转底炉在处理冶金粉尘以及环境保护方面显示出良好的发展势头,具有强大的市场前景。本文从炉膛内煤气的燃烧特性和炉底料层析出特性角度,采用数值模拟手段,探究相关参数和料层的析出特性和吸热特性对炉膛的温度场、浓度场和流场等的影响规律,以期为转底炉的设计及工艺优化奠定理论基础。以某钢厂处理含锌粉尘转底炉为原型,建立了转底炉炉膛内煤气燃烧的数学模型。首先,探究了炉膛相关结构参数和进口气体工艺参数对炉膛内温度场、流场和浓度场的影响规律,通过比较得到了最佳的参数搭配组合。然后,通过实验探究了含碳球团在不同碳氧摩尔比、不同还原剂和不同升温速率下的气体析出特性和失重特性。以实验数据为依据,通过理论计算和数据拟合建立了料层直接还原过程中CO生产速率和吸热速率与炉底角度之间的关系方程。最后,将料层析出的CO和吸收的热量源项的形式加入到Fluent中,探究了整个转底炉内的温度场、流场和浓度场。得到以下主要结论:(1)转底炉内煤气的燃烧模型和辐射模型较为适宜的是非预混燃烧模型和DO辐射模型。炉膛内还原段温度最高,排料段其次,预热段温度最低。沿着炉底旋转方向,炉底的煤气速度逐渐降低而炉膛的压力逐渐升高。(2)炉膛结构参数,如烧嘴高度(h)、烧嘴倾斜角度(a)和挡墙的高度(H)对炉膛的温度场、流场和压力场影响较大。当h=0.6m或a=-16°时,在还原段出现了局部温度过高现象。挡墙可以减轻各段之间温度和压力的相互干扰,且挡墙越低排料段和还原段的炉膛压力越高。通过比较得出,h=0.8m、a=16°和H=0.6m时炉膛内的温度场、流场和压力场比较合理。(3)空气过剩系数(n)、空气预热温度(T)和煤气的流量(Q)对炉膛温度的影响同样较大。比较n=1、1.05、1.1和1.15的计算结果得出,当n=1.05时炉膛温度最高。比较T=300K、573K、673K和773K的计算结果得出,空气的预热温度越高炉膛温度越高,且空气预热温度每增加100K出口烟气的平均温度增加10K左右。同样,煤气流量越高炉膛的温度越高。(4)含碳球团内的布多尔反应的开始温度在810℃左右,碳氧摩尔比对其几乎无影响。对于铁精矿加焦炭含碳球团,C/O=1.2比C/O=1.0最终失重率要高。在C/O=1.0的条件下,升温速率越快的含碳球团最终的失重率越低。在相同条件下,配焦炭比配无烟煤含碳球团的还原效果好。(5)料层产生的CO主要集中在炉底加热段和还原段的外侧。排料段和还原段O2的浓度非常低,这有助于防止被还原金属的二次氧化。由于料层产生的CO和排料段与还原段未燃烧的CO在加热段与过剩的空气充分燃烧,导致还原段高温区域向加热段扩展。