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[硕士论文] 闫雷
动力工程 东南大学 2017(学位年度)
摘要:在钢铁企业产能过剩、全行业亏损以及供给侧结构性改革的大背景下,充分利用副产煤气,成为钢铁企业减少排放、降本增效的重要手段。
  在钢铁企业内部,副产煤气系统结构复杂,涉及的设备数量众多,且设备煤气产耗特性差别巨大,在运行的过程中会出现煤气产耗不平衡的问题,使得煤气资源利无法得到有效利用,造成能源的极大浪费。
  本文以某钢铁企业(长流程)的煤气系统作为研究对象,在设备的煤气产耗特性建模以及多煤气介质混合配比优化的基础上,开展了设备运行时序的优化研究。主要研究内容和研究成果如下:
  (1)钢铁企业设备煤气产耗特性建模研究
  根据钢铁企业的生产工艺和运行方式,在基于运行数据统计获取焦炭、烧结矿、球团矿、铁和钢产量匹配关系的基础上,建立了以铁水平均生产速率为主导变量、兼顾设备主要运行方式(如高炉减风与复风等)的特性模型,包括:煤气生产设备特性(产气特性)、煤气消耗设备特性(耗气特性)。
  (2)钢铁企业多煤气介质最优混合配比研究
  提出一种混合煤气逆向分解的方法,巧妙地将多种热值的混合煤气逐层分解为(固定热值的)各单一煤气的体积占比,为后续优化奠定基础。
  建立了多煤气介质最优混合配比模型,并运用改进基因设计的遗传优化算法,获得与日际生产计划相应的多煤气介质混合优化解——各设备所获得混合煤气的热值和热量。该优化算法中利用基因初始化的范围区间控制混合煤气的热值范围,算例结果表明,显著减少了约束方程及决策变量的数量。
  (3)钢铁企业煤气消耗设备时序优化研究
  时序是指可间断生产设备的运行状态改变时刻与持续时长,时序优化就是利用可间断生产设备的这种特点,平衡系统中的煤气产耗。
  在特性建模与多煤气介质最优混合配比研究的基础上,建立了煤气消耗设备时序优化的0-1整数规划模型,该模型以自备电厂热量波动最小与消耗设备运行状态改变最少为目标,并综合考虑了三种副产煤气体积守恒、自备电厂日际输入热量约束,煤气设备与自备电厂的热值约束以及流量约束。
  针对该模型提出了一种降低遗传算法基因维数的方法。时序优化模型的每一组优化解对应一个时序矩阵(矩阵的行表示时间,矩阵的列表示各设备,矩阵中元素为“0”或“1”,每一行中“0”或“1”的个数已知,但其在每一行中位置有待优化),传统求解方式会令矩阵中每一个元素为一个基因,基因数量众多,增加了模型的求解困难。为此,本文提出了一种新的基因设置方式,首先确定每一行的基因个数,当“1”少于“0”时,“1”的个数即为该行的基因个数,反之亦然。每个基因对应一个元素(“1”或“0”)在该行中的位置,通过各基因的优化求解,间接可以得到优化的时序矩阵,大大降低基因维数,降低了模型的求解难度。
[博士论文] 胡玲艳
控制理论与控制工程 大连海事大学 2017(学位年度)
摘要:步进梁加热炉是冶金领域的一种大型多区段热处理设备,主要用于各类板坯、铸锭等的退火处理,具有热工制度灵活、加热坯料不受尺寸规格限制等优点。近年来,随着现代工业对热轧产品越来越高的质量要求,以及国家环保节能政策的不断推出,作为冶金工业的重要耗能设备,对步进炉加热过程在燃烧效率、控温精度以及炉温均匀性等方面也提出更高的要求。优化系统控制过程,提高坯料加热质量、降低炉子能耗、并节约系统设计成本是加热炉工程设计中的重要内容。本文以宁夏中色某集团公司所建的一座天然气步进梁加热炉为研究对象,结合实际工艺控制要求,开展以下研究工作:
  1.进行炉温动态过程建模。采集实际加热过程数据,利用瞬态响应插值法进行模型辨识,借助MATLAB软件进行模型测试,比较模型输出与实际过程数据偏差,验证模型的有效性。
  2.基于步进炉供热机制,进行铜锭内部热传导方程的工程简化,通过有限元分析法对模型进行离散化,借助MATLAB进行铜锭内部传热行为的仿真计算,并采用埋敷偶工程试验方法验证铜锭温度分布仿真计算的有效性。同时基于传热过程能量守恒法则,在已知铜锭上表面温度工艺曲线下,反向求解炉温设定值,以降低各控温区温度设定余量及燃料消耗,减小铜锭内部温度偏差。
  3.针对步进炉炉温过程模型存在的不确定性参数摄动情况,借助Lyapunov稳定性理论和LMI方法,进行H∞鲁棒稳定性分析,推导并获得系统鲁棒渐近稳定充分条件及控制器求解方法。对算法进行仿真验证,所得结论可有效预估炉温系统一定参数摄动及扰动因素下,系统输出表现。
  4.归纳热电偶工程应用中存在的故障情况,建立热电偶故障数学模型,针对不确定炉温模型存在的状态及控制时滞,进行非脆弱有记忆和无记忆容错状态反馈控制器设计。通过构造合适的Lyapunov-Krasovskii泛函,借助LMI方法获得系统鲁棒渐近稳定条件及控制器求解方法,仿真及实际工程测试验证了算法的有效性。
  5.考虑控温过程热电偶传感器故障及外部扰动,针对炉温系统的多状态定常时滞情况,进行鲁棒保性能容错设计。通过构建复合型Lyapunov-Krasovskii泛函,利用LMI方法,给出满足一定性能界及具有H∞干扰抑制能力的鲁棒二次镇定充分条件,同时给出性能上界为最小的鲁棒最优保性能容错控制器求解方法,仿真及工程测试验证了算法的有效性。
  6.针对步进炉燃烧控制环节,借助可编程软件与常规燃烧设备配合开发程控多段位脉冲燃烧控制器,代替硬件分频设备,实现对加热烧嘴工作时序及燃烧状态的智能控制。实际应用表明,所提出方法能够节约系统成本,有效提高炉温控制精度及炉内温度分布均匀性。
[硕士论文] 王全
电气工程 湘潭大学 2017(学位年度)
摘要:烧结风机是钢铁厂烧结生产过程中所使用的核心设备,可为烧结料的充分燃烧提供足够的氧气。风机在工作过程中,发生各种故障都会引起异常振动。因此,振动信号可以为风机故障诊断提供有效依据。本文以烧结风机为研究对象,采用振动信号分析方法对故障特征进行提取,使用人工智能方法对故障特征进行识别,提出了基于小波包和极限学习机结合的故障诊断方式。对所涉及的理论、方法和关键技术进行了深入的研究,主要工作如下:
