爐料的潛體阻力對高爐布料的影響

1、爐料的潛體阻力對高爐布料的影響任廷志趙靜一喬長鎖趙海英鄭明會(燕山大學(xué))(北滿特鋼集團(tuán)公司)摘要隨高爐大型化及無鐘爐頂?shù)钠占?，爐料下落的高度加大，爐料在下落過程中所受的潛體阻力與重力較接近，對布料產(chǎn)生明顯的影響。本文分析了爐料潛體阻力對高爐布料產(chǎn)生的影響。關(guān)鍵詞無鐘高爐布料潛體阻力EFFECT OF BURDEN RESISTANCE ON BF CHARGINGREN TingzhiZHAO JingyiQIAO ChangsuoZHAO Haiying(Yanshan University)ZHENG Minghui(Beiman Special Steel Co.,Ltd.)ABSTRA

2、CTWith adoption of large and bell-less BF,the descending distance of burden in furnace is increased.The burden resistance during descending becomes similar to gravitation force effecting the charging obviously.The effect of burden resistance on charging is in detail analyzed in this paper for BF ope

3、ration guidance.KEY WORDSbell-less blast furnace,charging,resistance50年代以來，我國高爐工作者以上部調(diào)劑作為控制高爐行程和改善能量利用的重要手段，而爐頂布料是上部調(diào)劑的核心部分。隨著高爐大型化及無鐘爐頂?shù)钠占?，影響高爐布料的因素很多。其中，爐料的下落高度和下落速度增大了，由爐料自身下落速度產(chǎn)生的潛體阻力不可忽略，特別是小粒度的爐料所受的潛體阻力已與爐料所受重力接近，對爐料落到料面的位置和粒度偏析產(chǎn)生一定的影響。本文就爐料潛體阻力對高爐布料產(chǎn)生的影響進(jìn)行分析。1爐料在煤氣中的潛體阻力料流是由一個單元離散體組成的。每一塊料所受的

4、潛體阻力的大小不僅與爐喉內(nèi)煤氣速度有關(guān)，也與塊料自身速度有關(guān)。每塊料的潛體阻力F的計(jì)算方法由文獻(xiàn)1給出FCDA(v+vA)2(1)式中CD阻力因數(shù)，一般取CD0.6；A每塊料最大橫斷面積/m2；爐喉內(nèi)煤氣密度/kg*m-3；v每塊料自身下落速度/m*s-1；vA爐喉內(nèi)煤氣速度/m*s-1。為了方便計(jì)算，令C(1)/(2)CDA則式(1)變?yōu)镕C(v+vA)2。2爐料的運(yùn)動爐料在爐喉內(nèi)的運(yùn)動分為三部分：爐料從節(jié)流閥(閘閥)流出到溜槽的運(yùn)動；爐料在溜槽上的運(yùn)動；從溜槽末端到爐喉料面的空區(qū)的運(yùn)動。爐料從閘閥到溜槽的運(yùn)動爐料從節(jié)流閥流出，經(jīng)過叉型管(或閥箱下半部)、波紋管和中心喉管等，最后落到溜槽上。

5、在此運(yùn)動過程中，爐料受重力(mg)和潛體阻力F(此時(shí)示vA0，則Cv2)，見圖1(a)，有下面的微分方程對方程(2)變形積分式(3)中，v00是爐料從節(jié)流閥流出時(shí)的平均速度，由下式確定式中爐料的流動因數(shù)，一般0.350.8；Ra節(jié)流閥的水力半徑/m；節(jié)流閥開口中心線與水平面夾角，并罐爐頂50，串罐爐頂90。解式(3)得式(4)是爐料下落速度與下落高度的關(guān)系式。將HH0+b/sin代入上式即是爐料從閥口流出到溜槽之前速度v0。爐料運(yùn)動方向變化時(shí)速度的變化圖 1爐料運(yùn)動過程圖Fig.1The graph of furnace burden moving料流運(yùn)動方向的改變，伴隨著一種對約束物的沖擊現(xiàn)

6、象。對于爐料流中每一質(zhì)點(diǎn)，碰撞是多次的，方向也各不相同，但都會因外摩擦沖量或內(nèi)摩擦沖量而減小其運(yùn)行速度。通過實(shí)驗(yàn)可測得特定條件下的速度折算因數(shù)21(一般焦炭10.70，燒結(jié)礦10.71)。如：爐料落到溜槽之前的速度為v0，落到溜槽上后v01v0。爐料在溜槽上的運(yùn)動見圖1(a)，爐料在溜槽上受到重力(mg)、慣性離心力(422mlsin)、溜槽對爐料的反作用力(Rmgsin-422mlsincos)、溜槽對爐料的摩擦力(R)和爐料的潛體阻力F(此時(shí)vA0，則FCv2)等力的作用。有下面的微分方程令：X422sin(sin+cos) Yg(cos-sin)因此，式(5)變?yōu)橐驗(yàn)樗裕?6)變?yōu)榻?/p>

