高炉炉缸“自保护”凝壳生长/消蚀动力学基础研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51604068
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    20.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0410.冶金物理化学与冶金原理
  • 结题年份:
    2019
  • 批准年份:
    2016
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2017-01-01 至2019-12-31

项目摘要

The bottleneck zone determining the campaign life of a blast furnace is moving to its hearth in the current situation of high operation intensity and low-quality raw materials and fuels. The consumption and erosion of hearth linings are inevitable during production process. In order to guarantee long-term safety, it is of essential importance to create a non-overheated hearth system and to generate a stable layer of skull existing between the molten melts and lining materials. In the present time, however, it is still lacking in fundamental research particularly pertinent to the protective skull in blast furnace hearth. Therefore, the current project is focused on the main scientific issues related to rate process of hearth skull phenomena utilizing the theories of metallurgical physicochemistry, metallurgical transport principles, metallurgical macro kinetics and solidification of high-temperature alloy melts. In the project, a series of in-depth theoretical and experimental studies are carried out, aimed to determine quantitative correlations of convective heat and mass transfer coefficients concerning with a boundary layer of high temperature and physical properties variations, as well as the qualitative temperature. Efforts are also put into revealing underlying mechanisms for the evolutions of skull physical properties, which are then quantitatively characterized. After that, a comprehensive macro kinetic model is established. The building and melting processes of blast furnace hearth skull are simulated and analyzed by utilizing the macro kinetic model and the corresponding controlling steps are estimated, serving as a basis for exploring technical measures to timely adjust the state of hearth skull. Therefore, the results of this project could provide preliminary scientific guidance for multi-physics co-protection of blast furnace and extension of its campaign life.
在高冶炼强度和低原燃料品质的当下,限制高炉寿命的瓶颈部位正转向炉缸。高炉炉缸内衬在生产过程中的耗损不可避免,所以创造无过热炉缸体系,形成稳定热面凝壳,是隔绝高温熔体与衬材,保障炉缸长期安全的根本途径。然而,目前具体以炉缸凝壳为题的基础性研究仍不多见。有鉴于此,本项目以冶金物理化学、冶金传输原理、冶金宏观动力学及高温合金凝固等理论为基础,围绕高炉炉缸凝壳现象速率过程所涉及的主要科学问题进行深入系统的理论和实验研究,旨在确定大温差变物性边界层对流传热/传质系数的定量关系式及合理的定性温度、揭示炉缸凝壳物性参数变化规律并对各物性参数进行定量表征,最终建立相应的凝壳生长/消蚀过程宏观动力学模型。同时,应用上述模型,对高炉炉缸凝壳生长/消蚀过程进行综合模拟解析,进而确定相应条件下的限制性环节,探讨及时调控高炉炉缸凝壳状态的技术手段。项目成果可为实现多物理场协同护炉和延长高炉寿命提供先期科学指导。

结项摘要

受高冶炼强度和低原燃料品质的影响,限制炼铁高炉寿命的瓶颈部位正转向炉缸。由于高炉炉缸内衬在生产过程中的耗损不可避免,所以采用较高导热系数衬材,配备高效冷却设备,以炉缸内熔融铁水为原料,在衬材热面形成“自保护”的凝壳,是隔绝内衬与高温渣铁接触,从而保障炉缸长期安全的根本途径。然而,目前具体以炉缸凝壳为研究对象的基础性工作仍不多见,导致对凝壳现象本质的认识尚待深入。本项目针对高炉炉缸铁口以下侵蚀严重区域的铁水-炭砖体系,开展了关于铁基凝壳的系统研究,在其基础上探索了合理调控炉缸凝壳状态,进而延长高炉寿命的技术方法。项目成果可为实现多物理场协同护炉和延长高炉寿命提供先期科学指导,具有显著现实意义和参考价值。本项目主要研究进展和结果为:(1)结合高温实验结果、经验公式和热力学软件,建立了可用于计算高炉炉缸近热面处流体碳含量,进而预测其密度、黏度、导热系数以及碳元素扩散系数的通用模型。模型研究结果表明高炉炉缸近热面处流体的主要物性参数与温度的线性关系良好,故可将边界层内平均温度作为定性温度使用;(2)基于边界层理论、冯卡门积分方法以及雷诺类似律,推导了可用于表征高炉炉缸凝壳生长/消蚀传热过程Nu、Re和Pr数以及传质过程Sh、Re和Sc数的定量关系式;(3)设计并搭建了可进行高炉炉缸凝壳生长/消蚀过程动力学的高温实验设备,验证了实际生产中炭砖与冷却壁间气隙对凝壳行为的决定性影响。对凝壳微观形貌进行了相关研究,发现炉缸凝壳内析出石墨的结构特征自凝壳冷面至热面有很大差别;(4)耦合流动、传热和传质,建立了高炉炉缸凝壳生长/消蚀过程动力学模型,考察了陶瓷杯壁厚度对炉缸热面凝壳生成过程的影响,研究结果可用于指导炉缸衬材的选择;(5)结合数值传热学、有限元法及遗传算法,开发了能够预测高炉炉缸内衬轮廓的仿真系统,不仅可用于预测不同类型的残衬和凝壳双轮廓内型,还能计算特定内型对应的炉缸容积及炉底和炉壁热损失。

项目成果

期刊论文数量(9)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(2)
Microstructural characterization and gas-solid reduction kinetics of iron ore fines at high temperature
铁矿粉高温微观结构表征及气固还原动力学
  • DOI:
    10.1016/j.powtec.2019.06.048
  • 发表时间:
    2019-10
  • 期刊:
    Powder Technology
  • 影响因子:
    5.2
  • 作者:
    Yingxia Qu;Liyong Xing;Lei Shao;Yongjin Luo;Zongshu Zou
  • 通讯作者:
    Zongshu Zou
Gas–Solid Reduction Behavior of In-flight Fine Hematite Ore Particles by Hydrogen
氢气对飞行中细赤铁矿矿石颗粒的气固还原行为
  • DOI:
    10.1002/srin.201800311
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Steel Research International
  • 影响因子:
    2.2
  • 作者:
    Li-Yong Xing;Zong-Shu Zou;Ying-Xia Qu;Lei Shao
  • 通讯作者:
    Lei Shao
A theoretical model for assessing the influence of N2 on gaseous reduction of iron ores with CO or H2
评估 N2 对 CO 或 H2 气态还原铁矿石影响的理论模型
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    ISIJ International
  • 影响因子:
    1.8
  • 作者:
    Lei Shao;Ko-ichiro Ohno;Yingxia Qu;Zongshu Zou
  • 通讯作者:
    Zongshu Zou
An Experimental Technique for Investigating the Skulling Behavior in the Blast Furnace Hearth
研究高炉炉膛结壳行为的实验技术
  • DOI:
    10.1002/srin.201800297
  • 发表时间:
    2018-08
  • 期刊:
    Steel Research International
  • 影响因子:
    2.2
  • 作者:
    Lei Shao;Pekka Taskinen;Ari Jokilaakso;Henrik Saxen;Yingxia Qu;Zongshu Zou
  • 通讯作者:
    Zongshu Zou
Numerical Simulation on Influence of Coke Oven Gas Injection on Iron Ore Sintering
焦炉喷煤对铁矿石烧结影响的数值模拟
  • DOI:
    10.2355/isijinternational.isijint-2019-486
  • 发表时间:
    2020-01-01
  • 期刊:
    ISIJ INTERNATIONAL
  • 影响因子:
    1.8
  • 作者:
    Ni, Wenjie;Li, Haifeng;Zou, Zongshu
  • 通讯作者:
    Zou, Zongshu

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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