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气基直接还原竖炉炉型研究

气基直接还原竖炉炉型研究

作者：符远翔燕山大学

学位级别：硕士

总结我国钢铁行业的发展现状，可知气基直接还原炼铁工艺是适合我国钢铁行业的发展途径，特别是煤制气——竖炉炼铁工艺的提出，为我国钢铁行业的发展指明了方向。气基直接还原工艺具有生产效率高、产品质量好、环境污染小、不依赖焦煤... 详细信息

总结我国钢铁行业的发展现状，可知气基直接还原炼铁工艺是适合我国钢铁行业的发展途径，特别是煤制气——竖炉炼铁工艺的提出，为我国钢铁行业的发展指明了方向。气基直接还原工艺具有生产效率高、产品质量好、环境污染小、不依赖焦煤资源的诸多优点，但目前我国尚不存在用于工业化生产的气基直接还原工艺。该工艺发展缓慢主要原因是我国天然气资源匮乏，煤制气——竖炉工艺的出现，使我国发展气基竖炉直接还原工艺成为了可能。气基竖炉是铁矿石与还原气发生还原反应的场所，是气基直接还原工艺的核心设备，研究气基竖炉设备对促进气基直接还原工艺的发展有着重要意义。本文通过参考国外的Midrex、HYL等竖炉设备提出了竖炉炉型设计的基本参数，并对各参数进行了分析，找到了影响各参数的因素。通过对各因素的研究，结合设计范例建立了竖炉部分结构参数的表达式，提出了一套竖炉的设计方法。分析表明：球团矿的还原性和还原膨胀性对气基直接还原竖炉的还原段高度和炉身角起着决定性作用，设计中需对两者综合考虑，同时也要兼顾炉料的传输规律。通过直接还原实验研究了模拟条件下球团矿的还原性和还原膨胀性，实验结果表明：球团矿散料层在模拟的实验条件下还原约3小时，平均还原度即可达到97%以上，且还原过程中还原膨胀率先增大后减小。采用颗粒离散元仿真分析软件EDEM分析了还原段颗粒物料的运动规律，仿真结果表明：炉料下降速度从竖炉心部到边缘沿着径向逐渐减小，且卸料机转速和适当的炉身角对炉料下降速度分布规律的影响很小。结合实验数据和仿真结果得出了还原段高度和还原段内型曲线的表达式，研究结果表明：基于特定原始参数和该套设计方法而得到的还原段炉型曲线，从上到下由三段拟合线段组成。在极端简化的条件下，建立冷却段一维气-固换热数学模型，求得冷却段气固温度场的解析解和冷却段高度的表达式;将DRI颗粒散料层看作多孔介质，建立了竖炉冷却段三维物理模型，采用多孔介质的局部非热平衡模型对冷却段气-固换热过程进行数值模拟，利用计算流体动力学软件ANSYS FLUENT进行求解。模拟过程中通过对几何模型的结构优化，得到了炉身角的研究方法。研究结果表明：冷却段需要设置合理的炉身角才能保证心部物料的冷却效果，且当冷却气从边缘进入竖炉时，合理的冷却段气流分布是心部气流速度大于边缘气流速度。

关键词：气基竖炉直接还原还原膨胀还原段内型曲线设计方法

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气基直接还原竖炉还原段参数设计方法

钢铁研究学报 2015年第9期27卷 21-26,32页

作者：白明华符远翔燕山大学国家冷轧板带装备及工艺工程技术研究中心河北秦皇岛066004

分析了气基直接还原竖炉还原段参数的影响因素,找到了各参数的研究方法;在模拟的气基直接还原竖炉还原氛围下进行了铁矿石的直接还原实验,研究了铁矿石的还原性和还原膨胀性;采用颗粒离散元仿真分析软件EDEM对颗粒炉料的传输过程进行仿... 详细信息

