影响炉缸排放因素研究.docVIP

影响炉缸排放因素的研究 张岚1，程树森1，郭喜斌2 (1北京科技大学冶金与生态工程学院，北京，100083； 2宣化钢铁集团有限责任公司，河北宣化，075100) 摘要：在高炉生产中，渣铁排放影响高炉稳定顺行，研究渣铁排放具有重要的现实意义。本文通过建立渣铁排放二维数学模型，计算了渣延迟时间和渣铁排放过程中渣铁液面高度的变化，并探究了铁口长度、铁口直径、炉缸直径、死料柱孔隙度、冶炼强度及渣比等因素对渣铁排放的影响。结果表明：在渣铁排放时期，出铁口的直径增大，渣延迟的时间将变短，出铁周期也同时变短；铁口长度越长，渣延迟时间越长，同时出铁周期时间越长；死料柱孔隙度越大，初始铁水高度升高，渣滞留量减少。 关键词：高炉炉缸；出铁过程；渣铁排放：渣延迟时间；渣滞留量。 1前言 对于当今钢铁产业来说，减少能耗是高炉炼铁的主要发展方向，而精确控制渣铁排放是减少能耗的一个重要影响因素[1]。并且在全世界的范围内，高炉座数逐渐减少，高炉容积在迅速增大，生铁产量不断增加[2~4]，该发展形势对渣铁排放的精确控制有了进一步的要求。高炉是一个密闭的黑匣子，不能直接观察到里面的情况，而且很多重要的冶炼数据不能直接观测到[5]。炼铁工作者可以通过研究渣铁排放了解炉缸内部的工作状态，从而能够对高炉进行有效操作，因此，准确地理解和控制渣铁排放对实现高炉稳定顺行至关重要。 在高炉正常生产过程中，熔融渣铁在炉缸不断地积累。渣铁的过度积累会导致高炉压差增加或炉料的不均匀下降等问题，而渣铁的积累较少则易导致出铁量不足，影响高炉正常的生产秩序。一般来说，即使在出铁结束阶段，炉缸中的渣铁也保持着可观的量[5]。在高炉操作中，渣铁排放是影响生铁产量和炉料下降的重要因素，也影响高炉的稳定顺行。 本文根据宣钢1800m3和2000m3两座高炉的生产数据，计算了渣延迟时间以及不同时刻炉缸中渣铁液面高度。并且研究了铁口直径、铁口长度及料柱孔隙度对渣铁排放的影响。 2数学模型 在炉役期间，高炉死铁层中一直存在着铁水，也就是说，渣铁不能完全排尽。控制渣铁排放的目的是为了让高炉中的渣滞留量尽可能少。 用炮泥将铁口堵住至少20—30分钟，在此期间，炉缸中渣铁不断地积累。炉缸中两种液体分层，密度较大的铁液在底部，密度较小的渣层则漂浮在铁液的上方。渣铁交界面与铁口中心线之间的距离，称为铁液的高度，在刚开始出铁时，铁水液面高度逐渐下降，炉缸中的渣量仍然保持增加。当铁液的高度下降到出铁口时，渣与铁同时排放，由于炉渣不断侵蚀铁口，使得铁口直径变大，渣铁流量增加。当渣气交界面到达出铁口时，气体开始喷出，用炮泥堵住铁口，出铁结束。 用数值计算模拟炉缸中渣铁液面的高度能够更好地了解高炉中影响渣铁高度的因素，即能得到影响渣铁排放的因素。 如图1所示，上方是气体，中间是渣，底部是铁，表示在气体开始喷出时，渣铁混合流出，此时堵塞铁口。由于高炉中渣的粘度较大，故当铁口附近的渣液面到达铁口处，即气体开始从铁口喷出时，铁口对面的渣液面仍然高于铁口高度。本文所做的计算是渣铁液面的平均高度，故当循环开始和结束时，渣液面的高度为0．4m。 计算的假设如下所示： (1) 渣和铁的生产率恒定； (2) 炉缸操作处于一个准稳态，也就是说，出铁循环结束时炉缸中渣和铁的数量与初始数量相等； (3) 在排放期间，铁口长度和铁口直径恒定； (4) 炉缸中焦炭均匀地充满炉缸，即孔隙度恒定； 在炉缸中，死料柱处于一个静态。液面高度与体积、面积、孔隙度的关系如等式(1)所示： 其中dz和dV分别代表液体体积和高度的改变，A为炉缸的横截面面积，ε代表死料柱的孔隙度。由此可根据日产铁量和渣比计算出，堵铁口时间内渣铁液面高度的变化。 假设铁口是一个管道，D为直径，L为铁口长度，e为铁口的表面粗糙度，f为摩擦因素，得到有关摩擦因素的等式[6]： 由于f只是沿程阻力损失，故应对f乘以一个系数，即： F=n·f…………………………(3) 高炉不同则系数n也不同。 考虑到铁口壁上剪切力的力平衡，还有在铁口的入口和出口之间压力的不同，由下式给出渣铁排放率： 在典型的高炉条件下，假设铁口条件决定排放率订。因此，这些参数(直径D，铁口长度L，铁口表面粗糙度e)从真实高炉的总排放率中获得，并且与出铁口条件有强烈的相关性。其中ΔP为风口和铁口间的压差与渣铁液面距铁口高度的压差之和。 其中V′表示单位时间排出的渣或者铁，t为单位时间。(4)中密度不同则该式子表达的排放率不同。根据日产铁量和排放率可以计算出渣铁排放期间，炉缸液面高度的变化。 3结果讨论 表一为宣钢两座高炉的数据 图2为出铁过程中渣铁液面高度变化曲线。其中ε=0．35，ρ铁=7000kg／m3，ρ渣=3500 kg／m3。渣铁排放结束时，铁水高度在铁口以下，也叫出铁循环中初始铁水高度。从铁水开始