PDF《高炉炉缸死焦堆水模试验及分析》

第37卷第2期2015年4月山东冶金Shandong Metallurgy Vol.

37 No.2 April

2015 ??????????? ??? ??????????? ??? 试验研究 试验研究 高炉炉缸死焦堆水模试验及分析 罗霞光(山钢股份莱芜分公司 技术中心, 山东 莱芜 271105) 摘要: 模拟高炉炉缸死焦堆情况, 设计模型参数进行水模试验, 研究死焦堆改变对炉缸流场的影响.结果表明: 死焦堆体 积减小, 壁面处的环流将会减弱, 对降低炉缸壁面的冲刷侵蚀十分有利;

增加死焦堆孔隙度, 即保持较好的焦炭热强度有利 于降低炉缸环流, 延长炉缸寿命;

炉底无焦空间层高度高增加, 即死焦堆浮起高度增加, 利于减少壁面流速, 延长炉缸寿命. 关键词: 高炉;

炉缸;

死焦堆;

水模试验;

炉缸流场 中 中图分类号 号: TF512 文献标识码: A 文章编号: 1004-4620 (2015) 02-0022-03 收稿日期: 2014-12-19 作者简介: 罗霞光, 男, 1983年生, 2005年毕业于武汉科技大学冶金 工程专业.现为莱钢技术中心工程师, 从事高炉长寿、 高炉系统高 效节能运行、 非高炉炼铁工艺研发等工作.

1 前言近年来莱钢部分高炉异常侵蚀严重, 导致高炉 寿命缩短, 造成较大的经济损失.综合莱钢 3# ~6# 高炉炉缸炉底破损调查, 发现在二段冷却壁部位炭 砖侵蚀严重, 形成较为典型的象脚状侵蚀.为找到 其破损机理, 特对炉缸死焦堆进行了水模试验, 研 究死焦堆对渣铁流动的影响.本研究采用水模型 的方法来分析不同情况下、 瞬态排放过程中渣铁的 流动方式, 为减少渣铁流动对高炉内衬侵蚀和高炉 炉型设计提供理论依据.

2 试验装置设计 以莱钢

1 座高炉为研究对象, 根据相似原理建 立炉缸炉底铁水流动模拟试验装置, 然后在不同条 件下进行排放过程炉缸内的铁水流速测定试验, 研 究死铁层深度、 铁口直径、 死焦堆孔隙度、 死焦堆位 置等参数对铁水流动的影响. 2.1 试验原理 高炉炉缸炉底内流体流动较为复杂, 铁水受到 重力、 惯性力及黏性力的作用, 本试验采用佛罗德 准数 (Fr) 相似来组织试验[1-3] .首先确定尺寸因子λ (λ=lm/lr ) , 要求雷诺数 Re>

[1*104 ,

105 ] , 即Re 处于 第二自模化区, 这时流动湍流程度不受Re影响: . 其中: m代表模型;

r代表原型;

l为原型特征长度, m;

v 为原型中液体流动的特征速度, m/s;

λ为比例因 子;

ρ为铁水密度, kg/m3 ;

Q 为铁水质量流量, kg/s;

μ 为铁水黏度, Pa ・ s. 通过以上相似准数的建立, 确定模型参数, 模 型尺寸如表1所示.图1是测速试验装置示意图. 表1 实际高炉和试验模型尺寸 项目1880 m3 高炉 模型 炉缸内径/m 10.200 0.515 焦炭颗粒直径/mm

20 6, 10, 25,

38 孔隙度 0.400 0.387 铁口直径/mm 50~55 5, 8, 10,

15 入口 阀门

550 炉缸 出口 阀门 电导率仪 分配器

440 压力调节器 示踪剂 喷入器 无焦空间 图1 测速试验装置 2.2 试验方法 测速采用三维多普勒测速仪 (即LDV) .三维 多普勒测速仪主要包括激光器、 光分离系统、 五光 束光纤探头、 光电接收器 (PDM1000) 、 信号处理器 (FSA3500) 、 三维坐标架和主控计算机.由于激光 测速仪的测量深度要求和圆柱容器的原因, 测流速 的面主要在炉缸壁面和死焦堆之间平行于炉缸壁 面的竖直面.为了研究炉缸壁面与死焦堆间的无 焦空间对渣铁流动的影响, 本试验制作了两种大小 的死焦堆, 直径分别为510 mm和350 mm.当死焦堆 直径为510 mm时, 测速位置在距壁面5 mm处;