第36卷第10期 北京科技大学学报 Vol.36 No.10 2014年10月 Journal of University of Science and Technology Beijing 0ct.2014 喷粉透气砖狭缝内气~固两相流动数值模拟 周建安”四，刘春明，刘中秋2，李宝宽”，战东平，倪红卫”，李志强” 1)武汉科技大学材料与治金学院，武汉4300812)东北大学材料与治金学院，沈阳110819 ☒通信作者，Emai:zhoujianant@sina.com 摘要狭缝型喷粉透气砖是铁水底喷粉脱硫预处理工艺重要功能性元件，对底喷粉脱硫工艺的顺利实施影响重大：结合实 际应用情况，基于欧拉一欧拉双流体和颗粒动力学理论，对喷粉透气砖狭缝内气一固两相流进行了三维数值模拟，得到狭缝内 的流场、压力场和颗粒相体积分数场分布.喷粉透气砖狭缝内颗粒相体积分数非均匀段长度一般为250mm,加速段长度一般 小于250mm,在颗粒直径为20μm时单缝内的压降最大，为2350Pa.工业试验结果表明，底喷粉工艺脱硫效率比同类型顶喷 粉工艺提高15%以上. 关键词炼铁：脱硫：狭缝：粉煤：两相流：数值模拟 分类号T℉538.6*3 Numerical simulation on gas-solid two-phase flow in slots of porous plugs ZHOU Jian-an LIU Chun-ming?,LIU Zhong-qiu,LI Bao-kuan,ZHAN Dong-ping?,NI Hong-wei,LI Zhi-qiang" 1)School of Materials and Metallurgy,Wuhan University of Science and Technology,Wuhan 430081,China 2)School of Materials and Metallurgy,Northeastern University,Shenyang 110819,China Corresponding author,E-mail:zhou_jianan@sina.com ABSTRACT The slot-type porous plug used for injecting pulverized coal into the ladle through a bottom position is an extremely im- portant element for desulfurization during hot iron pretreatment,and it makes great effect on the trouble-free operation of this desulfu- rization technology.With the help of the Eulerian-Eulerian model and the particle dynamic theory,a three-dimensional model is con- structed to evaluate the velocity,pressure and concentration fields of gas-solid two-phase flow in the slot of a porous plug.It is found that the concentration nonuniform length in the slot is about 250 mm,the acceleration length is always less than 250 mm,and the maxi- mum difference in pressure is 2350 Pa on condition that the particle size is 20 um.The result of industrial application shows that the desulfurization efficiency of coal injection through the bottom position is about 15%higher than that by the top lance. KEY WORDS ironmaking:desulfurization:slots;pulverized coal;two-phase flow:numerical simulation 铁水底喷粉脱硫预处理新工艺，是以气体为载 输送的安全性和效率，需要深入研究粉剂在透气砖 体将粉剂通过狭缝式透气砖从铁水包底部送入包内 狭缝内的流动状况. 进行喷粉铁水脱硫.该工艺操作简单、稳定可靠、脱 CFD(computational fluid dynamics)数值仿真是 硫率高、无喷溅现象、铁损少、温降小、无污染、处理 研究颗粒两相流的重要方法之一.国内外研究者应 周期短以及投资省，是比较理想的脱硫新工艺，具有 用欧拉一拉格朗日方法对水平气力输送和气一固喷 广阔的应用前景.狭缝型喷粉透气砖四是该工艺重 射器内气一固两相流场做了大量研究，同时结合离 要的功能性元件，对工艺顺行及处理效果的影响重 散单元法考虑颗粒之间以及颗粒与管壁之间的相互 大.为了确保透气砖底喷粉工艺的顺行，提高粉剂 作用，较为准确地模拟了气一固两相运动行为P. 收稿日期：2013-08-20 基金项目：国家自然科学基金项目支持(50804009)：国家高技术研究发展计划资助项目(No.2009AA03Z530) D0:10.13374/j.issn1001-053x.2014.10.011;http:/1 joumals.usth.cu.cm第 36 卷 第 10 期 2014 年 10 月 北京科技大学学报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol． 