拟研究

利用大型有限元软件ANSYS,在建立轧辊表层电渣加热物理模型和数学模型的基础上,对辊芯表层加热系统特别是渣池中的电场、电位、电流密度分布、温度场、热流密度、热流梯度分布及影响因素进行了模拟研究。结果表明,在辊芯表层和电极之间存在一个强电流区,使辊芯表层被快速加热;随着电压的升高、渣池深度的增加和电极与辊芯间距的减小,渣池中的电场强度和整体温度升高,高温区集中在辊芯与电极之间;电极数量越多,系统的电场分布越均匀。研究表明辊芯表层电渣加热具有加热速度快、节能等特点。

低电场强度下非均相含钛冶金熔渣的流变特性

研究1500℃下低强度电场对含Ti C非均相含钛冶金熔渣流变特性的影响,借助SEM-EDS检测手段对渣样进行表征分析,揭示含钛熔渣流变响应机理。结果表明:随电场强度的增加,含钛熔渣在不同剪切速率下表观黏度增大,表现出正电致流变效应;在电场作用下,Ti C固相质点由分散状态变为呈链状或簇状分布,钙钛矿由分散状逐渐聚集,且晶粒随电场强度增大逐渐粗化;Ti C固相质点的规律性变化以及高温下形成的钙钛矿在电场作用下的结构演变行为共同影响非均相含钛熔渣的流变特性。

不同粒径渣体对弃渣场稳定性影响研究

受堆积成分影响,弃渣场极易失稳,引发严重的生态环境问题。目前国外对弃渣场稳定性的研究主要集中在宏观参数方面,微观参数方面的研究甚少。为此,运用颗粒流、重度增加法及边坡的监测算法,对比由不同颗粒粒径组成的弃渣场在自然堆积条件下的颗粒位置、最大不平衡力及稳定安全系数,进而确定滑动面的位置及影响范围,研究不同颗粒粒径对弃渣场稳定性的影响。研究结果显示,随着颗粒粒径的增大,弃渣场边坡的滑动面逐渐变小,渣体颗粒向下滑移的速度相对更快,滑动面变浅且影响区域变小,此时弃渣场的稳定性相对较好。研究方法及成果可为弃渣场的设计、施工提供理论基础。

闽江河口稻田土壤甲烷产生潜力及其对炉渣添加的响应

对闽江河口稻田甲烷产生潜力及其对炉渣添加的响应特征进行了初步研究,结果表明,(1)稻田土壤甲烷产生潜力在培养第3天出现峰值,10-20 cm土壤是甲烷产生的主要发生层;(2)甲烷产生潜力的剖面变异性低于时间变异性;(3)炉渣添加对0-40 cm土壤层次甲烷产生潜力具有抑制作用,但不同土壤层次甲烷产生潜力对炉渣添加比例的响应有所不同。

中国铬渣污染场地土壤污染特征

近年来,铬渣堆放引起的环境污染问题已引起国内外的广泛关注。通过收集近20年公开发表的论文和两个铬渣污染场地的取样实测,研究了中国铬渣污染场地土壤污染的特征。结果表明,铬渣污染场地的土壤铬含量高(总铬质量浓度最高达56 000mg/kg),周边地下水被污染,土壤呈碱性,残渣态铬占比较大,以Cr(Ⅲ)为主,呈现出一定的空间分布特征。

基于有限元电磁场分析的电渣炉结构优化

基于有限元软件,采用数值模拟的方法研究了电渣炉重熔期大电流导体产生磁场的空间分布规律.计算结果表明,磁感应强度在电极表面的分布在单导线返回电流时最大相差35.22%,双导线返回电流时最大相差13.26%,四导线返回电流时最大相差5.8%;这种磁感应强度的差别导致电极表面产生的涡流密度不均匀,进而影响电极熔化速率.从磁场对重熔工艺产生影响的角度来考虑,采用结构对称炉型可较大地减少磁场对工艺的不利影响,减少熔池内搅拌力不均匀等不利因素.分析指出,为了减少电抗造成的电能损失,消除散磁,降低电流的搅拌作用,防止出现点状偏析,同轴设计电路(同轴导电立柱、同轴电缆)将会成为电渣炉今后的发展方向.