7、微分方程(7)得式(8)是爐料在溜槽上的運(yùn)動速度方程。將l=L0-b/tan代入式(8)，即得爐料在溜槽末端的速度(沿溜槽中心線方向)v2。爐料在溜槽末端沿溜槽旋轉(zhuǎn)圓周切向速度(9)爐料在空區(qū)中的運(yùn)動爐料在空區(qū)中的運(yùn)動如圖1(b)，將v2分解為v3和v4。在v3方向受重力(mg)和潛體阻力F(FC(v+vA)2)作用。在v4和v1方向上只受爐料自身分速度產(chǎn)生的潛體阻力F(FCv2)作用。求布料半徑的方法是：先由h求出爐料從溜槽末端到料面所需時(shí)間，再由關(guān)系式得出v1方向的位移S1和v4方向的位移S4，最后由幾何關(guān)系求出布料半徑r。爐料在空區(qū)的下落時(shí)間t在v1方向，由力學(xué)關(guān)系知由于不知道豎直方向末

8、速度v31，不能直接積出t1，所以要先求出v31。因?yàn)関=(dh)/(dt)，所以式(10)變?yōu)閮蛇叿e分得式中h=h0-bsin-L0cos式(11)雖不能直接表達(dá)出v31，但可以用數(shù)值解法積出v31。由式(10)積分得v1和v4方向上的位移在v1方向： 先積出v1方向的末速度v11，對式(13)積分由式(14)得將式(16)代入式(13)得式(17)積分得 (18)同理求出(19)爐料下落末速度v51其中布料半徑r由幾何關(guān)系得 r2(Lsin)2+S2-2SLsincos(-)(24)或r2S21+(S4+Lsin)2(25)3計(jì)算實(shí)例利用式(1)(25)可定量計(jì)算出潛體阻力F對高爐布料影響

9、數(shù)值及溜槽傾角值。計(jì)算參數(shù)：爐頂壓力0.25 MPa，L02.8 m，b=0.81 m，0.63，90，H03.0 m，焦炭0.4，燒結(jié)礦0.75，Ra=0.1145，0.133 r/s，CD0.6，1.6 kg/m3，燒結(jié)礦平均粒度0.018 m，燒結(jié)礦密度2100 kg/m3，焦炭的密度525 kg/m3。計(jì)算結(jié)果如表1，表2和圖2。4結(jié)果分析(1) 在研究煤氣對爐料作用的阻力時(shí)，不僅考慮煤氣自身的流速vA(vA0.72.7 m/s)，尤其是爐料自身的下落速度v(爐料在溜槽上及空區(qū)中下落速度v達(dá)10 m/s左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于煤氣的流速)。煤氣對爐料作用的阻力與(v+vA)的平方成正比關(guān)系。表

10、1計(jì)算與實(shí)際應(yīng)用的溜槽傾角比較值()Table 1Comparison of caculation and practice use()傾角編號12345678910首鋼2號高爐5045372821日本千葉2號高爐494735按本文公式計(jì)算結(jié)果表 2不同爐料粒度的Fmax/mg及r值Table 2Fmax and r value of different burden particle size布料角/()計(jì)算項(xiàng)爐料粒度直徑/mm3020151052149r0/mF1/m1g0.116 5 0.175 6111F2/m2g0.460 00.692 00.933 0111r1/mr2/m40r0

11、/mF1/m1g0.126 50.180 61111F2/m2g0.462 00.711 0111r1/mr2/m30r0/mF1/m1g0.137 11111F2/m2g111r1/mr2/m注：r0是不考慮爐料潛體阻力時(shí)的布料半徑；F1/m1g是指燒結(jié)礦的最大潛體阻力與重力之比值；F2/m2g是指焦炭的最大潛體阻力與重力之比值；r1是燒結(jié)礦的布料半徑；r2是焦炭的布料半徑。圖 2布料角49時(shí)，F(xiàn)max/mg與料徑的關(guān)系曲線The relation bteween Fmax/mg and burden diameter with 49 angle of charging單獨(dú)考慮煤氣自身的速度

12、vA時(shí)，煤氣阻力對爐料的作用非常小，可忽略不計(jì)?？紤]爐料相對煤氣速度(v+vA)產(chǎn)生的所謂爐料潛體阻力很大，對高爐布料產(chǎn)生十分明顯的影響。公式(1)給出了爐料相對煤氣速度(v+vA)產(chǎn)生的潛體阻力對爐料的作用，從而影響到爐料分布。由表2知道，在一般冶煉條件下，爐料潛體阻力相當(dāng)于直徑10 mm粒度的燒結(jié)礦重力的50 %，相當(dāng)于直徑10 mm焦炭的重力。(2) 爐料在煤氣中的潛體阻力對不同粒度爐料的作用是不同的，粒度越大，作用力越大。雖然潛體阻力作用在大粒度爐料上的絕對值較大，但是爐料潛體阻力Fmax與爐料重力mg的比值Fmax/mg因粒度縮小而迅速升高。這種差別導(dǎo)致爐料在空區(qū)的分級作用(即爐料偏析)，見表2，等高度布料最外環(huán)布料寬度達(dá)11.5 m左右，小粒度爐料偏向高爐中心，加重了中心的負(fù)荷。(3) 爐料在下降過程中運(yùn)動規(guī)律與粒度有關(guān)，見圖2。對于燒結(jié)礦，直徑大于5 mm(焦炭大于13 mm)左右的爐料Fmax/mg0，一直加速下降，小于5 mm(焦炭小于13 mm)大于0.3 mm(焦炭大于1 mm)的爐料Fmax/mg1，在下落過程中一開始加速，當(dāng)潛體阻力與重力接近時(shí)勻速下