强化高炉冶炼的气体动力学研究

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1、·6·钢铁技术2008年第5期·炼铁·强化高炉冶炼的气体动力学研究项钟庸(中冶赛迪公司咨询事业部，重庆400013)[摘要]介绍了20世纪后半期在高炉气体动力学方面的研究成果和现象。用这些成果说明高炉强化本质，说明高炉冶炼过程中，各种因素对高炉强化的影响。[关键词]高炉强化冶炼透气阻力原苏联科学院M．A．naBJIOB院士提出的条件。焦炭在风口区燃烧，产生空间；炉料中的碳冶炼强度指标是在总结了2O世纪4O年代以前炼铁被炉料中或煤气中的氧化物氧化，体积缩小。在炉实践经验的基础上提出来的。我国白20世纪5O年料下降过程中，炉料破

2、碎、粒度缩小及小颗粒填充代引进以来，经过半个多世纪的争论，始终未能寻到大块炉料之间，使炉料的体积缩小。矿石通过物得合适的冶炼强度值’，因此提出了冶炼强度能否理化学变化形成的渣、铁不断地从高炉排出，倒出科学地、准确地表征高炉强化的疑问。空间。炉内不断产生出空间是炉料能够连续下降的笔者认为，我们在研究高炉强化问题时，有必前提条件。要从一般的散料层的气流阻力规律出发，讨论分析炉内促使炉料下降的是炉料的重力，而阻碍炉高炉炉内通过的煤气量、透气阻力与限制高炉强化料下降的有三种力：炉墙对炉料的摩擦阻力；下降的气体力学因素。慢的炉料对下降

3、快的炉料、不动的炉料对下降的炉自从2O世纪5O年代开始应用散料体中气体动料的阻力；上升煤气流对下降炉料的浮力。炉料重力学的欧根(Ergun)方程分析高炉炉内的情况以力必须大于上述三种阻力之和，炉料才有能下降。来，高炉气体动力学也有了突飞猛进的发展。高炉高炉内煤气流穿过散料层时会产生压力降，也上部块状带存在着气体一固体两相，特别是在高炉就是阻力损失。煤气通过的通道非常曲折，并且在中、下部，存在着气体一固体一液体三相(近来有高温区有渣、铁液相存在，其阻力损失更为复杂。人将粉末，譬如焦粉、煤粉作为单独的一相来处理，透气性和透液性是

4、炉料的一个最重要的气体则认为高炉内为四相)。虽然在软熔带、滴落带、动力学特征。它表示在一定条件下流体通过炉料的循环带和死料堆中四相间的高温场内化学反应、物能力，一般用单位压差下流经单位体积料层的流体理过程复杂，不清楚的问题还相当多，可是已经取体积流量来表示。炉料透气性的优劣决定允许流体得了许多成果。现借此文向大家作一简单介绍。通过料层的最大流量。气体动力学条件是气相和液相与固相间进行传热传质过程的前提条件。1高炉炉内的煤气流动阻力散料层的透气性和透液性与料层的空隙度是高炉内煤气因强制鼓风而上升，炉料、渣铁靠两个完全不同的概念

5、。空隙度大不等于透气性和透自身重力而下降。在高炉上部，煤气通过焦炭、矿液性好，因为后者还取决于料层的平均直径、形状石的空隙上升，焦炭、矿石依靠重力克服煤气阻力系数和气体的流动性质。下降。在高炉的下部，煤气通过焦炭空隙上升，渣、1．1散料层的煤气流动阻力铁透过焦炭空隙下降。散料层中的煤气流动阻力与散料层的特性、流炉料均匀地下降是高炉顺行、持续生产的重要动气体的特性有关。2008年第5期钢铁技术·7·经常将散料体流体力学参数和试验资料结合，形式表示：导出经验公式，其中欧根Ergun方程内容较全面，其表达式为：AP／H=去(等)(

6、)㈤AP／H：-2口ps(1)式中，为软熔带中的空隙率，，=1一；}p+1．75p、P分别为软熔时与软熔前的矿石层密度。￡3dD币实验所得收缩率与软熔带的阻力系数厶的关按照卡曼Carman的阻损方程导出的表达式为：系为：AP／g=口kuI·(2)厶=3．5+44口“(7)其中，与散料和流体物理性质有关的系数可以口为矿石层软熔实验时的收缩率：写成：H口一1一——：(3)Hpgc式中，从为软熔时与软熔前矿石层的厚度。用卡曼方程计算软熔带阻力损失时方程式的一。[]㈤形式不变，而口和k分别用软熔带的空隙率和系式中，△尸为散料层压力降

7、(N／m。)；为料层厚数代入即可。软熔带的阻力很大，因而煤气流绝大部分从软度(m)；为煤气的粘度：为煤气的空炉流速(m／s)；p为煤气密度(kg／m。)；gc为重力加速度；c熔带之间的焦炭层穿过软熔带，在绕过软熔层时产生了横向流动。由于软熔带的结构和形状及焦炭层为常数；为散料层的空隙率；d为炉料的平均厚度等透气因素不同，使煤气流在软熔层中的分布粒径(m)：为炉料颗粒的形状系数，为颗粒体积发生很大的变化。相等的球体表面积与所求颗粒表面积之比。球体的(2)煤气通过滴落带的流动阻力形状系数为1。滴落带是由焦炭床组成。液态渣铁成滴状

8、在焦式(1)中第一项是摩擦阻力损失，第二项是运炭颗粒之间的空隙中滴落、流动和滞留。由于煤气动阻力损失。高炉内气体以紊流状态运动，摩擦阻和渣铁液滴相向运动，而且共用一个通道。由于渣力损失比运动阻力损失小很多，故可忽略不计。铁的滞留，将占据同一个通道的空隙，因此煤气流当炉料没有显著变化时，d、