  (1)故障诊断的研究难点与关键技术研究。根据国内外故障诊断技术研究现状,总结了烧结风机故障产生的原因及其危害,分析了对机械设备进行故障诊断的必要性;阐述了常见信号处理和故障诊断方法及其应用领域;给出了风机常见故障类型和征兆及其故障诊断实现过程。
  (2)基于小波包分析的故障特征提取。根据烧结风机的振动信号特点,采用小波包分析方法提取故障信号特征,该分析方法可分析信号在各时刻和各空间中不同尺度上的变化情况。通过仿真实验证明:小波包变换可有效提取风机振动特征,能很好地区分不同状态的风机振动信号。
  (3)基于在线连续极限学习机的风机故障诊断。针对实际工业过程中风机受工作环境的影响传统故障诊断方法难以对变化环境下风机产生的状态信息进行准确分类的问题,引入了连续学习的思想提出了基于OSELM的风机故障诊断方法。该方法训练速度快,泛化能力强,还可对小波包分析提取出的特征向量进行再学习,自适应工作环境准确识别故障信息。
  (4)实例分析。采用烧结厂中实际风机振动数据建立了基于 OSELM风机故障诊断模型,分析了OSELM算法隐含层个数和激活函数的选取对其诊断性能影响。通过实例分析,证明了OSELM在风机故障诊断的可行性,与普通ELM网络进行对比,在线学习的方式在容许稍微损耗训练时间的前提下提高故障诊断精度,具有良好的工程应用前景。
  (5)风机诊断系统的GUI设计。为便于用户使用,将算法和实际工程应用进行有机融合,设计了烧结风机故障诊断GUI。通过人机交互的方式提高使用的便捷性,灵活性,可把本文中所使用的方法生动的展现在用户面前,便于用户快速了解和方法的推广应用。
[硕士论文] 姚谦礼
电气工程 湘潭大学 2017(学位年度)
摘要:球团是冶炼钢铁的重要材料,随着钢铁行业不停的发展,球团成品的质量对整个高炉炼铁生产有着非常重要的影响,也影响着企业的竞争力。在回转窑焙烧物料时,窑内温度的高低是非常关键的,它直接影响窑内物料煅烧质量的好坏,所以窑内温度的检测与控制对生产的意义非常重大。回转窑的热工过程十分复杂,是非线性多变量的系统,同时,系统还存在着较大的滞后性,很难准确获得实时的窑内温度信息。针对以上问题,本文进行了窑内温度软测量方法的应用研究,主要工作如下:
  (1)建立了机理模型计算窑内温度。在深入分析回转窑工艺及热工制度的基础上,根据回转窑内外热传导、热辐射机理,通过回转窑表面温度、环境温度、耐火材料截面温度等辅助变量建立了可计算窑内温度的机理模型预测窑内温度,并经过生产数据计算验证模型在一定时间内具有较好的精度,但由于机理计算模型将模型中在回转窑生产过程中无法检测的参数——耐火材料层保留厚度?2理想成不变的常量,故在实际生产中参数变化后机理模型无法准确预测窑内温度。
  (2)提出基于了极限学习机(ELM)的参数辨识温度软测量模型。针对机理模型存在的缺陷,本文提出了基于极限学习机(ELM)的参数辨识温度软测量模型,模型利用ELM网络的非线性逼近能力,通过用数据训练ELM网络达到辨识机理模型中无法检测的参数的目的,然后将辨识出的耐火材料层保留厚度?2代入机理模型计算得到修正后的窑内预测温度,最后通过仿真实验验证了辨识参数后的温度软测量模型具有较好的精度。由于?2在生产中变化比较慢,所以软测量模型可不用频繁的在线学习修正精度,节约了大量计算时间,为窑内温度控制奠定了基础。
  (3)设计窑内温度软测量系统硬件并开发相应软件。硬件部分包括窑上温度采集与无线传输装置、地面固定接收装置、主工艺 PLC系统设计,用来实现软测量模型所需数据的采集。软件部分包括现场数据采集装置的软件程序和上位机温度软测量软件设计,用来实现现场数据的通讯、上位机的数据获取以及对球团生产过程中窑内温度的软测量和监测。最后用制作的样机在氧化球团生产现场进行了实验,实验结果表明,回转窑温度软测量系统能较准确的反映窑内温度情况,为回转窑生产的温度控制奠定了基础。
[硕士论文] 邵勇
材料科学与工程 武汉科技大学 2017(学位年度)
摘要:Al2O3-C耐火材料由于其具有较高的热导率、优异的热震稳定性及耐磨性被广泛用作连铸系统和钢流控制系统耐火材料。随着洁净钢冶炼技术的发展,Al2O3-C耐火材料和钢液之间的相互作用以及其对钢质量的影响日益引起人们的重视,比如,钢中的增碳主要来自于耐火材料中的石墨向钢中的溶解。近年来有文献报道了在炼钢温度下Al2O3-C/Fe系统中氧化铝与碳之间的碳热还原反应是可以发生的。因此,研究Al2O3-C耐火材料的主要成分氧化铝和碳在炼钢条件下的碳热还原反应对于减少耐火材料的损毁和提高钢水的质量具有重要意义。
  论文主要由三个部分组成。首先借助热力学软件计算了CO气体和CO2气体分压、铁中初始Al和C含量对Al2O3-C/Fe系统反应的影响。然后,借助热分析实验和高温热重炉实验研究了在氩气气氛下Al2O3-C/Fe系统中的反应及其对铁液组成的影响。最后,研究了埋炭条件下,Al2O3-C/Fe系统中的反应及其对铁液组成的影响。研究得到如下结论:
  (1)热力学计算表明,Al2O3和C之间的固相反应受CO分压和温度影响很大。当CO分压为0.1Pa时,Al2O3与C在1171℃就能发生反应并生成液态铝,在1135℃时就有Al气体生成,在1147℃时就有Al2O气体生成。在相同的温度及CO分压下,Al2O3-C/Fe系统中的反应比Al2O3-C系统中的反应更易发生。当CO分压较低时,随着铁中初始Al含量和C含量的增加,铁液中的[Al]含量和[C]含量均逐渐增加;当CO分压较高时,随着铁中初始Al含量和C含量的增加,铁液中的[Al]含量和[C]含量不发生变化。
  (2)在流动的氩气气氛实验条件下,由于反应生成的CO气体随着氩气被带出系统,使得系统中CO气体分压很低,高温下Al2O3-C/Fe系统中有铝生成。Al2O3-C耐火材料和铁液的接触状态对Al2O3-C/Fe系统中的反应会产生影响。Al2O3-C/Fe系统中各组分为粉末互混时,反应剧烈,实验后金属试样中铝含量较高,生成铁铝合金。将纯铁粉放置在Al2O3-C耐火坩埚中实验时,实验后的金属试样中铝含量较低。
