未燃煤粉在高炉内的分布特性的实验研究.pdf

收稿日期1999 -06 -03 基金项目国家自然科学基金资助项目 59674017 作者简介刘新 1950- , 男, 辽宁沈阳人, 东北大学副教授 2000年 4 月 第21卷第2期 东北大学 学报 自然科学版 Journal of Northeastern University Natural Science Apr .2 0 00 Vol. 21,No . 2 文章编号 1005 -3026 2000 02-0177 -04 未燃煤粉在高炉内的分布特性的实验研究 刘 新 , 陈星秋 东北大学 材料与冶金学院, 辽宁 沈阳 110006 摘 要对未燃煤粉在炉内的分布特性进行了二维模型实验研究通过实验发现进入高炉的 未燃煤粉主要聚积在气流流动缓慢和气流发生转折的区域或部位; 在块状带, 主要滞留在矿石层 中在煤气流主通道未燃煤粉难以聚积, 对料柱的纵向透气性和压差影响不大未燃煤粉积聚的 不均匀性造成了局部横向压差增加, 从而导致了煤气流的重新分布特别是回旋区前方和前上方 透气性恶化, 使中心气流难以发展, 促使软熔带向“ 平底的倒 V 型”或“ 倒 W 型”转变实际操作 中, 应采取高炉各风口均匀喷吹和疏通中心的操作方针 关 键 词高炉; 喷吹煤粉; 未燃煤粉 中图分类号TF 538. 6 文献标识码A 近年来 ,国内外对未燃煤粉行为的研究开展 的较多,其中日本的工作比较细致[ 1]从高炉风 口喷吹的煤粉, 在风口区的氧化带 回旋区 内燃 烧在回旋区狭小的空间内煤粉不能全部燃烧, 未能燃烧烬的煤粉随煤气流进入炉内, 形成了高 炉内的未燃煤粉随喷煤率的增加 ,未燃煤粉量也 增加另外, 随喷煤量的增加 , 燃烧率下降很快, 进入高炉的未燃煤粉量就更多进入炉内的未燃 煤粉其行为如何, 对高炉过程有那些影响 , 是否 成为限制喷煤率提高的主要原因, 是人们越来越 关心的问题 [ 2] 本文对未燃煤粉在炉内的分布特性进行了实 验和理论研究 1 实验设备及方法 为了分析未燃煤粉进入炉内后在各个部位的 分布及对炉料透气性的影响, 采用二维高炉模型 进行了模拟实验模型尺寸为 800 mm 120 mm 2 000 mm模型正面采用 8 mm 厚的玻璃板 ,以 便进行直接观察在模型的侧面和背面设有 15 个 测压孔炉料采用粒径5 mm 的焦炭和 3 mm 的烧 结矿, 软熔带用轻质砖磨成一定形状代替为分 析粉料在各个部位的滞留量 , 设置 18 个粉料取 样点取样点处的炉料装在孔径为 3 mm , 120 mm 35 mm 35 mm 的取样筐内实验后取出取样 筐,筛出粉料称重分析模型下部密封, 上部出口 接有一收尘器风口回旋区是人为用铁丝网做成, 风口直径和回旋区的大小可改变 为便于在实验中观察粉料的运动及分布, 采 用白色的石灰粉模拟未燃煤粉石灰粉的粒度为 直径 0. 074 mm 的粒度占 80风量以气体流动 进入第二自模区为基准 ,结合风机能力选用基准 风量为标准状态 160 m3/h 由于喷入的粉料是模拟从风口回旋区流出的 未燃煤粉, 因而在一定的实验风量条件下 ,喷粉 速率所对应的高炉喷煤量与回旋区煤粉燃烧率有 关实验选择的喷粉速率为 267 g/min对应于 160 m3/h 的风, 如果设煤粉燃烧率为70, 对应 的高炉喷煤率大约为 1 t 生铁220kg每次实验喷 粉 4kg ,大约15min实验过程中观察记录粉料的 分布和流动轨迹, 同时用多点压力计测量各点压 力 2 实验观测结果 图 1 是在不同时刻直接观察到的粉体在炉内 各部位的分布状况 从图 1a 到图 1b 是每喷吹 4 min 观察到的粉 料分布状况最初时刻 ,粉料随气流散乱分布 ,在 软熔带以下,到处可以看到星星点点的白色粉料 回旋区前方略微密集 图 1a 4 min 后, 粉料在回 旋区前方越积越多, 导致气流难以通过气流携带 粉料向上发展, 部分滞留在焦炭中的粉料描绘出 明显的流线轨迹 图 1b8 min 后 , 继续喷吹, 粉 料将回旋区前方完全堵塞 ,在前上方也开始堆积 随气流而上的粉体在软熔带下方又开始聚积, 位 置是在软熔带的内侧 图 1c 最后的几分钟, 由 粉料描绘的流线变粗 ,气流压差有所增加,流速加 大粉料穿过焦炭窗流向块状带,在块状带下部的 矿石层中可以看到滞留的粉料 图 1d 图 1 粉料在模型内的变化和分布示意图 a 初期; b4min时; c 8 min 时; d12 min 实验后在收尘器内都可收集到少量的粉料, 从 50 ～ 90 g 不 等, 平 均 70 g , 占总喷吹量的 1. 