增刊1 高金涛等：转底炉分区域供热研究 ·113· 约55%~60%的Fe0在该段被还原为MFe. 平衡，计算出各段燃料的分配情况，如表2所列，可 2.5分段热工参数 以看出不同工况下各段煤气的分配比应为：预热段 基于前述分段热模拟实验结果确定出各段的反 8%左右，加热段32.3%~43.2%，还原段48.5%~ 应进度，按含碳球团自还原吸热与各段热工参数的 60.1%. 表2分段热工参数 Table 2 Thermal parameters in different sections nc:no=0.8 nc:no=1.0 nc:no=1.2 反应进度 热工参数 预热段加热段还原段 预热段加热段还原段 预热段加热段还原段 Fe203→fe304 分配比/% 83.31 16.69 83.86 16.14 100.00 219.7M 能量/M 183.05 36.67 184.26 35.46 219.72 fe304→fc0 分配比/% 100.00 100.00 4.76 95.24 652.7M0 能量/M 652.71 652.71 31.07 621.64 FeO→fe 分配比/% 3.66 61.21 11.28 55.69 22.03 54.42 2358.2MJ 能量/M 86.31 1443.44 266.001313.27 519.51 1283.32 能量/0 183.1 775.7 1443.4184.3 954.2 1313.3219.7 1141.11283.3 煤气分配比/% 7.6 32.3 60.1 7.5 38.9 53.6 8.3 43.2 48.5 转底炉分段供热模型.转底炉设备及工艺参数列于 3 转底炉热工系统优化 表3. 为验证热模拟实验确定的分段热工参数，建立 表3转底炉设备、工艺参数 Table 3 Equipment and technological parameters of a rotary hearth furnace 设备参数 工艺参数 转底炉中径/m 32 有效面积/m 600 转底炉宽度/m 6 单位生产率/(kgm2h1) 70 转底炉高度/m 1.6 治炼周期/min 20 助燃风喷嘴中心线距炉底高度/m 0.655 供热原料 煤气 蓄热烧嘴中心距炉底高度/m 1.022 供热方式 燃烧供热 平焰烧嘴中心线所在圆弧半径/m 14.7,17.4 装料 含碳球团 烟气中心线所在圆弧半径/m 16 装载量/(kg炉) 14000 3.1建模 量为8611kg,煤气助燃风量11309kg,C0助燃风量 (1)数学模型.基本假设条件：气体为不可压 16930kg,挥发分助燃风量5803kg.故各入口的速 缩流体：流动和燃烧为稳态过程：炉膛内烟气全部经 度边界条件如表4所示. 烟气出口和蓄热式烧嘴排气口排出.控制方程组包 3.2分段热工参数验证 括：①连续性方程和动量方程：②能量方程；③湍流 使用Fluent模拟软件对转底炉各段温度场进 模型方程：④非预混燃烧模型一平衡混合分数/ 行模拟，其中炉膛沿圆周纵切面的温度场分布如 PDF模型：⑤辐射传热模型—P1模型. 图4所示.可以看出：预热段炉底料面温度为 (2)物理模型.运用GAMBIT软件，建立转底 900~1000℃；加热段炉膛温度显著升高，炉底料 炉数值模拟物理模型并划分网格，如图3所示： 面温度为1200~1250℃；还原段炉膛继续升高，炉 (3)边界条件.以nc:no=1.0工况为例，按热 底料面温度达到1300~1380℃：冷却段无燃料供 模拟实验结果分配煤气供应及助燃风喷嘴风量，模 给，区段气流扰动较小，温度显著下降.可见，热模 拟转底炉分段供热的温度场和速度场.依据转底炉 拟实验确定的分段热工参数能满足转底炉的分区 治金模型计算结果：转载量为14000kg/炉，需煤气职能.增刊 1 高金涛等: 转底炉分区域供热研究 约 55% ～ 60% 的 FeO 在该段被还原为 MFe． 2. 5 分段热工参数 基于前述分段热模拟实验结果确定出各段的反 应进度，按含碳球团自还原吸热与各段热工参数的 平衡，计算出各段燃料的分配情况，如表 2 所列，可 以看出不同工况下各段煤气的分配比应为: 预热段 8% 左右，加热段 32. 