  (3)在埋炭实验中,由于实验在空气中进行,有充足的氧气与焦炭反应生成CO气体,系统CO气体分压较高,抑制了氧化铝碳热还原反应的发生,实验后金属试样中铝含量极低,约为0.02%。
  (4)铁液催化氧化铝碳热还原反应的机理。在高温氩气气氛下,Al2O3会溶于铁液中形成[Al]和[O],铁液中的[C]会和[O]反应生成CO,反应生成的CO被流动的氩气带出Al2O3-C/Fe系统外使系统的CO分压降低,CO分压的降低会促进[C]和[O]的反应从而降低铁液中的[O]含量,铁液中[O]含量的降低又会促进氧化铝继续溶于铁液中,造成铁液中[Al]含量升高。连铸过程中,铁液催化氧化铝碳热还原反应是可以发生的。
[硕士论文] 王炳超
材料科学与工程 武汉科技大学 2017(学位年度)
摘要:随着洁净钢冶炼技术的发展与钢水洁净度要求的提高,刚玉-尖晶石质浇注料成为钢包用主要耐火材料。而尖晶石的引入方式对浇注料性能有重要影响。本文首先通过数值模拟从流体动力学角度探索了钢包浇铸过程中下渣线移动及卷渣对包壁耐火材料损毁的影响,提出对包壁耐火材料的性能要求;然后采用含氧化镁4wt%的刚玉骨料部分取代板状刚玉骨料,研究了其取代量对刚玉-尖晶石浇注料结构与性能的影响。主要结论如下:
  (1)钢包在浇铸过程中,钢包中钢水和熔渣的混合区域高度有60mm,钢水与熔渣混合区域流动对钢包包壁的冲刷损毁最严重;在钢包内设置直角挡坝后,钢水和熔渣混合区域的高度降低了50%,有效减少了耐火材料的冲刷侵蚀面积。
  (2)随着含镁刚玉骨料加入量由0wt%增大至75wt%,试样分别经1000℃×3h、1500℃×3h处理后,其常温抗折强度分别提高了39.7%和92.4%,常温耐压强度分别提高了84.4%和74.2%;1500℃×3h处理后试样经1100℃水冷5次残余强度保持率提高了40%;静态抗渣试验后,浇注料的渗透面积由20.6%降低为15.6%,侵蚀面积百分率由6.2%下降为1.3%。
  (3)试样经1500℃×3h处理后,随着含镁刚玉骨料加入量由0wt%增大至75wt%,浇注料的基质中微观缺陷减少,且含镁刚玉较板状刚玉与基质结合更加紧密,因此浇注料的显气孔率降低,体积密度、常温强度增大;经1500℃×3h处理后,富铝尖晶石在骨料的气孔和边缘聚集,且富铝尖晶石中的Al2O3含量提高,更有利于捕捉熔渣中的Fe、Mn等金属阳离子;通过骨料引入的尖晶石在浇注料中分布更加均匀,当材料内部产生温度梯度时,由于热膨胀系数差异减小,使得热应力降低,材料的抗热震性提高。
[博士论文] 成日金
冶金工程 武汉科技大学 2017(学位年度)
摘要:合理利用复杂矿产,符合钢铁企业长远发展的需求。我国有大量含砷量较低(0.01%~0.1%)的铁矿石,但砷会影响矿石利用率及后续冶金产品质量。因此,低砷铁矿石利用率一直较低。本文调研了含砷矿石脱砷、铁水脱砷、含砷物的处理情况,总结了砷元素对铁水、钢水及环境的危害。针对目前低砷铁矿石的利用率问题,运用FactSage进行了低砷铁矿石烧结脱砷、低砷铁矿石焙烧脱砷的热力学计算及试验验证,并探究了烧结脱砷与焙烧脱砷的机理;在此之后,进一步探索含砷烟尘中砷的走向及除砷路线,并通过热力学与试验来分析焙烧除尘灰脱砷的影响因素。运用电感耦合等离子体原子发射光谱法、X射线衍射、扫描电子显微镜、激光粒度分析仪、热重分析仪等分析矿物的物化性质,得出结论如下:
  (1)热力学研究表明,烧结脱砷产物及脱砷率与温度、氧分压及碱度密切相关。在烧结过程中,残留在烧结矿中的砷,主要是以固态砷酸盐(FeAsO4、 AlAsO4、Mg3(AsO4)2、 Ca3(AsO4)2)、As2S2(s)或As2O3(s)存在,其它砷会以气态物质脱除。碱度越大,砷酸盐生成的温度区域越宽,同时脱砷越困难。试验表明,烧结矿碱度及料层位置对脱砷率有一定影响,但配煤比和抽风负压影响更大。在弱氧化性气氛条件下,含毒砂的低砷铁矿石合适的脱砷工艺为:配煤比5.0%~6.0%、抽风负压14kPa、高碱度。
  (2)烧结工艺中,砷可以在点火层、烧结层和燃烧层中被脱除。在点火层,烧结矿层和燃烧层,一部分FeAsS与过量氧发生反应,生成FeAsO4,其余的FeAsS则与氧气反应,生成As2O3(g)和SO2(g)气体而挥发。挥发的As2O3(g),一部分与Al2O3或CaO反应,生成AlAsO4和Ca(AsO4)2,导致在烧结产物中砷的残留。预热层、干燥层和底层中的FeAsS则因温度偏低而较难以分解,故在高温区域中产生的As2O3(g),在这低温层中与金属氧化物反应,生成砷酸盐而残留。
  (3)热力学计算发现,氮气气氛或空气气氛下,焙烧含毒砂的低砷矿时,砷理论上以As2O3少量被脱除,残余砷以固态AlAsO4存在;而在真空下焙烧,脱砷稍有改观,超高真空下会有部分砷以AsO(g)形式脱除;当配碳比到4%~6%时,砷均转变为As2(g)和As4(g)相。试验发现,含毒砂的低砷铁矿石中的砷可在空气、氮气或真空气氛下通过焙烧而脱除。焙烧温度在1127℃以内,焙烧脱砷率和脱硫率均会随温度的升高而增大;温度继续增大至1227℃时,脱砷率和脱硫率会随之减小。最优的脱砷脱硫条件是在真空气氛下,焙烧时间为1h,焙烧温度1127℃,此时脱砷率和脱硫率为89.9%和96.3%。
  (4)焙烧脱砷机理表明,空气气氛下焙烧含砷矿的脱砷效果不及氮气气氛焙烧脱砷效果。低温空气气氛下脱砷效率不佳,在于强氧化气氛生成的As2O5与其他氧化物生成了砷酸盐。空气或氮气气氛下焙烧脱砷,砷是以As2O3形式去除的,残余的砷会与矿中氧化物反应,生成砷酸盐,这证实了焙烧脱砷热力学中砷的走向的正确性。