分析了气基直接还原竖炉还原段参数的影响因素,找到了各参数的研究方法;在模拟的气基直接还原竖炉还原氛围下进行了铁矿石的直接还原实验,研究了铁矿石的还原性和还原膨胀性;采用颗粒离散元仿真分析软件EDEM对颗粒炉料的传输过程进行仿真分析,研究了炉料的下降运动规律;结合实验数据和仿真结果,确定了竖炉还原段参数的表达式。研究结果表明:铁矿石在模拟条件下的必要还原时间约为3h,且还原膨胀率先增大后减小;竖炉中心炉料的下降速度大于边缘炉料的下降速度,且速度超前比受排料速度的影响较小;从上到下还原段内型曲线由3条拟合线段组成,对应的炉身角分别为:87.162°、88.949°以及90.652°。

关键词：气基竖炉直接还原还原段内型曲线设计方法

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球团矿恒温和升温直接还原膨胀行为试验

钢铁 2015年第6期50卷 35-39,50页

作者：白明华符远翔燕山大学国家冷轧板带装备及工艺工程技术研究中心河北秦皇岛066004

将球团矿分别在900℃恒温和升温试验条件下还原,研究了球团矿的还原膨胀行为;分析了2种温度条件下球团膨胀机理;对比了2种条件下的试验结果,观察分析了还原后球团的外观和微观组织形貌,得到了导致2种温度条件下球团膨胀差异的原因。研... 详细信息

将球团矿分别在900℃恒温和升温试验条件下还原,研究了球团矿的还原膨胀行为;分析了2种温度条件下球团膨胀机理;对比了2种条件下的试验结果,观察分析了还原后球团的外观和微观组织形貌,得到了导致2种温度条件下球团膨胀差异的原因。研究结果表明:恒温还原球团的最大膨胀值为18.3%,升温还原时为8.3%,恒温还原球团的膨胀行为更加明显;裂纹和气孔的形成以及金属铁的析出形态差异是造成膨胀差异的主要原因。由此得出,为了得到与实际生产相近的还原膨胀行为,球团矿应该在升温条件或模拟的生产条件下进行还原试验。

关键词：直接还原球团矿升温条件恒温条件还原膨胀率

石墨烯片协同氧化铝导热硅脂的制备及其导热性能研究

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工程热物理学报 2015年第10期36卷 2231-2234页

作者：符远翔周君贤莫冬传吕树申中山大学化学与化工学院广州510275

以石墨烯片和氧化铝(Al_2O_3)粉为导热填料填充到甲基硅油中制备了三种导热硅脂,采用3-ω法测定了所有样品的热导率,结果表明Al_2O_3复合石墨烯片硅脂的热导率达到1.32 W·m^(-1)·K^(-1),明显高于单纯添加石墨烯片和Al_2O_3的导热硅脂... 详细信息

以石墨烯片和氧化铝(Al_2O_3)粉为导热填料填充到甲基硅油中制备了三种导热硅脂,采用3-ω法测定了所有样品的热导率,结果表明Al_2O_3复合石墨烯片硅脂的热导率达到1.32 W·m^(-1)·K^(-1),明显高于单纯添加石墨烯片和Al_2O_3的导热硅脂的热导率。将这三种导热硅脂装配到电脑中央处理器(CPU)系统中,测试样品的散热性能,发现Al_2O_3复合石墨烯片的导热硅脂具有更好的散热性。实验中选用扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)测试了材料的形貌。

关键词：导热硅脂氧化铝石墨烯片协同作用散热性能

基于多尺度模型的锂离子电池电极微结构优化设计

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中国科学：技术科学 2024年第1期54卷 65-77页

作者：刘彦瑾罗玖代耀符远翔衡益中山大学计算机学院广州510006 国家超级计算广州中心广州510006 广东省计算科学重点实验室广州510006 中山大学材料学院深圳518107 贵州理工学院化学工程学院贵州省高等学校能源化学特色重点实验室贵阳550003