75 做了在块状带不加矿石层和加矿石层的 对比实验 ,发现不加矿石 ,从炉顶收集到的粉料远 多于后者 3 取样结果 喷粉结束后 ,将模型水平放置, 移开玻璃板, 取出测试点的料样, 筛出粉料称重分析分析结果 与所观察到的结果是一致的由于模型的边缘效 应,喷粉实验的后期 ,很多粉料聚在玻璃板与炉料 的交界处 ,影响视线 ,易产生误差图 1d 也是根据 取样结果修正的取样结果表明,回旋区前端粉料 最多 , 其中空隙几乎全被填满 , 其次为软熔带内 侧,其它依次为软熔带根部、 滴落带 、 软熔带外侧、 块状带的矿石层, 在块状带的焦炭层中只有少量 的粉料 4 各点压差变化 粉料进入炉内后 ,对气流的分布,各部位静压 力都会产生影响炉内纵向压差的变化直接影响 高炉顺行, 也是人们对大喷煤主要顾虑之一图 3、 图 4 是模型纵向压差的变化纵向测压点每隔 350 mm 设置一个 ,横向测压点每隔 100 mm 设置 一个, 它们的位置如图 2 所示从图 3 可以看到, 在实验条件下, 喷粉前后各部位纵向压差变化不 大其原因是粉料主要聚积在回旋区前端和气流 平稳缓慢的区域 软熔带根部和软熔块内侧 ,对 气流的主通道没有太大的影响但由于总流通面 积减小,气流速度增大,压差略有增加 图 2 各测试点位置示意图 1～ 8测压点 图 3 不同时刻各纵向测试点的静压力 ★喷吹前; ○喷吹 4 min 时; ⊙喷吹 12 min 时 178东北大学学报 自然科学版 第 21 卷 图 4 不同时刻纵向压差的变化 图 5、 图 6 是风口前横向压差的变化粉料在 炉内聚积很不均匀, 这种不均匀性对炉料的纵向 压差影响较小, 但对局部的横向压差和透气性影 响很大 , 特别是回旋区前方喷粉后压差迅速增 加,到了后期几乎全部堵塞 图 5 不同时刻各横向测试点的静压力 ★喷吹前; ○喷吹 4min 时; ⊙喷吹 12 min 图 6 不同时刻纵向压差的变化 高炉风口前横向压差的变化主要影响初始煤 气流的分布,软熔带的形状,从而影响煤气的能量 利用和高炉的焦比及喷煤置换比. 另外炉缸的活 跃性也受到影响 5 分析和讨论 从以上实验结果可以看出 , 未燃煤粉并非在 高炉各处普遍滞留和聚积气流总是企图寻找通 路,部分煤粉的聚积使通道面积减小,煤气流速加 大,形成煤粉更难滞留的主通道,如果这条通道不 变得特别狭窄 ,通道内的焦炭强度好,就可以保持 高炉顺行这与由于焦炭质量不好在高温粉化带 来的结果是不一样的焦炭大量粉化,各点的透气 性同样恶化,对高炉顺行的影响是难以消除的 未燃煤粉在高炉内这种选择性聚积的特性, 对煤气流的分布有很大影响如果高炉各风口喷 煤不均匀, 未燃煤粉在炉内分布的差别就很大, 甚至造成局部堵塞, 煤气流发生紊乱,从而影响高 炉顺行和煤气的能量利用模型实验也证明这点 曾经试验只在模型的一侧风口喷煤 , 结果气流偏 流非常大 ,喷煤的一侧堵塞严重 高炉软熔带的位置和形状主要是由初始煤气 流分布决定的由于煤粉多聚积在风口前端 ,中心 气流受到抑制如果以“倒 V 型”软熔带为目标进 行操作 , 实际上可能会形成“平底的倒 V 型”或 “倒 W 型”软熔带曾经做过“倒 W 型”软熔带的 实验 ,结果软熔带形状与流场更吻合这种情况下 采取中心加焦的措施会对高炉生产有利 6 结 论 1进入高炉的未燃煤粉主要聚积在气流流 动缓慢和气流发生转折的区域或部位, 即回旋区 的前方及软熔带的根部和软熔块内侧拐角处在 块状带,主要滞留在矿石层中 2在煤气流主通道未燃煤粉难以聚积, 因 此对料柱的纵向透气性和压差影响不大 3未燃煤粉积聚的不均匀性造成了局部横 向压差增加,从而导致了煤气流的重新分布特别 是回旋区前方和前上方透气性恶化, 使中心气流 难以发展 , 促使软熔带向平底的倒 V 形或倒 W 形转变 4针对未燃煤粉的分布特点和对高炉操作 的影响 ,应采取高炉各风口均匀喷吹和疏通中心 的操作方针,如中心加焦等 参考文献 [ 1]岩永佑治微粉炭吹き辶 入み时の高炉内装入物举动[ J]铁 と钢, 1993, 79 8 927-933 [ 2]Liu X, Tian Q . Oxygen -Coal Iron -Steel Making International Conference Proceedings.Beijing The Chinese Society for Metals, 1997. 