  (5)在烧结过程中被除尘设备收集到的除尘灰,是以固态As2O3(s)和As2O5(s)存在的。在空气或厌氧气氛条件下焙烧除尘灰,砷会转变为砷酸盐。但在550℃以上配比碳粉并隔绝空气的还原性条件下进行焙烧脱砷,砷基本上均以气态As2O3(g)存在。
  (6)热力学研究发现,在还原性气氛下焙烧除尘灰,温度、配煤比、K2O与Na2O等碱性氧化物含量均会对脱砷产物及脱砷率有影响。试验证实,焙烧温度为400~450℃时,焙烧脱砷率可达89%,但随着温度升高至600℃,脱砷率降低至78.36%。因为升高温度时虽然有利于As2O3(g)挥发,但它也容易与氧化物反应生成砷酸盐。配煤比(2%~10%)、焙烧时间(10~40 min)对焙烧除尘灰脱砷率也无明显影响。合适焙烧除尘灰脱砷条件可控制在400℃,配煤比2%,焙烧时间10 min,即可使90%砷以As2O3(g)去除。
[硕士论文] 卫芳洲
冶金热能工程 武汉科技大学 2017(学位年度)
摘要:碳烟颗粒是碳氢燃料在不完全燃烧过程的主要固态产物,对燃烧设备、气候环境及人体健康有着不同程度的危害;然而碳烟颗粒自身特有的光学辐射特性及材质结构对工业生产有着积极作用。为对碳烟颗粒的有效控制与利用,研究者们需要深入研究不同含碳烟火焰的燃烧过程与现象。本文从碳烟检测技术着手,最终选择接触式测量中的热电偶颗粒密度法(TPD)及热泳力探针取样法(TSPD)为主要的实验方法,以实验室中的甲烷/氧气预混火焰为研究对象,针对不同火焰工况、不同火焰空间位置处进行火焰温度测量与碳烟颗粒体积分数的计算;同时观察并处理透射电子显微镜(TEM)采集的二维图像,量化各工况下的碳烟的微观结构及形貌特征。
  本研究主要内容包括:⑴建立了以McKenna燃烧器为主的燃烧系统,实现燃烧工况的可控及火焰高度的可控;建立TPD系统,实现火焰温度数据的稳定采集及记录,同时可利用其温度数据进行火焰温度修正及碳烟体积分数计算;建立TSPD系统,实现对含碳烟火焰的定时、定位取样功能,且对于取样的空间位置及取样时间灵活可调;⑵TPD系统中,根据热电偶在预混反馈可将火焰分为无碳烟区域与含碳烟区域;TPD技术能够在含碳烟大部分区域进行碳烟浓度检测,并在全域内进行反馈温度信息;在含碳烟区域内,热电偶温度变化曲线在结束传统的三个阶段(“温度响应阶段”、“变发射率阶段”及“变直径阶段”)之后,存在全新的“直径稳定阶段”;⑶对比LE测量结果,在碳烟初生区域(HAB=3~7mm)内TPD测量僮会由于“直径稳定阶段”导致测量误差加剧;在高于碳烟初生区域(HAB>7mm)后,TPD测量值与LE值吻合较好;C/O比与出口流速共同影响着影响“直径稳定阶段”的出现时间,在碳烟初生区域内,“直径稳定阶段”的出现时间主要由C/O比主导;⑷TSPD法的实验结果表明,在燃烧过程初期,基本碳烟颗粒的表面增长速率大于其氧化速率,基本碳烟颗粒粒径由20nm(HAB=10mm)增长至29nm(HAB=25mm);随着燃烧过程的进行,其表面增长速率与氧化速率差异缩小,平均颗粒粒径增长率由28.83%降至5.65%,表面增长速率依日大于其氧化速率,直至基本碳烟颗粒粒径达到最大值,约30nm;⑸对高倍电镜拍摄的TEM二维图像进行处理。由TEM图像可知,随着燃烧过程的进行,碳烟颗粒物内部单颗粒结构逐渐富有规则;使用分形维数进行量化,在目标工况下,分形维数由1.62降至1.39,表明碳烟颗粒团聚体结构其整体结构不断趋于松散状。
[硕士论文] 陈贇
冶金工程 重庆大学 2017(学位年度)
摘要:钒钛磁铁矿作为我国一种重要铁矿石资源,其资源量丰富,含有大量具有战略意义的钒和钛元素,具有极大的开发利用价值。目前我国钒钛磁铁矿利用的主流程是选矿—造块—高炉—转炉工艺,与普通矿造块工艺相比,钒钛磁铁矿强度差、烧结能耗高是主要问题。复合铁酸钙的形成是普通矿制备成优质烧结矿的基础,但钒钛磁铁矿中TiO2含量较高,烧结过程中会抑制复合铁酸钙的形成,取而代之的是高熔点的钙钛矿,尽管前期的文献报道都已经明确了这一结论,然而对于TiO2与铁酸钙体系反应物相的生成路径和TiO2在产物中的分布规律却研究较少,更难言系统性。
  针对攀西地区高钛型钒钛磁铁矿,本文研究了TiO2配比10%条件下,TiO2与不同铁酸钙系的反应机理及攀西地区红格矿烧结过程中的物相转变规律,有望对攀西地区钒钛矿烧结提供一定的理论基础。实验采用压块焙烧法,取混匀料压块成型,在特定的温度下焙烧一定时间后进行XRD检测和扫描电镜观察,得到的主要结论如下:
  CF和TiO2反应无中间产物生成,Fe2O3、CaO、TiO2的混合料在低温下能同时生成钙钛矿和铁酸钙,高温下铁酸钙会同TiO2反应生成钙钛矿,温度大于1200℃后,该反应具有较快的反应速率。在CF和TiO2中配加SiO2的含量大于6%,焙烧温度达到1240℃时,有新的含钛物相钛榴石(Ca3Fe2Si1.52Ti1.48O12)生成,实验表明钛榴石是高温下液相析出的硅酸盐相,熔点较低,但强度和还原度低于铁酸钙。在CFA体系中添加TiO2后,除生成钙钛矿外,对其他物相无明显影响。焙烧结果表明,钒钛矿烧结很难获得铁酸盐粘结相,焙烧后主要物相组成为赤铁矿、磁铁矿、钙钛矿、钛榴石和少量铁酸钙,TiO2主要存在于钙钛矿和钛榴石中,少量存在于赤铁矿中。
[硕士论文] 武风楼
冶金工程 武汉科技大学 2017(学位年度)
摘要:我国铁矿资源以贫矿为主,富矿极少,在打响资源攻坚战的今天,依靠进口铁矿石实非长久之计。低品位铁矿石开采多进行磨粉处理,铁精粉一般经烧结制成烧结矿或制球后氧化焙烧成球团矿。由于用铁精粉制备的烧结矿常具有强度差,FeO含量高,含粉率高,还原粉化严重,产量低等问题,故而铁矿粉不适合进行烧结生产;但球团矿具有固相固结,能耗小,粒度小而均匀,强度高,FeO含量低,适于长途运输,生产污染小等优势,因而铁矿粉更适于造球。在当代高炉生产中,球团因其诸多优势在高炉内用量逐渐加大。随着球团入炉比增加,高炉生产顺行面临新的挑战,也对提高球团矿的质量提出了更高的要求。至此,关于球团矿各项性能和品质的研究层出不穷,多的是从配矿和二维显微矿相角度对球团矿的性能和质量进行分析和研究,至于球团矿内部各种显微矿相的三维形貌和空间分布情况则无法得知。因此,本文就球团矿内部不同矿相组织的三维形貌、空间分布、各矿相组织的统计分析和显微力学性能及其对球团强度的影响开展了深入的研究,首次探明了球团内主要矿物的三维形貌和空间分布情况,从而为更好的研究球团矿的成矿机理和提高球团内部质量打下坚实的基础。
