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工艺分析与模拟
摘 要
丑工艺是目前唯一实现工业化，利用煤作燃料和还原剂的熔融还原炼铁工艺。它在煤炭资
源丰一蓄的获我廷国会有良好的发展前景。本文对炼铁工艺系统和其中的熔化气化炉这一典型多
相反应器，进行了数学模拟研究，为我国引进工艺提供信息预测。而为了更好地模拟熔化
气化炉中固定床内液体流动现象，进行了冷模型实验并提出一个描述非润湿液体在固定床内流动特
性的数学模型
一气固定床内非润湿，体流动的冷。型实。及其，学模型
工艺熔化气化炉中固定床内的液体流动和高炉滴落带一样，由于熔渣对焦碳和半焦的
非润湿性，液体主要以液滴的形式在床中运动。在冷模型实验中，保证液体与固定床填充颗粒非润
湿的条件下，通过在固定床顶部以“点加入”方式注入水流，在固定床底部测定水流分布的方法研
究了非润湿性液体在床中的运动。实验发现在床顶以“点加入”方式注入的水流，在向下滴落的
同时，在水平方向上逐渐散开。这说明液体在向下运动时，在水平方向上产生了质量通量。
在固定床中同时有气体流动时，液体将沿重力和气体对液滴的曳力的合力方向运动，为了建立
一般化的数学模型，假定在垂直此合力的方向上产生液体的质量通量且在直角坐标系中，这种质量
通量可定量表示为

，
了
进一步由微元体质量守恒得本模型基本方程
卜
一 — 一』 二
即 即
液体流动区域内每个位置上液体质量通量矢量己大小由该基本方程决定。
在本模型基本方程中，参数是模型参数。经实验确定的与固定床填充颗粒直径的关系见下
颗粒直径
值
利用本模型对本实验和文献报导的不同条件下的多个实验结果进行了模拟计算，计算结果均与
实验结果有较好的一致性，验证了本模型的适用性。
熔化气化炉中固定床行为的二维综合数学模拟
借鉴高炉数学模拟成功的经验，根据物质、热量和动量守恒的原理建立了稳态下工艺
熔化气化炉中固定床行为的二维模型。该模型包括煤气和炉料运动模型、物料和热量守恒方程、化
学反应和相变模型等。
通过对该模型的数值求解获得以下认识
功 势流理论胜任对固定床中物料流动和混合的模拟，这是因为模拟结果表明，若没有化学反应
和相变，固料和液体体积分率或固料中浓度沿流线方向不变。
固定床高度越高，最终获得的炉缸铁水温度和铁水中含量越大。
风口位置以上固定床主要起对炉料加热作用。熔融的还原也主要在该区内完成。而风口下
部固定床区是铁水渗硅的场所。
不同布料方式对最终获得的铁水温度和成分有重要影响。中心加煤、均匀加料和中心加矿使
获得的铁水温度依次减小。
由挥发份脱除、灰份熔化的半焦组成的死料堆内固料温度和煤气温度相差不大。死料堆的存
在影响炉料的运动，影响熔化后液体的分布。
工艺的系统摸拟
系统模拟研究以工艺系统为研究对象，分别对熔化气化炉、还原竖炉和热旋风除尘器
三个单体设备进行单元模