COREX竖炉围管堵塞位置及其演变过程的物理模拟

工程科学学报，第40卷，第3期：349-356,2018年3月 Chinese Journal of Engineering,Vol.40,No.3:349-356,March 2018 DOI:10.13374/j.issn2095-9389.2018.03.011:http://journals.ustb.edu.cn COREX竖炉围管堵塞位置及其演变过程的物理模拟 周 恒)区，吴胜利”，寇明银”，姚舜”，游洋》，罗志国，邹宗树2 1)北京科技大学治金与生态工程学院，北京1000832)东北大学治金学院，沈阳110819 区通信作者，E-mail:zhouheng(@usth.edu.cn 摘要建立COEX竖炉三维半周物理模型，模拟竖炉围管粉尘初始堵塞位置及其演变过程，考察鼓风量、排料速度、非工 况排料等操作条件对围管粉尘堵塞的影响.模拟结果显示，COREX竖炉围管初始堵塞位置为AGD架梁圆管前方的8~12 导气槽区域.当导气槽前端填充床内形成粉尘沉积区后，若沉积区向上发展速度大于其随物料向下运动速度，粉尘沉积区向 围管方向发展，并遂步堵塞围管导气槽，进而在围管内形成粉尘堆积区.该堆积区在围管内继续发展，使得其堆脚向围管远端 运动，从而逐步将远端导气槽堵塞.此外，模拟发现随着排料速度加快及鼓风量增加，围管内不易发生粉尘堵塞.当炉内非工 况条件发生时，粉尘堆积的动态平衡被打破，易造成围管内粉尘的堆积堵塞. 关键词COREX竖炉；围管：粉尘堵塞：物理模拟；AGD 分类号TF557 Physical simulation of the position and evolution process of dust accumulation in the bustle pipe of a COREX shaft furnace ZHOU Heng,WU Sheng-i,KOU Ming-yin,YAO Shun,YOU Yang?,LUO Zhi-guo2,ZOU Zong-shu2) 1)School of Metallurgical and Ecological Engineering,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 2)School of Metallurgy,Northeastem University,Shenyang 110819,China Corresponding author,E-mail:zhouheng@ustb.edu.cn ABSTRACT A 3D semi-eylindrical physical model of COREX shaft furnace was established,and the initial position and evolution process of dust accumulation in the bustle pipe of a shaft furnace were investigated through this model.The effects of discharging rate, gas flow rate,and non-normal operation condition on dust accumulation in the bustle pipe were also studied.The results show that the initial position of dust accumulation in the bustle pipe is in the 8-12slot region,located before the supporting tube of AGD beam. The dust blockage is first formed in the packed bed near the slot and then blocks the slot and grows into the bustle pipe if the growth ve- locity of the blockage region is greater than the descending velocity.Finally,dust accumulation can be observed in the bustle pipe.The dust accumulation is still growing in the bustle pipe,and the edge of the dust pile could develop to the far side;thus,the other slots would be gradually clogged by