  首先,基于序列切片法和现代三维重建软件,本文分别对具有较大强度差异的两种普通球团矿内主要矿相的显微结构进行了三维重构。每种球团各选取样品的外部带、中间带和中心带三个区域进行三维重建,结果表明:氧化球团矿从外部带→中间带→中心带,赤铁矿的形态按照互连良好的块状赤铁矿→互连疏松的块状赤铁矿→互连较差的小颗粒赤铁矿顺序变化;磁铁矿形态按照小颗粒交织→网格状交织→层片状交织变化;硅酸盐则是外部带和中心带呈小颗粒状,中间带多呈大颗粒状。矿物的空间分布则规律为:从外部带到中心带赤铁矿由多变少,由致密到疏松;磁铁矿则由外部带到内部带逐渐增多,由小颗粒残存到块状互相连接;硅酸盐则是中间带分布较集中,外部带和中心带分布较少。同时,对比两种球团矿发现:1#球团三个环带区域内残存的磁铁矿明显比2#球团多,1#球团三个环带区域内赤铁矿互连较2#球团差;2#球团内赤铁矿颗粒尺寸较1#球团大,硅酸盐尺寸较1#球团小,磁铁矿尺寸比1#球团小;综合对比,2#球团的显微矿相可能具有比1#球团更好的显微力学结构。
  接着,基于面积法基本原理,结合计算机图像处理技术,对两种球团矿内各显微矿相的百分含量进行了统计和对比分析。通过统计发现:2#球团内赤铁矿含量比1#球团更多,孔隙则比1#球团少,磁铁矿和硅酸盐含量也比1#球团少。通过电镜打点和面扫,得到了两种球团主要矿相的元素组成和分布,发现赤铁矿、磁铁矿交织结构中的磁铁矿内富集了少量的镁元素;正是这些Mg2+填补了氧化转变过程中Fe2+的空位,阻止了磁铁矿的氧化,最终形成少量残存磁铁矿与赤铁矿的交织结构;面扫发现,1#球团内镁元素含量高于2#球团,这是1#球团内赤、磁铁矿交织结构较多的一个重要原因。综合对比分析得出,2#球团具有比1#球团更好的显微矿相组成。
  最后,通过对两种球团矿内三种不同形态的赤铁矿组织进行显微硬度测试和断裂韧性计算,来研究球团内不同赤铁矿组织形态的显微力学性能差异及对球团矿宏观强度的影响。结果发现,大颗粒赤铁矿的显微硬度最高,赤、磁铁矿交织结构次之,小颗粒互连状赤铁矿显微硬度最低;球团矿中赤、磁铁矿交织结构断裂韧性最好,互连状小颗粒赤铁矿次之,大颗粒赤铁矿稍差。2#球团矿中三种形态的赤铁矿显微力学性能均比1#球团矿好,这是由于2#球团中赤铁矿互连程度更好,大颗粒赤铁矿较多,赤铁矿晶间结合方式多为赤铁矿和少量磁铁矿,1#球团由于赤铁矿互连较差,赤铁矿晶间连接多为硅酸铁等液相粘结,进而导致2#球团矿整体宏观抗压强度较1#球团矿好。
[硕士论文] 李乾坤
矿业工程 武汉科技大学 2017(学位年度)
摘要:本论文探究了主要工艺因素对武钢四烧烧结矿质量影响情况,得出了烧结矿质量较优的配料方案,使武钢四烧烧结矿质量得到了提升。
  单因素条件试验结果表明:随碱度增加,烧结矿转鼓强度、落下强度和成品率都呈现先增大再减小的变化趋势,在碱度为2.4时同时达到最大。主要是由于烧结矿液相固结主要粘结相发生变化:由硅酸钙转变为铁酸钙,烧结矿强度增加,高碱度条件下铁酸钙部分分解,烧结矿强度会下降;FeO含量则呈现降低的趋势,在7.0-9.0之间变化。
  随配碳增加,烧结矿转鼓强度、落下强度和成品率都呈现先增大再减小的变化趋势,在配碳6.0%时同时达到最大。主要是由于还原气氛加强,导致烧结矿液相固结主要粘结相铁酸钙和铁酸钙系物部分分解,使得烧结矿质量下降;由于液相中Fe3+被部分还原为Fe2+,FeO含量呈现了增加的趋势,在7.0-10.0之间变化。
  随水分增加,烧结矿转鼓强度、落下强度和成品率都呈现先增大再减小的变化趋势,且在水分为6.5%时同时达到最大值;FeO含量呈现波动趋势,在7.0-8.5范围内小幅变化。
  随负压增加,烧结矿转鼓强度、落下强度和成品率都呈现先增大再减小的变化趋势,在负压为11kpa时同时达到最大;FeO含量呈现降低的趋势,在7.5-9.0范围变化。
  多因素正交试验结果表明:影响烧结矿落下强度、转鼓强度和成品率的主要因素是碱度,其次是配碳量,水分和负压影响较小;影响FeO含量的主要因素是配碳量,其次是碱度,水分和负压影响较小。较佳配料制度:碱度2.4,配碳6.0%,水分5.0%,负压10kpa下得到烧结矿质量指标为:转鼓强度73.50%,落下强度71.88%,成品率89.55%,FeO含量8.65%,相比四烧配料制度有所提升。
[硕士论文] 王力
冶金工程 武汉科技大学 2017(学位年度)
摘要:MgO-C耐火材料作为碳复合材料中最重要的品种之一被广泛运用于炼钢行业。随着洁净钢、超低碳洁净钢生产的发展,人们的观念从单纯追求耐火材料的长寿命转移并同时需要考虑耐火材料对钢质量的影响,因此研究耐火材料与钢水的相互作用对于工业实践中提高钢水的质量具有重要的意义。本论文以鳞片石墨,NC220纳米碳,NC990纳米碳三种不同的碳形式为MgO-C耐火材料的碳源,研究了MgO-C耐火材料中碳的质量分数对MgO-C耐火材料的材料与力学性能的影响,以及用静态法,在1873K,高纯氩气氛中,用300g超低碳钢与外径30mm、孔径14mm的MgO-C耐火材料相互作用1h,系统地研究不同碳源及碳质量分数的MgO-C耐火材料对与之接触的钢液成分变化的影响以及相互作用界面的侵蚀情况。实验结论如下:
  (1)传统MgO-C耐火材料(鳞片石墨为碳源)中碳质量分数从3%增加到10%,MgO-C耐火材料的显气孔率从10.46%增加到11.45%;体积密度从2.98g/cm3降低到2.86g/cm3,抗压强度从61.60MPa降低到22.83MPa;高温抗折强度从16.35MPa降低到12.01MPa,传统MgO-C耐火材料在与钢液反应前后都发现有镁铝尖晶石存在,在传统MgO-C耐火材料碳质量分数增加到10%时,反应后的耐火材料中镁铝尖晶石增多。
