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气基直接还原竖炉流场研究及优化

作　者: 朴英敏
导　师: 白明华
学　校: 燕山大学
专　业: 重型装备设计理论及其数字化技术
关键词: 气基直接还原竖炉气流分布多孔介质响应曲面遗传算法优化
分类号: TF55
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

世界直接还原铁技术日益发展，气基竖炉直接还原工艺和设备也逐渐趋于成熟和完善，而中国的天然气资源缺乏，所以煤制气气基竖炉直接还原工艺与设备的研究很有意义。在此背景下本文研究气基直接还原工艺的主体设备竖炉的流场。气基直接还原竖炉内的流场影响着竖炉的压强分布，气体的速度分布和浓度分布。流场对竖炉的顺行有着重要的影响，流场还对还原反应进程有着直接的影响，进而影响着直接还原铁的生产情况。本文利用流体分析软件，对直接还原铁竖炉内还原气气流分布规律及其影响因素进行研究。其中包括炉顶压强、炉顶气出口大小、还原气通入量、还原气温度和支管个数五个影响因素，研究单个因素分别对竖炉流场的影响。模拟分析中将球团矿简化为多孔介质，通过实验测得的惯性阻力系数和粘性阻力系数作为模拟过程的一个基础输入参数。为研究多个影响因素同时对气基竖炉流场影响，采用响应面法找到相互的映射关系，得到气基竖炉部分工艺参数和炉内压强、过渡段串流情况的关系。基于遗传算法优化，得出竖炉内理想气流分布时的状态影响因素。研究结果显示，炉内气流分布状况与状态影响因素有直接关系，并得到影响竖炉内合理流场的主要状态影响因素为炉顶压强和冷却气出口压强。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-9
第1章绪论  9-17
  1.1 直接还原铁发展概述  9-11
  1.2 气基直接还原竖炉流场研究现状  11-13
  1.3 研究内容及意义  13-17
    1.3.1 课题的提出及主要内容  13-14
    1.3.2 研究方法  14-15
    1.3.3 课题研究的意义  15-17
第2章气基竖炉气体流动规律及还原气量研究  17-30
  2.1 气基竖炉的作用  17-18
  2.2 气体流过矿石运动规律  18-26
  2.3 还原反应还原气的需求量  26-28
    2.3.1 还原反应所需还原气消耗量  26-27
    2.3.2 考虑反应平衡所需还原气消耗量  27
    2.3.3 满足热量平衡的还原气量  27-28
  2.4 本章小结  28-30
第3章气基竖炉气流数值模拟  30-38
  3.1 计算流体动力学简介  30-31
    3.1.1 连续性介质的理论  30
    3.1.2 还原气的性质  30-31
  3.2 气基直接还原竖炉流场数学模型的建立  31-36
    3.2.1 模型建立  31-32
    3.2.2 基本假设  32
    3.2.3 控制方程  32-34
    3.2.4 计算模型网格划分  34-35
    3.2.5 边界条件  35-36
    3.2.6 模型的求解  36
  3.3 结果分析  36-37
  3.4 本章小结  37-38
第4章气基竖炉流场分布影响因素研究  38-50
  4.1 炉顶压强对流场影响  38-40
  4.2 炉顶气出口大小对流场影响  40-42
  4.3 还原气通入量对流场影响  42-46
  4.4 还原气温度对流场影响  46-48
  4.5 支管个数对流场影响  48-49
  4.6 本章小结  49-50
第5章气基竖炉流场优化  50-65
  5.1 合理气流分布  50-51
  5.2 基于响应面多个因素对流场影响分析  51-55
    5.2.1 气基竖炉流场试验点设计  52-53
    5.2.2 流场影响因素响应面分析  53-55
  5.3 基于遗传算法气基竖炉流场优化  55-63
    5.3.1 优化理论概述  55-59
    5.3.2 目标函数  59-60
    5.3.3 优化结果分析  60-63
  5.4 本章小结  63-65
结论  65-66
参考文献  66-69
攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果  69-70
致谢  70-71
作者简介  71

气基直接还原竖炉流场研究及优化

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