高炉内型对炉内状态的影响

　　质量和热传导液流1刖目现代高炉的内型基本结构早在20世纪初就己经确定后来，随着操作技术的发展（例如，高风温、富氧鼓风、高压操作原料的预处理以及实施燃料喷吹等技术），利用系数不断提高，除了装备技术的进步外，高炉容积也扩大了。因此，不能忽视炉型对高炉利用系数和操作稳定性的影响炉型的基本状况如下：高炉的高度受所使用的焦炭强度的制约因为，随着高炉高度的提高，当炉料负荷超出焦炭强度所能承受的能力时，焦炭的劣化便会导致透气性恶化应选择适宜的炉身形状，以保证炉料的顺行。而炉腹的存在也是必要的。因为，炉料的体积会随着矿石的熔融而变小，炉腹处的煤气要充分地扩散到高炉中心部位下部炉墙应得到有效保护，避免受来自回旋区高温煤气的侵蚀如上所述，虽然关于炉型方面有一些定性的研究，但却没有建立起以理论分析为基础的定量指导标准，所以不能满足高炉炉型设计的需求因此，实际高炉的炉型设计主要是根据以往的和现存的高炉的炉型和操作数据，通过统计分析，凭借经验来进行的。这次调查利用了炉内状态的数学模拟结果，研究了炉型对操作结果和稳定性方面的影响。

　　2评价过程和计算条件概述为了进行评价，使用了三种三维动力学模拟装置，以评价高炉工作区域的工作条件（例如，料流、温度分布等等），并采用了高炉填充层机械应力模拟装置，以综合评价与高炉操作性能相关的各个方面在这项评价中，选择了内容积为3000m3的高炉作为研究对象，炉型状况见表1表2表示进行评价的操作条件。其它操作条件如燃料比风量等是在保持高炉顺行条件的基础上获得的结果。炉料分布情况见中，曲线a用于基础计算情况；曲线M乍为研究炉料分布对应力场影响时的参照标准在炉料移动的条件下进行了炉内填充层就应力场的评估，这一情况的模拟是借助于边缘区底部炉料的下降，代替循环区焦炭颗粒的移动来进行的为了进行评价，将炉料的物理性能示于表3表1高炉内型尺寸内容积/炉缸直径/m料线至风口高度/m表2高炉操作条件利用系数/t.m-3.d-铁水温度/c风温/c鼓风湿度m-3炉顶压力/MPa富氧率喷煤比/kg.t-1 P料分布情况项目矿石焦炭堆密度/kg.m-3内摩擦角/（与炉墙间的摩擦角/（°）表3炉料物理性能3结果3.1压差总压差与￡炉侯/￡炉缸之间的关系为了研宄炉型对煤气压差的影响，比较了沿炉墙高度方向（不考虑炉腰）煤气的压力曲线，结果见当炉腰直径与炉缸直径之比为1.2时，总压差（风压与顶压之差）*小。随着炉腰直径与炉缸直径之比的增大，高炉下部压差减小，而高炉上部压差则变大，且增大的幅度大于下部压差减小的幅度，因此总压差升高。另一方面，当炉腰直径与炉缸直径之比小于1.2时，高炉上、下部压差比其等于1. 2时均增大。高炉下部压差增大的原因是，随着高炉纵向直径的逐渐变小，煤气流速提高，从而使压差增大而在高炉上部，随着燃料比的提高，煤气体积增大，以保证高炉生产率，如下文所述，提高压差可以抵消因炉喉直径增大而使其减小的作用。不同的炉腰高度条件下，所测定的炉内总压差与炉喉直径/炉缸直径比值之间的关系如所示与炉腹形状相比，炉内总压差主要取决于炉身的形状炉喉直径与炉缸直径之比为0.7-0. 8时，炉内总压差*小。其*小值区域的产生是由所提到的相同的作用所导致的针对整个炉型（不考虑炉腰）所求出的燃料比与D炉腰/D炉缸比值之间的对照关系见表明，随着D户腰/D户缸的大，燃料比降低。据推测，如前面关于炉型部分所论述的那样，这一结果是由于煤气在高炉下部的停留时间延长，使热交换和还原效率改善所导致的因此，当D户腰/D户缸不变的情况下，炉腹部分越长，燃料比越低3.3填充层内的应力场所示为不考虑煤气流的情况下，高炉（不考虑炉腰填充层垂直应力的分布各种情况下的常见特点如下。