  (2)传统MgO-C耐火材料中碳质量分数从3%增加到10%,MgO-C耐火材料与超低碳钢界面附近的过渡层的厚度从30.8μm增加到42.3μm。
  (3)传统MgO-C耐火材料中碳质量分数从3%增加到10%,MgO-C耐火材料与钢液相互作用后,钢样中的N的质量分数从14.05ppm增加到83.6ppm;C的质量分数从261ppm增加到1360ppm;Al的质量分数从123ppm增加到183ppm;Mg的质量分数从144ppm增加到268ppm,钢液中O的质量分数46ppm降低到8.5ppm。
  (4)含纳米碳的MgO-C耐火材料中纳米碳的质量分数从1%增加到3%时,NC220镁碳耐火材料的显气孔率从11.4%增加到13.06%,体积密度由2.99g/cm3降低到2.87g/cm3,耐压强度从29.47MPa降低到19.01MPa; NC990镁碳耐火材料的显气孔率从11.77%降低到9.98%,体积密度由2.93g/cm3增加到3.04g/cm3,耐压强度从30.68MPa增加到65.03MPa。
  (5)含纳米碳的MgO-C耐火材料中纳米碳的质量分数从1%增加到3%时,NC220镁碳耐火材料与超低碳钢的界面附近的过渡层厚度由34.3μm增加到233.3μm; NC990镁碳耐火材料与超低碳钢的界面附近的过渡层厚度由46μm降低到11.7μm。
  (6)含纳米碳的MgO-C耐火材料中纳米碳的质量分数从1%增加到3%时,与NC220镁碳耐火材料反应后钢中C质量分数从255ppm增加到292ppm,Mg质量分数从98ppm增加到228ppm,Al质量分数从92ppm增加到136ppm,O质量分数从31.6ppm降低到15.8ppm,N质量分数从24.1ppm增加到34.3ppm;与NC9900镁碳耐火材料反应后钢中C质量分数从312ppm降低到229ppm,Mg质量分数从82ppm降低到68ppm,Al质量分数从144ppm降低到117ppm,O质量分数从20.6ppm增加到36.1ppm,N质量分数从28.6ppm降低到16ppm。
  (7)与传统MgO-C耐火材料相比,含有纳米碳的MgO-C耐火材料有效地限制了耐火材料对钢液的增碳;与NC220镁碳耐火材料相比,由于NC990纳米碳以粒状存在,增加了NC990镁碳耐火材料的致密度,使得NC990镁碳耐火材料提高了抗压强度,与钢液反应后,钢液中氧含量有所上升,C、N、Mg、Al的含量都有一定程度的降低。从超低碳钢冶炼的角度考虑,以NC990为碳源的MgO-C耐火材料更加有利于钢液的纯净化。
[硕士论文] 丁园
控制科学与工程 武汉科技大学 2017(学位年度)
摘要:烧结生产过程是高炉炼铁流程中重要的环节,烧结矿质量的优劣直接关乎高炉冶炼能否顺利生产。烧结终点是烧结混合料烧透时对应的风箱位置,是评价烧结生产过程是否正常运行的重要指标,是与烧结矿产量、质量、成本和能源消耗紧密相关的重要工艺参数,是烧结机操作的主要依据。烧结终点位置正常时,能够提高烧结矿的成品率和充分利用烧结台车的有效面积,并且在保持烧结矿质量和产量的前提条件下,降低了能耗,减少了污染。由于烧结生产过程存在明显的非线性、强耦合性、不确定性和大滞后性等特征,使得烧结终点难以确定,需要建立烧结终点的预测模型,对烧结终点进行提前预报。
  本文详细介绍了烧结生产过程工艺流程,深入探究了烧结生产过程特性和影响烧结终点的主要因素。由于现场没有直接检测烧结终点的仪器,在对比分析了判断烧结终点的几种方法之后,决定采用风箱废气温度来间接表征烧结终点,同时建立烧结终点的软测量模型,并利用大烟道废气温度标准值对软测量模型进行校正。将采集到的烧结终点实际工况数据进行异常数据的剔除处理、滤波分析、归一化处理,得到无量纲的数据,最后经主成分分析处理得到主要变量的信息,为建立基于运动模式的烧结终点预测模型奠定数据基础。
  此外,设计了基于运动模式建模的烧结终点预测流程,利用四叉树粒子群优化算法对预处理后工况数据进行二维模型运动空间的构建,设计了二维带输入的区间自回归模型结构,即影响烧结终点的因素作为输入量,把风箱废气温度作为模型的输出,来建立对烧结终点的初级预测。采用最小二乘法对初级预测模型进行区间参数辨识,将得到的初级预测模型经K近邻分类后得到烧结终点最终预测模型,从而实现了基于运动模式的烧结终点预测。从现场采集烧结终点的实际工况数据对预测模型进行验证,实验结果表明此模型的可行与有效性。
[硕士论文] 王亚雨
冶金工程 武汉科技大学 2017(学位年度)
摘要:本论文主要研究如何合理利用烧结除尘灰、高炉灰、转炉泥、轧钢皮等钢铁厂废物资源,高效脱除有害元素生产高炉用低还原铁产品(LRI)。
  烧结电除尘灰内配碳实验研究结果:抗压强度受焙烧温度的影响最大,受焙烧时间的影响最小;脱锌率受焙烧温度的影响最大,受焙烧时间的影响最小;金属化率和还原度受焙烧温度的影响最大,受C/O影响最小。研究发现,当C/O为0.8、焙烧温度为1325℃、焙烧时间为10min时,抗压强度达到2105N/个,脱锌率达到91%,还原度达到86.3%,金属化率达到80%,产品质量基本满足高炉生产的要求。
  C/O比事关能耗和CO2排放,合理的C/O比与希望达到的目的有关。若只考虑对抗压强度的要求,则C/O选择0.8较为合理;若考虑到各有害元素脱除情况,C/O选择为1.0比较合理。综合考虑生球强度和焙烧阶段的要求,则合理的C/O在0.8~1.1之间。
  烧结电除尘灰内配碳球团在氮气气氛下的还原动力学研究结果表明,还原的限制性环节是气相内扩散,活化能为191.22kJ/mol。
  空气下烧结电除尘灰含碳球团还原动力学研究结果显示,950℃~1200℃时还原反应的限制性环节是气相扩散,活化能为138.84kJ/mol。意味着在空气气氛中比在氮气气氛中温度对反应速度的影响更大,还原速率也比氮气气氛下快,完全还原的时间更短。控制合适的反应时间有利于防止球团矿发生再氧化,一般在600s之内就能反应完,因此,时间控制在10min之内较为合理。温度越高还原度越高,1200℃就可获得80%的还原度。