3% ～ 43. 2% ，还原段 48. 5% ～ 60. 1% ． 表 2 分段热工参数 Table 2 Thermal parameters in different sections 反应进度 热工参数 nC ∶ nO = 0. 8 nC ∶ nO = 1. 0 nC ∶ nO = 1. 2 预热段 加热段 还原段 预热段 加热段 还原段 预热段 加热段 还原段 Fe2O3→Fe3O4 分配比/% 83. 31 16. 69 — 83. 86 16. 14 — 100. 00 — — 219. 7 MJ 能量/MJ 183. 05 36. 67 — 184. 26 35. 46 — 219. 72 — — Fe3O4→FeO 分配比/% — 100. 00 — — 100. 00 — 4. 76 95. 24 — 652. 7 MJ 能量/MJ — 652. 71 — — 652. 71 — 31. 07 621. 64 — FeO→Fe 分配比/% — 3. 66 61. 21 — 11. 28 55. 69 — 22. 03 54. 42 2358. 2 MJ 能量/MJ — 86. 31 1443. 44 — 266. 00 1313. 27 — 519. 51 1283. 32 能量/MJ 183. 1 775. 7 1443. 4 184. 3 954. 2 1313. 3 219. 7 1141. 1 1283. 3 煤气分配比/% 7. 6 32. 3 60. 1 7. 5 38. 9 53. 6 8. 3 43. 2 48. 5 3 转底炉热工系统优化 为验证热模拟实验确定的分段热工参数，建立 转底炉分段供热模型． 转底炉设备及工艺参数列于 表 3． 表 3 转底炉设备、工艺参数 Table 3 Equipment and technological parameters of a rotary hearth furnace 设备参数 工艺参数 转底炉中径/m 32 有效面积/m2 600 转底炉宽度/m 6 单位生产率/( kg·m － 2 ·h － 1 ) 70 转底炉高度/m 1. 6 冶炼周期/min 20 助燃风喷嘴中心线距炉底高度/m 0. 655 供热原料 煤气 蓄热烧嘴中心距炉底高度/m 1. 022 供热方式 燃烧供热 平焰烧嘴中心线所在圆弧半径/m 14. 7，17. 4 装料 含碳球团 烟气中心线所在圆弧半径/m 16 装载量/( kg·炉 － 1 ) 14000 3. 1 建模 ( 1) 数学模型． 基本假设条件: 气体为不可压 缩流体; 流动和燃烧为稳态过程; 炉膛内烟气全部经 烟气出口和蓄热式烧嘴排气口排出． 控制方程组包 括: ①连续性方程和动量方程; ②能量方程; ③湍流 模型方程; ④非预混燃烧模型———平衡混合分数/ PDF 模型; ⑤辐射传热模型———P-1 模型． ( 2) 物理模型． 运用 GAMBIT 软件，建立转底 炉数值模拟物理模型并划分网格，如图 3 所示: ( 3) 边界条件． 以 nC ∶ nO = 1. 0 工况为例，按热 模拟实验结果分配煤气供应及助燃风喷嘴风量，模 拟转底炉分段供热的温度场和速度场． 依据转底炉 冶金模型计算结果: 转载量为 14000 kg /炉，需煤气 量为 8611 kg，煤气助燃风量 11309 kg，CO 助燃风量 16930 kg，挥发分助燃风量 5803 kg． 故各入口的速 度边界条件如表 4 所示． 3. 2 分段热工参数验证 使用 Fluent 模拟软件对转底炉各段温度场进 行模拟，其中炉膛沿圆周纵切面的温度场分布如 图 4 所 示． 可 以 看 出: 预热段炉底料面温度为 900 ～ 1000 ℃ ; 加热段炉膛温度显著升高，炉底料 面温度为 1200 ～ 1250 ℃ ; 还原段炉膛继续升高，炉 底料面温度达到 1300 ～ 1380 ℃ ; 冷却段无燃料供 给，区段气流扰动较小，温度显著下降． 可见，热模 拟实验确定的分段热工参数能满足转底炉的分区 职能． ·113·