焦炭負荷和焦炭在風口前的失碳率隨著煤比的提高而增大,而焦炭強度則隨著失碳率的提高而降低,因而焦炭在高爐內各部位所承受的壓力,成為進一步研究極限煤比的基礎。
基本介紹
- 中文名：焦碳負荷
- 外文名：Coke load
- 學科：冶金工程
- 領域：冶煉
- 失碳率：隨著煤比的提高而增大
- 焦炭強度：隨著失碳率的提高而降低
簡介,靜壓力的公式核算,壓力函式的數據核算,總結,
簡介
隨著高爐噴煤技術的不斷發展,焦比一直呈下降趨勢,造成焦炭本身負荷越來越大。同時焦炭在高爐內下降的過程中因不斷失去碳素而強度降低,這樣,焦炭粒度必然隨強度降低而減小,從而影響高爐透氣性,不利於高爐的正常運行。因而對高爐焦炭的失碳率和焦炭強度的深入研究是非常必要的。目前,國內外對高爐過程進行建模的工作很多,包括高爐內爐料層狀分布計算、高爐內爐料和煤氣溫度分布計算以及高爐內煤氣流分布和壓力分布計算,以對高爐內部狀態進行解析。但對固體料流模型做的工作不多,因為人們對固體流動的機理有不同的看法。對高爐的多項多態流進行了數學模擬,其中對固體流進行了研究。通過對彈性粘性流理論和比較新的亞粘性流理論同時進行有限元數學分析,從而得出壓力場的分布。
對焦炭在高爐內各個部位具體受到的壓力進行研究,並建立數學模型。通過對高爐爐料壓力進行數學模擬,建立連續性方程、運動方程和狀態方程。考慮高爐爐料的散料特性,軟熔帶上下部爐料的物理、化學性質的區別,風口區的尺寸和深度,採用了數值差分法,推導出流函式和壓力函式的差分方程,設定邊界條件,由電腦程式給出相應的流場和壓力場的分布情況。同時進行壓力核算,對已得出的公式進行最佳化。進一步的焦炭高溫試驗研究,找出溫度、失碳率與焦炭強度的關係,為確定極限噴煤比提供理論基礎。
靜壓力的公式核算
分別以有效容積為1 081 m3 高爐和鞍鋼3 號高爐(有效容積為831 m3 ) 為例。1 081 m3 高爐爐型參數為:爐喉高度212 m ,爐喉直徑611 m ,爐身高度1311 m ,爐身角84154°,爐腰高度118 m ,爐腰直徑81 9 m ,爐腹高度31 2 m ,爐腹角801 1°,爐缸高度311 m ,爐缸直徑718 m。831 m3 高爐爐型參數為:爐喉高度215 m ,爐喉直徑515 m ,爐身高度12195 m ,爐身角85135°,爐腰高度2125 m ,爐腰直徑715 m ,爐腹高度312 m ,爐腹角81107°,爐缸高度312 m ,爐缸直徑615 m。
在1 081 m3 的高爐靜壓力有2 個極大值和2 個最小值。料線以下,壓力隨高爐高度的降低越來越大,在爐身下部出現了第1 個壓力峰值,隨後壓力減小。到達爐腹頂處,即風口區附近,壓力出現了第2 個峰值,這與高爐本身的爐型相關。
鞍鋼3 號高爐的靜壓力也存在2 個極大值和2 個最小值。料線以下,壓力隨高爐高度的降低越來越大,且分別在爐身下部和爐腹頂處(即風口區附近) 出現峰值。
因此可以得出,由於高爐上下小、中間大的五段式結構框架,決定了不同有效容積、不同爐型尺寸的高爐其靜壓力變化規律是相同的。在爐身下部,由爐料重力作用使壓力隨高度的增加而增加,並在其下部出現峰值。在爐腹頂處,由於高爐五段式結構,此處要收縮,爐料的重力與高爐爐牆的相互作用使靜壓力在此處出現了第2 個峰值。靜壓力隨不同有效容積、不同爐型尺寸的高爐其稍有不同的變化,但其總的變化規律是相同的。
此外,靜壓力的大小與爐料的堆密度有關,在爐型一定的條件下,堆密度大的靜壓力大,相反堆密度小的靜壓力值相對較小。
壓力函式的數據核算
首先是壓力函式調用完成計算的流函式,其次根據壓力公式對高爐各個部位(爐身、爐腰、爐腹和爐缸) 設定,並設定邊界條件。以高爐爐頂壓力為上部邊界值,設風口處的熱風壓力為下邊界值,最後設定收斂條件直至所求的壓力滿足收斂條件。為了使模型能更好地對高爐內壓力進行模擬,故利用作用因子對其進行最佳化。即:
P′=ωP1 + (1 - ω) P2 (13)
式中,ω為作用因子,其取值要通過程式的疊代和驗算進行,1 081 m3 高爐取值為0.3。此時其生產條件為:爐料堆角41.52°,料線高度1.8 m ,爐頂壓力111 kPa ,焦炭密度500 kg/ m3 ,風口熱風壓力265 kPa ,礦石密度1 750 kg/ m3 ,風口高度2. 7 m ,爐料堆密度1 350 kg/ m3 ,風口大套直徑0.65 m ,摩擦因數0.7 。
距高爐料線6 m 處的壓力曲線(差分間隔r =1 , z = 1) ,距高爐料線10 m 處的壓力曲線(差分間隔r = 0125 , z = 1)。
高爐爐身的壓力分布由中心向邊緣降低,但快接近爐牆時壓力又有所升高。在中心處,壓力下降慢,越遠離中心,爐料下降速度越快,速度高的地方,壓力值相對較低。在靠近爐牆處,由於爐牆的摩擦作用使得壓力值增高,與現場實際生產基本吻合。
在軟熔帶之前,壓力隨著高度的增加而增加,過了軟熔帶後,壓力隨高度的變化不明顯;當到達爐腹處,壓力變化迅速,在爐高底部壓力變為最小;經過軟熔帶時,壓降比較穩定;到達風口區時,由於熱風風壓的影響,使得壓力梯度增大;在爐缸處,料柱本身的靜壓力可能起到了關鍵作用,故其變化梯度接近定值。
總結
(1) 高爐爐型的幾何特性決定其靜壓力必然有2 個峰值存在。高爐爐身的壓力分布由中心向邊緣降低,但接近爐牆時壓力又有所升高。
(2) 在軟熔帶以上的區域內壓力隨著高度的增加而增加。壓力隨高度的變化在軟熔帶以下則不明顯。當到達爐腹時,壓力開始迅速降低,直至爐缸底部。
(3) 驗證了固體料流模型結論,即固體料流速度高處其壓力值相對較低,固體料流速度低處其壓力值相對較高。