dust.Moreover,the results confirm that with increased discharge and gas flow rates,dust accumulation in the bustle pipe is greatly hindered.In contrast,under non-nommal operation conditions,the dynamic balance of dust blockage is bro- ken,and dust accumulation in bustle pipe is easily formed. KEY WORDS COREX shaft furnace:bustle pipe:dust accumulation:physical simulation:areal gas distribution 高炉炼铁是现代治金工业的主导流程，但其面 的依赖，近年来诸如COREX、Midrex、Hisarna等非高 临着焦煤资源逐渐短缺的问题.为摆脱对治金焦炭 炉炼铁技术得到迅猛发展-.其中，COREX是最 收稿日期：201707-17 基金项目：中国博士后科学基金面上资助项目(2017M610769):中央高校基本科研业务费资助项目(FRF-TP一17036A1)

工程科学学报，第 40 卷，第 3 期: 349--356，2018 年 3 月 Chinese Journal of Engineering，Vol． 40，No． 3: 349--356，March 2018 DOI: 10． 13374 /j． issn2095--9389． 2018． 03． 011; http: / /journals． ustb． edu． cn COＲEX 竖炉围管堵塞位置及其演变过程的物理模拟 周 恒1) ，吴胜利1) ，寇明银1) ，姚 舜1) ，游 洋2) ，罗志国2) ，邹宗树2) 1) 北京科技大学冶金与生态工程学院，北京 100083 2) 东北大学冶金学院，沈阳 110819 通信作者，E-mail: zhouheng@ ustb． edu． cn 摘 要 建立 COＲEX 竖炉三维半周物理模型，模拟竖炉围管粉尘初始堵塞位置及其演变过程，考察鼓风量、排料速度、非工 况排料等操作条件对围管粉尘堵塞的影响． 模拟结果显示，COＲEX 竖炉围管初始堵塞位置为 AGD 架梁圆管前方的 8# ～ 12# 导气槽区域． 当导气槽前端填充床内形成粉尘沉积区后，若沉积区向上发展速度大于其随物料向下运动速度，粉尘沉积区向 围管方向发展，并逐步堵塞围管导气槽，进而在围管内形成粉尘堆积区． 该堆积区在围管内继续发展，使得其堆脚向围管远端 运动，从而逐步将远端导气槽堵塞． 此外，模拟发现随着排料速度加快及鼓风量增加，围管内不易发生粉尘堵塞． 当炉内非工 况条件发生时，粉尘堆积的动态平衡被打破，易造成围管内粉尘的堆积堵塞． 关键词 COＲEX 竖炉; 围管; 粉尘堵塞; 物理模拟; AGD 分类号 TF557 收稿日期: 2017--07--17 基金项目: 中国博士后科学基金面上资助项目( 2017M610769) ; 中央高校基本科研业务费资助项目( FＲF--TP--17--036A1) Physical simulation of the position and evolution process of dust accumulation in the bustle pipe of a COＲEX shaft furnace ZHOU Heng1)  ，WU Sheng-li1) ，KOU Ming-yin1) ，YAO Shun1) ，YOU Yang2) ，LUO Zhi-guo2) ，ZOU Zong-shu2) 1) School of Metallurgical and Ecological Engineering，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China 2) School of Metallurgy，Northeastern University，Shenyang 110819，China Corresponding author，E-mail: zhouheng@ ustb． edu． cn ABSTＲACT A 3D semi-cylindrical physical model of COＲEX shaft furnace was established，and the initial position and evolution process of dust accumulation in the bustle pipe of a shaft furnace were investigated through this