23-26. 179第 2 期 刘 新等 未燃煤粉在高炉内的分布特性的实验研究 Experimental Investigation on Behavior of UPC Unburnt Pulverized Coalin Blast Furnace LIU Xin , CHEN Xing-qiu School of Materials and Metallurgy , Northeastern University, Shenyang 110006, China AbstractA two -dimension experimental model equipment was developed to simulate the distribution of UPC in blast furnace. It was found that UPC mainly exists in the zones in which the gas flow runs slowly or turns sharply.In dry part of blast furnace, UPC is mainly in the layer of the raw material.UPC can not stay at the main way of the gas flow, so that it has no effect on the pressure distribution pattern and on ventilative quality.Uneven distribution of UPC causespressure descent in some off main way area. Specially, deterioration of ventilative quality in front of or just above the raceway caused by UPC results in the middle gas flow immature.This made the melted zone becoming into the counter “ W” shape.It is suggested that the injection of every tuyere should be even and the middle gas flow should be reinforced in order to overcome the UPC effects. Key wordsblast furnace; injection of pulverize coal; unburnt pulverized coal Received June 3, 1999 待发表文章 摘 要 预 报 并联 STEWART 机构位姿误差分析 邹 豪, 王启义 , 余晓流 , 赵明杨 定量地对并联 STEWART 机构进行误差分析是当前研究的难点与热点从并联机构特征出发, 提出了并联机构位 姿误差放大因子分析法依据位姿误差放大因子具有对误差定量分析的特点, 既可用于机构参数优化, 又可用于结构精 度设计 TiO2和 Cr2O3作晶核剂对尾矿微晶玻璃析晶的影响 刘 军 , 宋守志 通过差热分析、X 射线衍射分析、偏光显微镜和扫描电镜观察等测试方法, 研究了 TiO2和 Cr2O3作晶核剂对尾矿微晶 玻璃晶化行为的影响研究表明 晶核剂和热处理是形成微晶玻璃的条件复合晶核剂能有效地促进 CaO -MgO -Al2O3-SiO2 系统玻璃在较低温度下即开始晶化, 且形成以透辉石为主晶相的微晶玻璃晶核剂浓度不同对玻璃晶化的影响不同 基坑支挡结构设计专家系统的开发与研制 朱浮声, 李校兵 , 王韶群 , 李国辉 介绍了一个基于计算机智能语言 TURBO-PROLOG 和高级语言 FORTRAN 开发研制的基坑支挡结构设计专家系 统 ESEX这个专家系统采用了模块化程序设计, 不仅可以帮助岩土工程师进行基坑支挡结构的方案选择和评价, 给出 更加合理的基坑支挡结构的设计, 而且, 系统维护方便, 使用简单, 功能易于扩展, 具有较好的用户界面和一定的图形输 出功能 180东北大学学报 自然科学版 第 21 卷