　　3.3.1常见特点在炉身处，边缘垂直应力比中心处小，主要是受炉墙摩擦和炉墙后期状态的影响（略）表明，中心处巨大的垂直应力几乎与流体静压力相等。同时，边缘垂直应力值也与anssen方程的计算结果近似相等在炉腹处，边缘垂直应力变得很小。这是由于风口前内容物的消失使部分应力得以释放另一方面，中心区域即死料柱区域则出现应力集中，其值几乎达到风口位置静压力（Ph）的2倍，其用公，在炉腹区则出现另两个*大值点和*小值点因此，分析了应力场波动产生的机理由4所示，主要的应力分布线朝炉身下部发散，而汇集于炉腰中部另外，炉腰下部到炉腹区域也有类似的情况假设边缘区域属塑性流变状态，则可以把这部分的应力状态表示为5所示的莫尔圆。当炉料流向炉墙侧时由摩擦角表示的炉墙屈服线与莫尔圆交叉于图中所示的AB两点，这部分的应力条件必须适合于AB中的任何一点。点A表示其应力状态为“主动型'即此处的垂直应力大于水平应力；而点B则表示其应力状态为”被动型'即水平应力大于垂直应力，因为该处炉墙倾角接近垂直炉身区域的应力状态为“主动型'其应力条件满足于图中A点的情况，并且，由于缩小了流场范围，使应力状态变成了”被动型“而移动到炉腰区的B点因此，在炉身部分，炉墙表面主要应力曲线的发生角为（n -0a）/2；而在炉腰外，其为（n 2认为边缘主要应力曲线*终呈现集中还是分散，主要取决于是否对上述边缘主要应力轨迹施加了约束作甩由于边缘应力场的情况因每个部位的高度和角度的不同而变化复杂，即使简单的推断都是困难的但从前面的论述中，可以得出应力场与炉身形状之间相对明确的关系4.3炉型对炉缸状况的影响就煤气流情况而言，由于压差而产生的浮力对炉料产生作甩根据基础为不考虑炉腰的高炉其在不同炉腰直径/炉缸直径时的垂直应力分布变化情况从死料柱到风口前回旋区，该分布曲线的斜率很大，6风口处垂直应力分布（没有炉腰，炉腹高度5.死料柱中心部位的垂直应力与炉腰参数之间的关系示于7，通过不同炉腹高度时的情况可以看出二者之间的关系。当炉腹角减小时，炉腹部位炉墙将支撑更大的炉料负荷，死料柱区域的垂直应力减小。当炉腹高度增加时，这种作用更显著。

　　水中的浸入度根据7和8略）所示的情况，假设炉腹高度为4m，炉腹角由78减小到74时，垂直应力将降低50kPa，这将使炉缸的焦炭水平降低约1~2m这些行为可能会影响到如渣铁排放、热负荷等相关的炉缸现象4.4水平应力对高炉操作的影响上述关于炉内应力场影响的论述主要是从垂直应力的角度进行的而对于水平应力，炉腰和炉腹边缘区域的值较大据推测，它对悬料产生重大的影响，悬料可导致炉墙不规则的倾斜和磨掼但是，因为没有研究出任何有效的定性评价方法，所以无法进行进一步的讨论，只能期待将来的进一步研究5结论从反应、传热、透气性和料层应力场状态等方面评价了高炉容积对操作水平的影响。同时，也评估了其对炉缸侵蚀的影响结论如下：压差和炉喉直径与炉缸直径的比值之间存在相应的关系，其比值一般在0.7~0.8之间时压差*小；增加高炉下部容积，使其足够大，可以获得较低的燃料比；设计时，炉身角*好大于80*小也应该超过78炉腹角和炉腹高度通过施加负荷而影响焦炭在炉缸的浸入高度，从而对炉缸现象造成影响以上的研究和数学模型方法对于将来高炉的炉型设计是非常有益和可以借鉴的7中心处垂直应力与炉腹角之间的关系死料柱处的垂直应力是一个重要参数，由于它会影响到炉缸焦炭的浸入位置，从而直接关系到炉缸的侵蚀程度。假设炉缸内的物料构成如9略）所示，则8（略）示出了估算的焦炭在铁1010胡俊鸽校（编辑许平静）