model． The effects of discharging rate， gas flow rate，and non-normal operation condition on dust accumulation in the bustle pipe were also studied． The results show that the initial position of dust accumulation in the bustle pipe is in the 8#--12# slot region，located before the supporting tube of AGD beam． The dust blockage is first formed in the packed bed near the slot and then blocks the slot and grows into the bustle pipe if the growth ve￾locity of the blockage region is greater than the descending velocity． Finally，dust accumulation can be observed in the bustle pipe． The dust accumulation is still growing in the bustle pipe，and the edge of the dust pile could develop to the far side; thus，the other slots would be gradually clogged by dust． Moreover，the results confirm that with increased discharge and gas flow rates，dust accumulation in the bustle pipe is greatly hindered． In contrast，under non-normal operation conditions，the dynamic balance of dust blockage is bro￾ken，and dust accumulation in bustle pipe is easily formed． KEY WOＲDS COＲEX shaft furnace; bustle pipe; dust accumulation; physical simulation; areal gas distribution 高炉炼铁是现代冶金工业的主导流程，但其面 临着焦煤资源逐渐短缺的问题． 为摆脱对冶金焦炭 的依赖，近年来诸如 COＲEX、Midrex、Hisarna 等非高 炉炼铁技术得到迅猛发展［1--2］． 其中，COＲEX 是最

·350 工程科学学报，第40卷，第3期 早实现商业化的一种用煤和球团（块矿）生产铁水 易被细小松散粉尘所堵塞，导致竖炉停产清空作业， 的炼铁新工艺，具有无焦或少焦治炼的特点田.伴 严重影响竖炉的生产效率.相关学者对引入AGD 随着治金反应器对高效率、低消耗、少环境污染等目 技术COREX竖炉内气流分布D、传热传质回以及 标的追求，COREX工艺经历了从年产40万t的C- 炉料下降及偏析行为0-切进行了详细研究，但关于 1000到年产150万tC-3000的大型化演变过程，其 围管内粉尘堵塞行为的相关信息较少.因此，有必 还原竖炉平均直径由4.83m扩大到8.2m.由于 要对引入AGD技术COREX竖炉围管堵塞过程进 行研究. 工业规模扩大，宝钢引进的第一套C-3000预还原 本文以宝钢COREX-3000竖炉为原型，建立几 竖炉中出现了煤气利用率低、金属化率不高、压差过 何相似比1：20的半周冷态物理模型，模拟研究竖炉 高等一系列问题，这些都与竖炉的中心煤气发展 围管粉尘初始堵塞位置及其演变过程，考察鼓风量、 不充分密切相关 排料速度、非工况排料等操作条件对围管粉尘堵塞 为改善竖炉中心煤气分布，宝钢引进的第二套 的影响.相关研究结果，为COREX竖炉抑制围管堵塞 COREX-3000熔融还原装置在第一套的基础上进行 技术对策的提出以及优化竖炉操作提供了理论依据. 了大量改进，其中最大的改造是在竖炉中引入areal gas distribution(AGD)技术，即在围管水平位置安装 1实验方法 AGD梁，利用炉料下行运动过程中在梁下方形成的 基于相似原理，建立相似比1：20的COREX一 无炉料煤气通道，将煤气导入竖炉中心.AGD梁的 3000预还原竖炉半周冷态模型.实验装置由模型本 安装，改善了还原竖炉中心煤气欠发展的缺点，部分 体、鼓风系统、喷粉系统、螺旋排料系统组成，其示意 还原煤气可通过AGD梁进入竖炉中心，有利于提高 图如图1(a)所示.