36 No． 10 Oct． 2014 喷粉透气砖狭缝内气--固两相流动数值模拟 周建安1) ，刘春明2) ，刘中秋2) ，李宝宽1) ，战东平2) ，倪红卫1) ，李志强1) 1) 武汉科技大学材料与冶金学院，武汉 430081 2) 东北大学材料与冶金学院，沈阳 110819  通信作者，E-mail: zhou_jianan@ sina． com 摘 要 狭缝型喷粉透气砖是铁水底喷粉脱硫预处理工艺重要功能性元件，对底喷粉脱硫工艺的顺利实施影响重大． 结合实 际应用情况，基于欧拉--欧拉双流体和颗粒动力学理论，对喷粉透气砖狭缝内气--固两相流进行了三维数值模拟，得到狭缝内 的流场、压力场和颗粒相体积分数场分布． 喷粉透气砖狭缝内颗粒相体积分数非均匀段长度一般为 250 mm，加速段长度一般 小于 250 mm，在颗粒直径为 20 μm 时单缝内的压降最大，为 2350 Pa． 工业试验结果表明，底喷粉工艺脱硫效率比同类型顶喷 粉工艺提高 15% 以上． 关键词 炼铁; 脱硫; 狭缝; 粉煤; 两相流; 数值模拟 分类号 TF 538. 6 + 3 Numerical simulation on gas--solid two-phase flow in slots of porous plugs ZHOU Jian-an1)  ，LIU Chun-ming2) ，LIU Zhong-qiu2) ，LI Bao-kuan1) ，ZHAN Dong-ping2) ，NI Hong-wei1) ，LI Zhi-qiang1) 1) School of Materials and Metallurgy，Wuhan University of Science and Technology，Wuhan 430081，China 2) School of Materials and Metallurgy，Northeastern University，Shenyang 110819，China  Corresponding author，E-mail: zhou_jianan@ sina． com ABSTＲACT The slot-type porous plug used for injecting pulverized coal into the ladle through a bottom position is an extremely im￾portant element for desulfurization during hot iron pretreatment，and it makes great effect on the trouble-free operation of this desulfu￾rization technology． With the help of the Eulerian--Eulerian model and the particle dynamic theory，a three-dimensional model is con￾structed to evaluate the velocity，pressure and concentration fields of gas--solid two-phase flow in the slot of a porous plug． It is found that the concentration nonuniform length in the slot is about 250 mm，the acceleration length is always less than 250 mm，and the maxi￾mum difference in pressure is 2350 Pa on condition that the particle size is 20 μm． The result of industrial application shows that the desulfurization efficiency of coal injection through the bottom position is about 15% higher than that by the top lance． KEY WOＲDS ironmaking; desulfurization; slots; pulverized coal; two-phase flow; numerical simulation 收稿日期: 2013--08--20 基金项目: 国家自然科学基金项目支持( 50804009) ; 国家高技术研究发展计划资助项目( No． 2009AA03Z530) DOI: 10． 13374 /j． issn1001--053x． 2014． 10． 011; http: / /journals． ustb． edu． cn 铁水底喷粉脱硫预处理新工艺，是以气体为载 体将粉剂通过狭缝式透气砖从铁水包底部送入包内 进行喷粉铁水脱硫． 该工艺操作简单、稳定可靠、脱 硫率高、无喷溅现象、铁损少、温降小、无污染、处理 周期短以及投资省，是比较理想的脱硫新工艺，具有 广阔的应用前景． 狭缝型喷粉透气砖［1］是该工艺重 要的功能性元件，对工艺顺行及处理效果的影响重 大． 为了确保透气砖底喷粉工艺的顺行，提高粉剂 输送的安全性和效率，需要深入研究粉剂在透气砖 狭缝内的流动状况． CFD ( computational fluid dynamics) 数值仿真是 研究颗粒两相流的重要方法之一． 国内外研究者应 用欧拉--拉格朗日方法对水平气力输送和气--固喷 射器内气--固两相流场做了大量研究，同时结合离 散单元法考虑颗粒之间以及颗粒与管壁之间的相互 作用，较为准确地模拟了气--固两相运动行为［2 － 4］．