[發明專利]預報高溫廢氣循環燒結工藝熱狀態參數的仿真方法

有效

• 申請號: 201410446270.5
• 申請日: 2014-09-03
• 公開（公告）號: CN105468799B
• 公開（公告）日: 2018-10-02
• 發明（設計）人: 李咸偉;崔健;趙曉巖;呂立華;石磊;王如意
• 申請（專利權）人: 寶山鋼鐵股份有限公司
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;C22B1/16
• 代理公司: 上海三和萬國知識產權代理事務所(普通合伙) 31230
• 代理人: 劉立平

本發明涉及一種預報高溫廢氣循環燒結工藝熱狀態參數的仿真方法，本發明仿真方法采用的技術方案是：建立微觀上的單顆粒微元體機理模型，并基于此建立高溫廢氣循環燒結工藝的宏觀料層數學模型，將水分遷移、石灰石分解、焦粉燃燒等顯著影響燒結過程的熱效應通過微觀機理模型進行求解，并將結算結果加權為宏觀模型的質量源項與熱量源項，從而在機理上更加貼近實際燒結過程，提高模擬精度。用以解決現有的模擬方式精度低以及用于模擬時間較長、效率低的問題。

技術領域

本發明涉及燒結工藝，具體是一種用于預報高溫廢氣循環燒結工藝熱狀態參數的數值仿真方法。

背景技術

燒結，是人造富鐵礦的主要生產方法之一。目前國際上90％以上的人造富鐵礦都是通過燒結得到的，其基本過程為：將準備好的混合料在燒結機上進行點火并通過抽風的作用，使混合料中的固定碳燃燒，從而產生高溫，混合物局部軟化或熔化，發生一系列的化學反應，生成一定數量的液相。隨后由于溫度降低，液相冷卻而凝固成塊，經破碎、冷卻即得到燒結礦。

燒結礦質量的好壞直接影響高爐生產的質量。隨著燒結設備大型化和高爐對燒結礦質量要求的提高，燒結過程控制技術的應用就顯得更加重要，而利用數值計算方法對燒結過程進行數值模擬并配有實驗驗證，對準確掌握燒結過程的傳熱規律，提高燒結礦產量和質量有重大的現實意義。

帶式燒結機的混合料層的在抽風燒結過程中，整個料層沿高度呈現性質不同的5個帶，從上到下分別是燒結礦帶、燃燒帶、加熱帶、干燥帶和過濕帶，各種復雜的物理化學反應主要發生在燃燒帶，溫度最高。在燃燒帶以上的燒結礦帶內，熾熱的燒結礦物料加熱時從料層表面吸入空氣，燃燒帶以下的3帶統稱未燒結礦層，在這3個帶中，來自燃燒帶的高溫煙氣將熱量傳給物料，使物料得到干燥和預熱升溫。

燒結礦料層的傳熱傳質模型始于上世紀60年代。1963年，英國Leeds大學的P.A.Young(燒結礦生產，冶金工業出版社，1981)把燒結礦料層當做固定床，簡單計算了加熱氣流與燒結礦之間的傳熱過程；1967年，M.Cross(粉末燒結理論，冶金工業出版社，1998)建立了回轉窯中氣流與燒結礦顆粒之間的傳熱模型，但沒有考慮各種反應對傳熱過程的影響；H.Toda等人(Transactions ISIJ，1984)建立了模擬焦粉粒度、混合料預熱、氣流分布等操作因素對燒結料層熱曲線影響的數學模型，得到了高溫帶冷卻時間與落下強度之間的關系；中南大學的鄒志毅(中南工業大學博士論文，1992)建立了一個以濕料帶傳熱、傳質機理為基礎的燒結水分遷移全過程模型，得到料層中的溫度場與水分遷移過程有關的所有變量的動態響應；東北大學力杰(東北大學學報，2010)應用Fluent軟件，采用多孔介質模型，分析了進口流速、料層高度等操作參數以及風箱結構對冷卻過程的影響；中南大學龍紅明(中南工業大學博士論文，2007)提出了將燒結過程熱狀態描述為料層各帶厚度和遷移速度的思想，在燒結層上建立了三維模型，采用三對角矩陣算法和欠松弛迭代算法進行了數值模擬，并通過模擬解和實測解的對比分析，論證所建立的模型；重啟大學的白晨光(重慶大學學報，2008)建立了燒結料層的蓄熱模型，研究了燃燒層厚度、蓄熱量在料層中的分配比對燒結蓄熱的影響；2009年，北京科技大學的司俊龍(中南工業大學學位論文，2009)將燒結料層視為非均質多孔介質，忽略燒結機長度及寬度方向上的傳輸過程，得到一維非穩態傳熱過程，簡要分析了料層厚度、臺車速度、混料預熱溫度、分層布料等對燒結過程的影響。

上述燒結模擬模型主要用于離線操作分析，在工業應用上尚有限制，主要缺點如下：(1)模型中一些主要技術參數難以確定，因此其模擬的計算精度不能滿足工業過程控制的要求；(2)綜合數學模型的控制方程組相當復雜，而且又不能用線性方程式來表示，模型求解時間過長；(3)對系統的輸出變量，即質量、產量指標和過程狀態變量之間的定量關系尚未用數學模型描述出來；(4)適用范圍比較窄，不能對燒結過程做出超過已知測定變量或實驗變量范圍以外的預報。