锂离子电池(lithium ion batteries,LIBs)具有高比容量和良好的循环稳定性等优点,广泛应用于动力电池和储能领域.然而正极材料理论比容量不高,传统的制备过程会带来电极电化学性能不均匀等问题,制约了LIBs的进一步发展.电极多孔结构优... 详细信息

锂离子电池(lithium ion batteries,LIBs)具有高比容量和良好的循环稳定性等优点,广泛应用于动力电池和储能领域.然而正极材料理论比容量不高,传统的制备过程会带来电极电化学性能不均匀等问题,制约了LIBs的进一步发展.电极多孔结构优化设计是突破此瓶颈的一种有效方法.本文将以磷酸铁锂(LiFePO4,LFP)为正极电极,锂金属为负极的LIBs作为研究对象,建立了基于粒子Packing的活性材料球形颗粒填充模型和基于三周期极小曲面(triply periodic minimal surface,TPMS)的电极微结构三维模型;研究了电极的比表面积等特征参数对不同类型多孔结构的影响以确定代表性体积单元;建立了LFP正极的LIBs放电过程多尺度数学模型,并对恒电流密度放电过程进行数值模拟.研究表明:粒径为3200 nm的球形颗粒填充电极以5C放电倍率放电时容量减小量为47%,以1C放电倍率放电时电极表面浓度差异为66%;而4种新型TPMS电极以5C放电倍率放电时容量减小量均在1%以内,以1C放电倍率放电时电极表面浓度差异也均在1%以内,极大提升了电池的性能,且Gyroid型结构表现最优.本文对后期LIBs的优化设计具有指导意义,并提供数据和理论基础支持.

关键词：锂离子电池多尺度数学建模遗传算法三周期极小曲面数值模拟

梯度结构多孔表面强化沸腾及其在相变器件中的应用

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科学通报 2020年第17期65卷 1638-1652页

作者：莫冬传罗佳利汪亚桥衡益符远翔吕树申中山大学材料学院广州510275 广东省先进热控材料及系统集成工程技术研究中心广州510275 中山大学数据科学与计算机学院广州510006

表面微/纳加工是强化沸腾传热的重要方法和研究热点.很多基于表面微/纳加工技术的梯度结构多孔表面也展现出了良好的强化沸腾能力,但不同的梯度结构多孔表面对沸腾传热的影响目前尚缺少系统性的研究.本文从几何尺寸梯度和润湿性梯度两... 详细信息

表面微/纳加工是强化沸腾传热的重要方法和研究热点.很多基于表面微/纳加工技术的梯度结构多孔表面也展现出了良好的强化沸腾能力,但不同的梯度结构多孔表面对沸腾传热的影响目前尚缺少系统性的研究.本文从几何尺寸梯度和润湿性梯度两个方面回顾了梯度结构多孔表面的沸腾强化进展以及对应的相变器件研究.几何尺寸梯度结构表面可分为单层几何梯度结构多孔表面、多层几何梯度结构多孔表面、覆盖微/纳米层的梯度结构多孔表面以及径向梯度孔径多孔表面.除几何尺寸上的梯度结构对强化沸腾有明显效果,润湿性梯度的改变也被证明可以大大提高沸腾换热效果.由于梯度结构多孔表面优异的沸腾传热性能,其在相变器件(如环路热管、平板热管等)方面得到了广泛应用,并有效提升了器件的传热性能.本文总结了部分梯度结构多孔表面在强化沸腾传热及提高相变器件性能方面的共同点,为后续的进一步研究奠定了基础.但是梯度结构多孔表面还有进一步优化的空间,对梯度结构多孔表面的进一步研究将有助于得到更高效的沸腾换热表面和相变传热器件.

