高炉炉缸铁水流动对炉缸侵蚀的研究

　　炉缸是高炉本体难以维护的区域，是决定高炉寿命的关键部位。炉缸的侵蚀大体上可以从传热学及流体力学出发来解释。熔融的铁水流对炉缸炉底内衬有一定的侵蚀作用。炉缸内由于存在中心死料柱，所以流动情况比较复杂，虽然高炉上有广泛的检测和监视设备，但炉缸内的流动情况是无法直接测定的。需要采用数学的或者物理的模型进行模拟计算，有必要考虑死料柱的形状和孔隙度以及铁口深度对铁水流动状况的影响。

　　在炉缸中部，风口区和炉身中下部，存在一个焦炭及其缓慢下降的空间，焦炭在这里的堆积的疏松度为0.20.4，这种焦炭团块称为死料柱。在正常运行的高炉中，正常的死料柱漂浮在铁水里，它可能接触炉底砖衬，也可能充满整个炉缸，焦炭堆积疏松，铁水能直接流向出铁口，也可能从炉缸另一侧流向出铁口。死料柱向上延伸到炉缸上部，从顶部朝向风口的倾角与焦炭自然安息角度大致相同。各风口的循环区之间不连通，循环区之间的空间充填着不同粒度的焦炭。死料柱的这种分布情况决定了炉缸内铁水流动的复杂性。

　　1模型描述1.1假设条件本模型对炉缸内出铁时铁水流动作了如下假设：1：炉缸内型和死料柱都是圆柱形。

　　2：炉缸内铁水流动为稳态粘性不可压缩流动，不计铁水液面潼液的影响和铁水液面的波动。

　　1.2数学模型由质量守恒方程，动量守恒方程，湍动能方程和湍动能耗散方程联立求解可得炉缸内铁水流动的速度分布，用厄根方程描述死焦层作为填充介质对铁水流动的阻力影响。根据出铁口铁水流速可以计算炉缸内铁水液面下降速度，以炉缸横截面为入口，给出入口速度，用稳态流动模拟出铁时液面下降的情况。壁面附近粘性底层中的流体计算采用壁面函数法。

　　对于稳态多空介质单相流动，P为常数，其微分方程有：Ui张量表7K的时均速度，m/s；>：孔隙度；X：方向的坐标值；动量守恒方程填充层时为0；H填充床层高度，m；湍动能方程e―湍流动能耗散率；湍动能耗散方程死焦层的阻力压降用厄根方程计算，可以把焦炭柱作为填充床考虑。

　　（5）厄根方程数。2.3边界条件入口边界条件。以液面下降速度作为入口速度。

　　炉缸壁面。在炉缸壁面，采用无滑移边界条件，对壁面附近粘性底层中的流体采用壁面函数法计算。

　　2.4数值求解基于上述模型的控制方程及边界条件，计算步骤如下：前处理。建立模型的几何造型、划分网格、给出物性参数。

　　求解偏微分方程（1）~（5）的代数方程。通过控制求解精度和迭代步骤，调解松弛因子，得到收敛的结果DPentiumHI2.0计算机上计算，计算时间约为180min.后处理。将计算结果进行可视化处理。

　　3结果与讨论本文以某钢铁厂1号高炉炉缸为研究对象，炉缸直径10m，炉缸高度4m，铁口高度2m，铁口直径0.6m.假设炉缸内没有中心死料柱，计算所得流场如、所示。为过铁口中心线的水平切面，为过铁口中心线的竖直切面，出口流速约为。2m/S，图中曲线为等速线。

　　设中心死料柱直径为高炉直径的4/5，孔隙率为0.4，焦炭平均直径为40mm，死料柱“坐在炉底”，为过铁口中心线的水平切面，为过铁口中心线的垂直切面，是距炉底O.lm处的水平切面，出口流存在中心死料柱的铁水流场图（垂直切面）由计算结果可以观察到，存在中心死料柱情况下，炉缸侧壁的环流明显加强，通过中心区域的铁水流量减少，流速变慢。

　　4结论炉缸内存在中心死料柱与不存在中心死料柱时相比，由于死料柱边缘疏松，孔隙率大，中心密集，孔隙率小。会形成边缘环流，造成对炉缸炉底的流动侵蚀。