为方便观测和采集数据，炉身本 竖炉的金属化率圆.但AGD梁的安装改变了竖炉 体采用有机玻璃制作，其中供风围管通道为台阶式 还原煤气的初始分布，影响炉料的下行，特别是围管 渐缩设计，供风主管近瑞围管截面积为27.5mm× (a料斗 382 流量计 炉型本体 430 Q 储气耀 393 鼓风机 W☑ 排料螺旋 密闭收料盆 h AGD煤气 导气槽煤气一 AGD人口 导气 图1装置示意图(a)和围管区域外观图(b)及围管供风示意图(c)(单位：mm) Fig.I Schematic diagram of the semi-cylindrical apparatus (a),outside view of bustle pipe (b),and schematic diagram of the gas distribution in bustle pipe(c）(unit:mm）

工程科学学报，第 40 卷，第 3 期 早实现商业化的一种用煤和球团( 块矿) 生产铁水 的炼铁新工艺，具有无焦或少焦冶炼的特点［3］． 伴 随着冶金反应器对高效率、低消耗、少环境污染等目 标的追求，COＲEX 工艺经历了从年产 40 万 t 的 C-- 1000 到年产 150 万 t C--3000 的大型化演变过程，其 还原竖炉平均直径由 4. 83 m 扩大到 8. 2 m［4］． 由于 工业规模扩大，宝钢引进的第一套 C--3000 预还原 竖炉中出现了煤气利用率低、金属化率不高、压差过 高等一系列问题［5］，这些都与竖炉的中心煤气发展 不充分密切相关． 图 1 装置示意图( a) 和围管区域外观图( b) 及围管供风示意图( c) ( 单位: mm) Fig． 1 Schematic diagram of the semi-cylindrical apparatus ( a) ，outside view of bustle pipe ( b) ，and schematic diagram of the gas distribution in bustle pipe ( c) ( unit: mm) 为改善竖炉中心煤气分布，宝钢引进的第二套 COＲEX--3000 熔融还原装置在第一套的基础上进行 了大量改进，其中最大的改造是在竖炉中引入 areal gas distribution ( AGD) 技术，即在围管水平位置安装 AGD 梁，利用炉料下行运动过程中在梁下方形成的 无炉料煤气通道，将煤气导入竖炉中心． AGD 梁的 安装，改善了还原竖炉中心煤气欠发展的缺点，部分 还原煤气可通过 AGD 梁进入竖炉中心，有利于提高 竖炉的金属化率［6］． 但 AGD 梁的安装改变了竖炉 还原煤气的初始分布，影响炉料的下行，特别是围管 易被细小松散粉尘所堵塞，导致竖炉停产清空作业， 严重影响竖炉的生产效率． 相关学者对引入 AGD 技术 COＲEX 竖炉内气流分布［7--8］、传热传质［9］以及 炉料下降及偏析行为［10--12］进行了详细研究，但关于 围管内粉尘堵塞行为的相关信息较少． 因此，有必 要对引入 AGD 技术 COＲEX 竖炉围管堵塞过程进 行研究． 本文以宝钢 COＲEX--3000 竖炉为原型，建立几 何相似比 1∶ 20 的半周冷态物理模型，模拟研究竖炉 围管粉尘初始堵塞位置及其演变过程，考察鼓风量、 排料速度、非工况排料等操作条件对围管粉尘堵塞 的影响． 相关研究结果，为 COＲEX 竖炉抑制围管堵塞 技术对策的提出以及优化竖炉操作提供了理论依据． 1 实验方法 基于相似原理，建立相似比 1 ∶ 20 的 COＲEX-- 3000 预还原竖炉半周冷态模型． 实验装置由模型本 体、鼓风系统、喷粉系统、螺旋排料系统组成，其示意 图如图 1( a) 所示． 为方便观测和采集数据，炉身本 体采用有机玻璃制作，其中供风围管通道为台阶式 渐缩设计，供风主管近端围管截面积为 27. 5 mm × · 053 ·

周恒等：COREX竖炉围管堵塞位置及其演变过程的物理模拟 ·351· 100mm,距离主管最远端围管截面积为27.5mm× 管堵塞进行的停炉清空周期每次约为45d,实验室 50mm,围管区域外观图如图1(b)所示.40个导气 模拟竖炉围管内的粉尘堵塞过程将粉尘喷吹流量进 槽与水平面呈66°，均匀布置在半周围管底部上， 行了加大.由于竖炉内气体流动状态达到第二自摸 AGD梁下方围管壁面上设有倒三角形AGD入口， 化区，湍流准则亦基本达到自摸化，因此雷诺数可不 鼓入围管的气粉两相流通过导气槽及AGD入口进 考虑.而表征惯性力与重力作用的弗鲁德数能满足 入竖炉内，竖炉围管供风示意图如图1（℃)所示.由 模型与原型的动力相似.所以实验所需供风量、排 于玉米颗粒物理特性，特别是表征颗粒流动的休止 料速度依据相似理论推导的弗鲁德数3计算得 角(0=36)约为焦炭(0=43.5)和球团(0=32) 到.