关键词：梯度结构多孔表面多尺度润湿性梯度强化沸腾相变器件热管

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基于遗传算法DRI竖炉内流场的影响因素

钢铁 2014年第1期49卷 22-27页

作者：葛俊礼白明华朴英敏王健符远翔徐宽燕山大学国家冷轧板带装备及工艺工程技术研究中心河北秦皇岛066004

气基直接还原铁(DRI)竖炉内的气流分布对DRI生产过程有着重要影响。利用分析软件ANSYS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。模拟分析中将球团矿简化为多孔介质,通过试验测得的惯性阻力系数和黏性阻力系数作为模... 详细信息

气基直接还原铁(DRI)竖炉内的气流分布对DRI生产过程有着重要影响。利用分析软件ANSYS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。模拟分析中将球团矿简化为多孔介质,通过试验测得的惯性阻力系数和黏性阻力系数作为模拟过程的一个基础输入参数。将计算结果通过神经网络找到相互的映射关系,得到气基竖炉部分工艺参数与炉内压强、过渡段串流情况的关系。通过遗传算法优化,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,并得出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。

关键词：气基直接还原竖炉气流分布多孔介质遗传算法数值模拟

石墨烯导热高分子复合材料的制备、性能与机理

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化工学报 2017年第S1期68卷 18-25页

作者：马良陈楷炫莫冬传符远翔吕树申中山大学化学工程与技术学院广东广州510275

石墨烯是一种具有超大的比表面积、良好的热和化学稳定性、超高的热导率以及易于化学修饰的蜂窝状单层碳材料,已作为填料广泛应用于导热高分子复合材料领域。近年来石墨烯导热高分子材料的研究重点是改善石墨烯在聚合物基体中的界面相... 详细信息

石墨烯是一种具有超大的比表面积、良好的热和化学稳定性、超高的热导率以及易于化学修饰的蜂窝状单层碳材料,已作为填料广泛应用于导热高分子复合材料领域。近年来石墨烯导热高分子材料的研究重点是改善石墨烯在聚合物基体中的界面相容性和分散性能。阐述了近年来石墨烯导热高分子复合材料的制备方法及其热性能,并重点对石墨烯导热高分子复合材料的导热机理进行综述,同时结合研究现状对石墨烯导热高分子复合材料的研究方向进行展望。

关键词：石墨烯热传导分散性纳米材料复合材料

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石墨烯/纳米银抗菌剂在聚丙烯中的应用

高分子材料科学与工程 2020年第11期36卷 134-138页

作者：邵磊山李静静陈仕兵钟向宏符远翔吕树申中山大学化学工程与技术学院广东珠海519082 中国石油化工股份有限公司茂名分公司研究院广东茂名525000

以石墨烯为载体,采用化学还原法在石墨烯表面负载纳米银颗粒,制备了石墨烯/纳米银抗菌剂。将石墨烯/纳米银抗菌剂先与少量聚丙烯粉料在水溶液中共混得到石墨烯/纳米银抗菌剂母料,然后与实验设计量的聚丙烯粉料熔融共混,获得抗菌聚丙烯... 详细信息

以石墨烯为载体,采用化学还原法在石墨烯表面负载纳米银颗粒,制备了石墨烯/纳米银抗菌剂。将石墨烯/纳米银抗菌剂先与少量聚丙烯粉料在水溶液中共混得到石墨烯/纳米银抗菌剂母料,然后与实验设计量的聚丙烯粉料熔融共混,获得抗菌聚丙烯复合材料。研究了石墨烯/纳米银抗菌剂的添加量对抗菌塑料的抗菌性能、力学性能和变色性的影响。结果表明,在石墨烯/纳米银抗菌剂0.01%的添加量时,抗菌聚丙烯复合材料对金黄色葡萄糖球菌和大肠杆菌的抗菌率均超过95%;当添加量提升到0.03%时,抗菌聚丙烯对金黄色葡萄糖球菌和大肠杆菌的抗菌率达到了99%以上,实现了抗菌剂低添加量材料的高效抗菌性能;同时,在上述的添加量时,石墨烯/纳米银抗菌剂不影响基体的力学性能,样品的拉伸强度、弯曲模量和简支梁缺口冲击强度分别维持在(36.2±0.2) MPa,(1508±15) MPa,(1.79±0.10) kJ/m^2。

关键词：抗菌性能石墨烯/纳米银聚丙烯复合材料