  弱氧化性气氛下含碳球团直接还原试验研究发现,合适的含氧量为0~5%,以不超过7%为宜,这为竖炉工艺确定冷却风成分提供了依据。
[硕士论文] 田茂洪
冶金工程 重庆大学 2017(学位年度)
摘要:CO高温还原Fe2O3的过程是冶金还原过程中最具代表性的基本反应过程,探究该过程的还原反应特性、反应机理对冶金反应器设计、工艺过程的优化意义重大。该过程是多步反应过程,一般分为 Fe2O3转化为 Fe3O4、Fe3O4转化为 FeO、FeO转化为Fe这三个阶段构成,因其涉及流动、传热等传递过程的耦合,给研究带来了一定的难度。针对该过程,本文基于格子气自动机方法构建了一种单步反应流模型,运用该模型对CO还原Fe2O3的过程进行了逐级模拟研究,并结合实验进行对比分析。针对气固反应过程的多环节耦合问题,借鉴了多物质、多能态的反应物和产物气体属性标示方式,采用固体颗粒边界节点周围气体粒子的属性,来表达该区域内的反应气体的浓度、温度等性质,结合该种性质设计气固反应概率,建立气固反应流的格子气元胞自动机模型,以CO还原FeO的数值算例为对象,验证了模型的合理性与实用性。
  本研究基于前文所构建的气固反应流模型,着重对Fe2O3到Fe3O4的反应过程展开模拟研究,得到了不同反应条件下还原反应特性和颗粒反应界面变化规律。结果表明:当温度、浓度升高时,还原速率增快,完全反应所需的时间缩短,颗粒反应界面收缩呈现的非均匀性结构更加明显,且颗粒界面靠近气体入口处被还原的程度明显高于其余部位;当颗粒半径、管道入口宽度增大时,还原的速率减慢,颗粒完全反应所需的时间增大。此外,当管道的高度增大时,对反应速率的影响不明显,该变化规律与宏观规律相吻合。通过微型流化床研究了CO还原Fe2O3的反应动力学特性,结合所构建的气固反应流模型对Fe2O3还原过程中Fe3O4转化为FeO、FeO转化为Fe的单步还原过程进行了模拟计算,尝试通过单步反应串联组合的方式对还原过程的多步反应进行耦合。结果表明:反应温度越高,反应还原速率越大;表观活化能会随着反应的进行呈现出先增大后减小再增大的变化趋势;高温Fe2O3转化为Fe的过程每个单步反应同时发生,在反应的初始阶段Fe2O3转化为Fe3O4的反应最先发生,Fe3O4转化为FeO反应速率比FeO转化为Fe反应速率快,Fe2O3转化为Fe的转化率变化规律与物理实验一致。
[硕士论文] 汪清瑶
控制科学与工程 武汉科技大学 2017(学位年度)
摘要:在高炉冶炼中,冷态强度稳定的烧结矿不仅提高了烧结矿的入炉率,同时改善了高炉炉料的透气性,降低了烧结矿的粉化状况,从而减少高炉生产的成本。根据烧结矿转鼓强度进行周期性取样试验并控制烧结矿质量已无法满足工业生产需求,传统转鼓强度检测方法效率低、检测不准确、反馈不及时等缺陷都将阻碍中国进入世界钢铁顶级冶炼技术发展的舞台。因此,对烧结矿转鼓强度的实时预报研究具有极其重要的意义。
  本文针对传统转鼓检测方法滞后,结果反馈不及时,导致造成烧结过程工艺参数调整不准确的问题,提出一种基于人工神经网络的烧结矿转鼓强度在线预测研究方法,分别采用BP(Back Propagation, BP)、RBF(Radial Basis Function, RBF)和Elman三种神经网络对转鼓强度指标进行预报,比较预报结果,淘劣存优。预报系统根据烧结矿历史生产数据建立以烧结矿转鼓强度为指标的预测模型,随后利用基于瞬发γ中子活化分析(prompt gamma-ray neutron activation analysis,PGNAA)成分技术的工业物料在线检测仪器检测且经化学式转化得到的新数据进行在线预测,并将结果反馈给烧结过程达到烧结矿质量在线调控的目的。结果表明,BP神经网络的预测值部分比较准确,误差波动大,网络内部学习不完整;RBF神经网络的预测值与实际值走向不一致,两者曲线拟合度不高,反映出RBF网络对样本的高度依赖性;Elman神经网络的预测误差波动最小,预测结果与实际检测结果吻合度高,预测绝对误差在实际生产要求范围内,对烧结工业实际生产具有一定指导性,大大地缩补了物料调控时间,改善了烧结工艺品质,较其他两种方法而言其预测功能更为准确。
[硕士论文] 邓明
冶金工程 武汉科技大学 2017(学位年度)
摘要:目前钢铁产能过剩,铁矿石价格持续上涨,钢铁企业成本提高,生存压力越来越大,钢铁企业继续深入研究改善烧结矿质量的方法,旨在降低成本,提高行业竞争力。改善烧结矿质量,需要掌握烧结矿的矿相结构特征、分布规律、矿相形成机理及还原过程中矿相的变化规律。然而,烧结矿矿相结构复杂,传统二维分析方法仍有不足之处,在此背景下,本文采用三维重建方法获得钒钛烧结矿和普通烧结矿的三维矿相图,能全面、直观、准确地反映两种烧结矿的矿相特征,并对比研究了烧结矿矿相结构和含量对其冶金性能的影响。
  首先,采用XRD对钒钛烧结矿与普通烧结矿进行定性分析,并采用三维重建方法获得钒钛烧结矿和普通烧结矿的三维矿相图。利用图像分割技术,对各矿相进行阈值分割,对比两种烧结矿各矿相结构在三维空间的分布及连接情况;对单个矿相进行局部涂色分割,进一步对比两种烧结矿的局部三维结构;采用PhilipsnanoSEM400场发射扫描电子显微镜(SEM-EDS)观察两种烧结矿中常见矿相微观形貌以及对各矿相进行元素定量分析。
  然后,采用维氏压痕法对钒钛烧结矿与普通烧结矿中常见矿相的显微硬度进行测定,对比分析不同矿相的显微硬度值及压痕裂纹的萌生和发展。实验结果表明,钒钛烧结矿显微硬度总体高于普通烧结矿,但部分矿相压痕裂纹多,且延伸较长,钙钛矿和钛赤铁矿断裂韧性差、易碎。烧结矿中减少板块状赤铁矿,多发展铁酸钙和交织熔蚀结构有利于提高烧结矿的显微硬度,改善烧结矿的质量。
