【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及烧结工艺,具体是一种用于预报高温废气循环烧结工艺热状态参数的数值仿真方法。
技术介绍
烧结,是人造富铁矿的主要生产方法之一。目前国际上90%以上的人造富铁矿都是通过烧结得到的,其基本过程为:将准备好的混合料在烧结机上进行点火并通过抽风的作用,使混合料中的固定碳燃烧,从而产生高温,混合物局部软化或熔化,发生一系列的化学反应,生成一定数量的液相。随后由于温度降低,液相冷却而凝固成块,经破碎、冷却即得到烧结矿。烧结矿质量的好坏直接影响高炉生产的质量。随着烧结设备大型化和高炉对烧结矿质量要求的提高,烧结过程控制技术的应用就显得更加重要,而利用数值计算方法对烧结过程进行数值模拟并配有实验验证,对准确掌握烧结过程的传热规律,提高烧结矿产量和质量有重大的现实意义。带式烧结机的混合料层的在抽风烧结过程中,整个料层沿高度呈现性质不同的5个带,从上到下分别是烧结矿带、燃烧带、加热带、干燥带和过湿带,各种复杂的物理化学反应主要发生在燃烧带,温度最高。在燃烧带以上的烧结矿带内,炽热的烧结矿物料加热时从料层表面吸入空气,燃烧带以下的3带统称未烧结矿层,在这3个带中,来自燃烧带的高温烟气将热量传给物料,使物料得到干燥和预热升温。烧结矿料层的传热传质模型始于上世纪60年代。1963年,英国Leeds大学的P.A.Young(烧结矿生产,冶金工业出版社,1981)把烧结矿料层当做固定床,简单计算了加热气流与烧结矿之 ...
【技术保护点】
一种预报高温废气循环烧结工艺热状态参数的仿真方法,其特征在于:所述的仿真方法包括如下步骤:(1)建立烧结机内烧结料层的烧结过程物理模型,所述的物理模型是一种一维非稳态模型,用以模拟烧结燃料层的物料与气体在烧结机内交叉换热时进行的流动、传热、燃烧和化学反应过程;(2)建立单颗粒微元体微观数学模型;(3)根据所述的单颗粒微元体微观数学模型,求解烧结过程中水分迁移、石灰石分解和焦粉燃烧的热效应,并将求解结果加权为烧结层宏观数学模型的质量源项和热量源项,建立烧结床层宏观数学模型;(4)根据所述的微观数学模型和宏观数学模型,计算得到单颗粒微元体内部温度与浓度梯度,混料内部温度与气体温度,尾部烟气温度,模拟烧结过程不同工艺参数和控制参数下的混料温度变化过程;(5)根据步骤(4)中的仿真结果,对实际烧结过程中的控制参数和工艺参数进行调整,优化烧结机生产工艺。
【技术特征摘要】
1.一种预报高温废气循环烧结工艺热状态参数的仿真方法,其特征在于:所述
的仿真方法包括如下步骤:
(1)建立烧结机内烧结料层的烧结过程物理模型,所述的物理模型是一种一维
非稳态模型,用以模拟烧结燃料层的物料与气体在烧结机内交叉换热时进行的流动、
传热、燃烧和化学反应过程;
(2)建立单颗粒微元体微观数学模型;
(3)根据所述的单颗粒微元体微观数学模型,求解烧结过程中水分迁移、石灰
石分解和焦粉燃烧的热效应,并将求解结果加权为烧结层宏观数学模型的质量源项
和热量源项,建立烧结床层宏观数学模型;
(4)根据所述的微观数学模型和宏观数学模型,计算得到单颗粒微元体内部温
度与浓度梯度,混料内部温度与气体温度,尾部烟气温度,模拟烧结过程不同工艺
参数和控制参数下的混料温度变化过程;
(5)根据步骤(4)中的仿真结果,对实际烧结过程中的控制参数和工艺参数
进行调整,优化烧结机生产工艺。
2.根据权利要求1所述的预报高温废气循环烧结工艺热状态参数的仿真方法,
其特征在于所述的步骤(3)中,求解水分蒸发的热效应时,建立水分迁移子模型,
所述的水分迁移子模型包括水分冷凝速度模型和水分蒸发速度模型,所述的水分冷
凝速度模型为:所述的水分蒸发速度模型为:
Revap2=(Tsl-Tevap)·ρCpΔHevap·Δτ;]]>其中:Revap1为水分冷凝速率,kg/(m3·s);
Revap2为水分蒸发速率,kg/(m3·s);
为气相中水蒸气密度,kg/m3;
为饱和水蒸气密度,kg/m3;
△τ为模拟计算的时间步长,s;
Tevap为水分蒸发临界温度,K;
△Hevap为水分蒸发焓变,J/kg。
3.根据权利要求1所述的预报高温废气循环烧结工艺热状态参数的仿真方法,
其特征在于所述的步骤(3)中,求解石灰石分解的热效应时,建立石灰石分解子模
型,即:
Rdeco=1.75·106·exp(-1.711·105R·Tsl)·(mCaCO3-mCaO·MCaCO3MCaO·pCO2Keq),]]>其中:Rdeco为石灰石分解速率,kg/(m3·s);
R为通用气体常数,取值8.314J/(mol·K);
和mCaO分别为固相中碳酸钙和氧化钙的质量,kg/m3;
和MCaO分别为碳酸钙和氧化钙的摩尔质量,kg/mol;
为气相中二氧化碳的分压,Pa;
Keq为反应平衡常数,通过Keq=6.272·1012·exp(-1.745·105R·Tsl)]]>求解。
4.根据权利要求1所述的预报高温废气循环烧结工艺热状态参数的仿真方法,
其特征在于所述的步骤(3)中,求解焦粉燃烧的热效应时,建立焦粉燃烧子模型,
即:
Rcomb=2.3·Tsl·exp(-11100Tsl)·ρg,O2]]>式中:Rcomb为焦粉燃烧速度;
为气相中氧气分密度,kg/m3。
5.根据权利要求2所述的预报高温废气循环烧结工艺热状态参数的仿真方法,
其特征在于当单颗粒微元体的温度小于水分蒸发温度时,若气相中水蒸气密度超过
饱和水蒸气密度,则根据所述的水分冷凝速度模型进行水分蒸发热的处理;当检测
到单颗粒微元体的实际温度大于水分蒸发温度时,根据所述的水分蒸发速度模型进
\t行水分蒸发热的处理。
6.根据权利要求3所述的预报高温废气循环烧结工艺热状态参数的仿真方法,
其特征在于当检测到单颗粒微元体的实际温度达到分解温度时,发生石灰石分解,
根据所述的石灰石分解子模型进行石灰石分解热的处理。
7.根据权利要求4所述的预报高温废气循环烧结工艺热状态参数的仿真方法,
其特征在于当检测到单颗粒微元体的实际温度达到燃烧温度时,发生燃烧反应,根
据所述的焦粉燃烧子模型进行焦粉燃烧热的处理。
8.根据权利要求1所述的预报高温废气循环烧结工艺热状态参数的仿真方法,
其特征在于所述的工艺参数和控制参数包括布料厚度、台车速度、混料预热温度、
进口气...
【专利技术属性】
技术研发人员:李咸伟,崔健,赵晓岩,吕立华,石磊,王如意,
申请(专利权)人:宝山钢铁股份有限公司,
类型:发明
国别省市:上海;31
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