气淬作用下熔渣粒化机理及破碎效果分析

针对熔渣气淬粒化工艺,在实验的基础上开展了气淬作用下的熔渣粒化过程数值模拟.利用VOF模型追踪自由界面、Realizableκ-ε模型处理湍流流动.模拟得到了气淬熔渣粒化过程,并分析了熔渣破碎机理.进一步建立了无量纲数局部动量比,对熔渣的黏度及气渣局部动量比进行了影响因素分析.结果表明:熔渣存在两种破碎形式,一种为R-T不稳定性所产生的柱状破碎,主要由渣流迎风面和背风面存在的局部高压区所导致;另一种为K-H不稳定性主导的表面液膜破碎,其主要由气渣界面间的速度梯度所引起.熔渣黏度的增加会使熔渣的颗粒粒径增大,破碎效果降低;气渣局部动量比的增大增强了熔渣的表面液膜波动,使剥离的颗粒数量增多,破碎长度减小,熔渣破碎效果加强.

高炉渣离心粒化数值仿真与试验研究

研究高温炉渣离心粒化过程。采用离心粒化工艺实现高效环保地回收利用高温炉渣的潜热是冶金行业实现可持续发展的方向,为了将炉渣粒化成所需要的粒度范围,需要对粒化器即转盘的外形参数如直径和深度以及运行参数如熔渣流量和转盘转速进行研究。采用VOF两相流模型对高温炉渣在注入及旋转过程中的流动及粒化过程进行数值仿真,根据仿真结果分析各参数对粒化效果的影响,得到与特定流量匹配最优的转盘控制参数。对比不同模型不同转速下的仿真结果和冷态模拟试验结果,验证了仿真结果的正确性,此研究结果可为下一阶段进行余热回收奠定基础,为工程应用提供参考。

高温熔融高炉渣颗粒相变冷却特性分析

采用温度法模型对高温熔融高炉渣颗粒的相变冷却特性进行了分析,考虑颗粒固液相热导率随温度的变化及颗粒与环境的辐射换热,获得了高温熔渣颗粒内的温度分布以及相界面位置随时间的推移过程。讨论了变热导率、换热条件、颗粒尺寸,冷却流体速度和温度对相变冷却过程的影响,结果表明:热导率的变化使得颗粒冷却凝固时间延长,高温辐射换热极大加快了冷却速率;颗粒直径增加,相界面移动速度降低,凝固时间增加;冷却流体速度增加,温度降低,相界面移动速度增加,凝固时间缩短。

气淬高炉渣颗粒凝固行为数值模拟

针对气淬粒化装置中高炉渣颗粒的凝固行为,采用凝固熔化模型、流体体积函数模型和离散坐标辐射模型进行了三维瞬态模拟。考虑炉渣凝固过程中的物性参数变化,主要研究了颗粒的凝固过程、相界面移动速度、颗粒温度分布及周围空气速度分布。结果表明:颗粒凝固过程中固相分布不均匀,迎风面固相厚度大于背风面,这主要由迎风面空气速度比背风面快所致;固相-模糊区界面和模糊区-液相界面移动速度先增加后降低,这是由于在颗粒凝固前期导热系数的影响占主导地位、在凝固后期导热热阻的影响占主导地位;在凝固过程中,颗粒温度由外向内逐渐升高,内部温度降低缓慢。

辅助气淬风优化熔渣离心粒化特性数值模拟

在熔渣粒化过程中引入辅助气淬风,降低转杯温度同时强化熔渣粒化效果,提高了渣粒利用率且增加了系统使用寿命。建立了带有气淬风的三维熔渣粒化模型,采用SST k-ω湍流模型,利用VOF方法研究了气淬风对熔渣粒化效果、废渣颗粒飞行速度以及转杯冷却效果的影响。探究了不同气淬风条件下熔渣颗粒水平飞行速度的变化规律,为优化颗粒飞行轨迹及粒化仓空间设计提供参考依据。结果表明,增大风量使熔渣粒径分布向较大区间移动,但有利于改善渣粒球形度。气淬风在4~6 m^(3)/h的风量范围内能产生有效的破碎作用,当风量大于2 m^(3)/h时,冷却效果较好。采用环形缝隙出风时,渣粒平均直径最小,且靠近转杯壁面的温度较低,飞行速度适中,球形度优于无气淬风状态。

高炉渣余热回收数值模拟研究进展

高炉渣是高炉炼铁过程中典型的副产物,排放温度高达1 450~1 550℃,具有大量的高品位热能,占钢铁工业总能耗的近30%。高效回收高炉渣余热为钢铁工业绿色高质发展提供保障。目前干法粒化技术作为高效处理高炉熔渣的方式,学者对熔态渣向颗粒渣转化过程、颗粒渣流动过程余热回收技术展开相关研究,取得一定成果。通过数值模拟可以降低成本,系统总结出余热回收过程中的关键环节,为实际操作提供理论指导。在此基础上,系统阐述了高炉渣余热回收物理法处理现状及高炉渣模拟常用数值方法,详尽介绍了高炉渣在离心造粒过程和换热器内的多相流动特性和传热特性的研究现状。在离心造粒过程,学者们利用不同的模型对熔渣凝固过程进行数值模拟研究,探索了颗粒物性及工况对余热回收的影响,优化了操作参数。在换热器冷却过程中,学者们利用DEM-CFD仿真模拟深入研究了高炉渣在流化床、固定床和移动床中多相流动和传热特性。通过数值模拟为优化余热回收工艺提供了方向,但大部分研究是针对高炉渣的多相流动特性,对传热方面以及带化学反应的研究较少,同时对渣粒的建模有一定条件性,并未考虑渣粒变形及团聚情况。因此,寻找合适的数学模型以及加强对传热特性和带化学反应的研究来优化炉渣余热回收工艺,提高回收效率成为未来的发展方向。

高炉熔渣粒化工艺试验及其数值仿真研究分析

重点介绍了干式粒化工艺中的离心粒化工艺和气淬粒化工艺,由于高炉熔渣的粒化破碎是高温瞬态过程,只通过试验的手段难以监测,因此从试验和数值仿真两方面研究了干式粒化工艺的发展和应用现状。通过对两种工艺的总结和比较,认为气淬粒化工艺具有粒化效果好、处理渣量大等优点,从行业发展和工业化应用的角度来看,是未来匹配大型高炉生产过程最具发展前景的干式粒化工艺。

高炉渣干式离心粒化的建模仿真研究

通过建立熔渣粒化过程的物理和数学模型,对高炉熔渣干式离心粒化过程进行了数值模拟,并通过小型试验加以验证。针对平板式转盘干式离心粒化过程,分析比较了不同的熔渣温度(或黏度)、表面张力和转盘转速等因素对熔渣离心粒化过程的影响,获得离心粒化的最佳工艺参数。研究发现,随着转盘转速的增加,粒化效果大大改善;熔渣温度(或黏度)对粒化效果的影响也较大,熔渣温度越高(或黏度越小),粒化效果越好;熔渣的表面张力越大,粒化效果越差。