  最后,采用阈值分割法对钒钛烧结矿与普通烧结矿进行定量分析,实验发现,普通烧结矿中铁酸钙和磁铁矿明显高于钒钛烧结矿,赤铁矿含量显著低于钒钛烧结矿,其余矿相和气孔相差不大。结合高温还原实验、矿相含量和矿相结构对烧结矿冶金性能与微观结构相关性分析,发现钒钛烧结矿中存在大量再生钛赤铁矿,多以骸晶状菱形分布在烧结矿中,这是导致钒钛烧结矿易还原,但低温还原粉化率高,强度低等特点的主要原因,并为改善烧结矿质量提供了相应的理论依据。
[硕士论文] 吴凯
冶金工程 重庆大学 2017(学位年度)
摘要:鼓泡流化床是流态化炼铁工艺中的预还原反应器,其中的气固两相流问题是反应器设计、放大和操作中的核心问题和难点所在。由于气固两相之间复杂的非线性相互作用,对鼓泡流化床中的典型流动规律如气泡动力学、气固相间的耦合关系等的认识还不充分,阻碍了鼓泡流化床反应器的应用和工艺发展。针对这种状况,本文以格子气元胞自动机方法为基础,构建了气固两相流模型,对鼓泡流化床中的气泡现象开展了模拟研究,在此基础上对气固相间耦合机理进行了尝试性改进,并在单颗粒上进行了验证。
  本研究主要内容包括:⑴基于格子气元胞自动机方法的气固两相流模型是一种介尺度模型,模型物理量与真实物理量之间的转换是这类模型构建和应用的基础。为此,基于相似原理,通过黏度、声速、密度等限制关系得到基本物理量(长度、时间和质量)的转换关系,再利用量纲分析获得导出物理量的转换关系,以管道中的单相流和鼓泡流化床中的气固两相流数值算例为对象,验证了转换关系的合理性。⑵气固两相流模型包含三个部分:气相、固相(颗粒流)和气固相间耦合作用。气相模型在的格子气元胞自动机模型基础上,附加了表征气体与固体之间表面张力的引力规则;固相模型则增加了表征颗粒重力和耗散特征的格子气元胞自动机规则,并在移动床中心卸料问题上对其有效性进行了验证;为简化稠密颗粒体系中气固相间作用的计算,采用相同尺度划分气、固相的空间网格,并直接以异相粒子间的动量交换替代复杂的相间耦合。在此基础上,构建了气固两相流的格子气元胞自动机模型。⑶应用所构建的气固两相流模型对单喷嘴和分布板两种典型鼓泡床中的气泡现象进行了模拟。模拟结果表明:所建模型能定性表达气泡产生和上升过程,量化得到的气泡当量直径与实验和其他方法所获得的结果具有相同的规律,但随着气泡的上升,气泡内部弥散的固体颗粒增多、气泡轮廓不易辨识,而且床层的膨胀也过大,这些缺陷与固体颗粒的运动有关,且直接受气固相间耦合精度控制。本文尝试着改进这些缺陷,将固体颗粒边界投影到气体网格上,并设计了一种概率反弹的气固耦合作用模型,即运动到颗粒边界的气体粒子以一定概率发生反弹,期间气体粒子传递的动量会被累积,并被用于颗粒运动状态的改变。在单颗粒上初步验证了这种改进方法,为进一步改进气泡的模拟效果奠定了基础。
[硕士论文] 张权
冶金(热能)工程 武汉科技大学 2017(学位年度)
摘要:随着高炉大型化的推进,高炉容积越来越大,设备也越来越先进,高炉的寿命也越来越长。尽管如此,高炉工作者依然在不懈地研究,希望可以在延长高炉寿命这一问题上能有更大的突破。高炉服役后,高炉炉缸炉底内衬的侵蚀状态是决定高炉寿命的主要因素,一旦高炉内衬侵蚀达到一定程度,炉缸会破溃而造成重大安全事故。过早停炉会造成重大浪费,但若不及时停炉又会酿成重大事故。因此,通过现有的条件和技术来实时监测炉缸炉底侵蚀状态对高炉安全生产具有重要的实际指导意义。
  本文以武钢4号高炉为研究对象,以传热学为基本理论,通过边界元的方法建立了高炉炉缸炉底传热过程的数学模型。总结本文的研究工作,主要内容如下:
  (1)在建立炉缸炉底侵蚀模型时,并没有直接以高炉炉缸炉底的真实边界为边界,而是以炉缸炉底炉衬的外边界的热电偶所处的位置为边界,这样处理不仅使模型的计算得以简化,而且计算的精度更高。
  (2)模型计算考虑了耐火材料导热系数随温度变化给计算带来的影响,采用基尔霍夫变化的方法,将非线性问题转变为线性问题,解决了利用边界元法建立高炉炉底炉缸侵蚀模型把导热系数看成常数而造成计算精度下降的问题。
  (3)在计算用边界元法得出的线性方程组时,采用了超松弛迭代的方法来求解,大大加快了收敛的速度。
  (4)模型首先通过正交实验的优化设计方法,在假定25条侵蚀线后,比较8支监测点热电偶的计算温度和实际温度,得到了最优化的侵蚀线,然后采用样条曲线来曲线拟合这些已经校正好了的控制点,实现了1150℃侵蚀线的逼近和拟合,保证了等温线的真实性。
  比较计算值与热电偶实际值,绝对误差的最大值为7.5℃,最大相对误差为2.23%,误差在实际工程误差允许(<5%)范围内,计算值和实际热电偶值吻合较好。1150℃侵蚀线和870℃炭砖脆化线皆在陶瓷杯中,可以判定高炉处于安全生产状况。
[硕士论文] 李婷婷
机械工程 武汉科技大学 2017(学位年度)
摘要:在国家制定国民经济体系供给侧结构改革的背景下,如何高效、自动化生产,不断减少人的工作量,是钢铁行业不懈追求的目标。钢铁生产计划与调度模型具有种类单一、结构复杂、通用性弱的缺点。为了减少钢铁生产调度人员重复建模的工作,通过研究模型结构的特征、知识化表达方式、模型模块化划分、模型知识融合与封装、模型重构算法等,建立钢铁生产调度模型重构系统,实现钢铁生产调度模型的自动构建。
  引入面向对象的模型知识化表达框架结构,描述模型模块化划分及模型参数规范化表达,研究模型知识推理与融合框架结构及模型模块封装算法系统结构。研究模型的特征、结构及层次关系,构建基于调度问题的模型分类方法,研究了模型之间的可重构关系,提出了基于集合的模型重构规则及重构算法。在此基础上建立基于用户满意度的模型评价机制,提出模型重构过程约束规则及重构结果的评价方法验证重构模型的可行性及有效性。
  运用系统开发语言Java、系统开发工具Eclipse、小型关联性数据库Mysql开发钢铁调度模型重构系统,通过重构实例验证了模型重构系统的有效性。
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