【新刊速览】徐英杰:不同料柱模式下高炉内煤气流分布的模拟_影响
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不同料柱模式下高炉内煤气流分布的模拟
徐英杰 1，佘雪峰 1，李红兵 2，曹卫强 2，张计斌 2，薛庆国 1
(1. 北京科技大学钢铁冶金新技术国家重点实验室， 北京 100083；2. 裕华钢铁有限公司炼铁厂， 河北 邯郸 056000)
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摘 要
高炉炼铁广泛使用高铝炉料，冶炼过程中需要控制渣成分以满足炼铁需求，这会导致渣比增加和软熔带位置改变，进而影响高炉煤气流的分布。为此，基于Flunt数值模拟手段，研究了不同料柱模式下高炉内煤气流的分布情况。结果表明，不同料柱模式主要影响软熔带附近煤气流分布，对炉身上部煤气流分布情况影响较小。倒V形软熔带的料柱模式下，随着软熔带的高度升高、厚度增加，高炉内中心处11.1 m到13.0 m高度平均煤气流速由0.76 m/s减弱到0.69 m/s，边缘处8.6 m到11.1 m高度平均煤气流速增加了0.05 m/s。W形软熔带的料柱模式下软熔带下部的煤气流速高于倒V形软熔带料柱模式下的流速。研究结果可为指导高炉大渣量冶炼提供理论依据。
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关 键 词
高炉；渣量；软熔带；煤气流分布；数值模拟
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引 言
钢铁工业是国民经济的支柱性产业，高炉是钢铁生产过程中的核心工艺设备，其直接影响钢铁行业的工业产量和能源消耗，因此维持高炉的稳定顺行是整个钢铁行业共同追求的重要目标。由于高炉炼铁广泛使用高铝炉料，冶炼过程中需要控制渣成分满足炼铁需求进而会导致渣比升高。在大渣量的生产情况下，高炉内部焦炭孔隙中滞留的液态炉渣增多，使得焦床透气性下降，煤气流难以通过，进而影响料柱透气性以及高炉顺行。为此，国内外的研究者们通常采用上部调剂(布料制度调节)来调整高炉料柱以改善透气性，使炉内软熔带的位置及形状发生改变。
软熔带是影响料柱透气性的关键因素，其位置及形状也对高炉中部煤气流分布(二次分布)和块状带及炉喉煤气分布(三次分布)产生重要影响。因此，软熔带位置和形状决定着高炉内煤气流的稳定运行。而煤气流的分布关系到炉内温度分布、炉况顺行和煤气的利用状况，因此控制煤气流在高炉内的合理分布是高炉操作的重要任务。但高炉是一个密闭的反应器，高炉操作者很难直接观察到其内部情况，这为研究高炉内煤气流分布带来很大困难。目前的研究主要采用数值模拟仿真计算方法对高炉内部的煤气流分布进行模拟分析，例如于海彬等建立二维对称模型模拟倒V形软熔带附近的气体流动，发现软熔带对气流具有二次分布作用，且越靠近软熔带上部煤气流越往中心发展；刘欢等借助数值模拟方法，建立二维模型，得到了高炉在中心加焦布料模式下煤气流通过不同部位时的速度和压力分布状态；郁肖兵通过建立二维高炉模型对高炉内煤气流动进行数值模拟，分别研究了不同炉型参数、不同软熔带参数、不同布料参数下氧气高炉的煤气流分布情况。
针对高炉大渣量冶炼引起的软熔带位置、形状等料柱结构变化，本文建立高炉三维稳态CFD数学模型，探究不同软熔带位置、形状等料柱模式对高炉内煤气流分布的影响规律，相关研究结果可为指导高炉大渣量冶炼提供理论依据。
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精 选 图 表
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结论
本文针对不同渣量条件下软熔带位置和形状的改变，设定4个不同料柱模式对高炉内煤气流分布进行模拟，得出以下结论：
(1)倒V形软熔带的料柱模式中气流流向高炉中心，随后呈树枝状穿过软熔带向上流动，有利于煤气流与炉料的接触，并可在一定程度上保护炉墙。W形软熔带的料柱模式中，煤气流在高炉中心和炉壁边缘区域受到的阻力小于其他区域，形成较为明显的两股气流。不同料柱模式主要影响软熔带附近的煤气流分布，对炉身上部煤气流分布影响较小。
(2)随着渣量增加，倒V形软熔带高度升高、厚度增加，高炉内中心煤气流受到抑制，边缘煤气流逐渐发展。其中随着软熔带高度、厚度由模型Ⅰ增加至模型Ⅲ，高炉中心处11.1 m到13.0 m高度平均煤气流速由0.76 m/s下降到了0.69 m/s，而在高炉边缘8.6 m到11.1 m高度平均煤气流速增加了0.05 m/s。
(3)W形软熔带的模型Ⅳ在软熔带下部的煤气流速明显高于倒V形软熔带3个模型的，说明W形软熔带在软熔带下方的透气性要好于倒V形软熔带。在大渣量生产条件下，短时间内高炉操作者可使用W形软熔带改善高炉透气性差、顺行难等问题，但不宜长期使用，以避免对高炉寿命产生影响。
来源：《中国冶金》2023年第3期
END
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