需要指出的是，根据实际生产中熔炼率计算得 二者的平均值，因此本实验采用玉米颗粒来模拟炉 到物料下降速度，进而推导得到实验物料下降速度. 料.平均直径为90μm的玻璃微珠质量约等于75 此外，实验过程中测定螺旋转速与物料下降速度的 um实际粉尘质量，且竖炉实际生产中>70um尺寸 对应关系，因此本文将用螺旋排料转速表征炉内排 粉尘质量分数占总量的10%，该大尺寸粉尘颗粒容 料速度.本实验从鼓风量、排料速度、非工况排料等 易在填充床中沉积堵塞，因此，本实验采用此玻璃微 因素考察围管粉尘堵塞过程.实验条件如表1所 珠模拟实际粉尘.物理模型中，玉米颗粒床层空隙 示.实验过程可描述为：预还原竖炉内加入指定高 尺寸与粉尘粒径之比相对原型缩小，这会影响粉尘 度的填充床后，开始供风、排料，并于顶部加料，维持 在填充床中的沉积，加快粉尘在围管的堵塞，但是对 一定床层高度.当炉内运动状态稳定时，打开喷粉 粉尘在围管内的运动行为，特别是对粉尘在围管各 罐，调节引射气及流化气流量开始喷粉，同时开始计 导气槽的分布影响较小，不会直接影响粉尘在围管 时，每隔指定时间拍照.待喷粉罐粉尘喷吹完毕，停 的初始堵塞位置及堵塞演变过程 止计时，并停止供风、排料，最后对炉内粉尘含量进 引入AGD技术COREX竖炉实际生产中，因围 行测量 表1实验条件 Table 1 Experimental parameters 数值 床层高度/m 鼓风量/(m3h1) 排料速度/(rmin-)(thl) 实验 1.03 52,65,78 5.83,7.29,8.75 生产 20.60 188000,235000,282000 120,150,180 注：*前者单位为实验值，后者单位为生产数值 排料速度5.83r·min1条件下竖炉围管区域粉尘堆 2结果与讨论 积情况，其对应粉尘堆积轮廓如图3所示. 2.1围管堵塞过程 由图可知，在粉剂喷吹的初始阶段，粉剂随气流 为表征围管粉尘堆积的初始位置，对COREX 在围管区域运动，并通过导气槽及AGD入口进入竖 竖炉围管各导气槽进行编号，其中煤气主管入口正 炉填充床内.在此阶段，从9“导气槽开始到远端的 下方对应导气槽编号为1"，沿着围管顺时针旋转， 导气槽区间，有粉尘运动沉降在围管底部各导气槽 最远端编号为20"，AGD梁下方导气槽为5~7"，相 出口间的平台上.这主要是由于约60%还原煤气通 邻两导气槽夹角为4.5°.图2为鼓风量65m3h-1, 过AGD入口进入炉内，煤气通过AGD后围管 0 min min 12 min 图2鼓风量65m3-h1,排料速度5.83rmin1条件下围管粉尘分布 Fig.2 Distribution of powders in bustle pipe zone at blowing rate of65mhand discharging rate of 5.83min

周 恒等: COＲEX 竖炉围管堵塞位置及其演变过程的物理模拟 100 mm，距离主管最远端围管截面积为 27. 5 mm × 50 mm，围管区域外观图如图 1( b) 所示． 40 个导气 槽与水平面呈 66°，均匀布置在半周围管底部上， AGD 梁下方围管壁面上设有倒三角形 AGD 入口， 鼓入围管的气粉两相流通过导气槽及 AGD 入口进 入竖炉内，竖炉围管供风示意图如图 1( c) 所示． 由 于玉米颗粒物理特性，特别是表征颗粒流动的休止 角( θ = 36°) 约为焦炭( θ = 43. 5°) 和球团( θ = 32°) 二者的平均值，因此本实验采用玉米颗粒来模拟炉 料． 平均直径为 90 μm 的玻璃微珠质量约等于 75 μm 实际粉尘质量，且竖炉实际生产中 ＞ 70 μm 尺寸 粉尘质量分数占总量的 10% ，该大尺寸粉尘颗粒容 易在填充床中沉积堵塞，因此，本实验采用此玻璃微 珠模拟实际粉尘． 物理模型中，玉米颗粒床层空隙 尺寸与粉尘粒径之比相对原型缩小，这会影响粉尘 在填充床中的沉积，加快粉尘在围管的堵塞，但是对 粉尘在围管内的运动行为，特别是对粉尘在围管各 导气槽的分布影响较小，不会直接影响粉尘在围管 的初始堵塞位置及堵塞演变过程． 引入 AGD 技术 COＲEX 竖炉实际生产中，因围 管堵塞进行的停炉清空周期每次约为 45 d，实验室 模拟竖炉围管内的粉尘堵塞过程将粉尘喷吹流量进 行了加大． 由于竖炉内气体流动状态达到第二自摸 化区，湍流准则亦基本达到自摸化，因此雷诺数可不 考虑． 而表征惯性力与重力作用的弗鲁德数能满足 模型与原型的动力相似． 所以实验所需供风量、排 料速度依据相似理论推导的弗鲁德数［13--15］计算得 到． 需要指出的是，根据实际生产中熔炼率计算得 到物料下降速度，进而推导得到实验物料下降速度． 此外，实验过程中测定螺旋转速与物料下降速度的 对应关系，因此本文将用螺旋排料转速表征炉内排 料速度． 本实验从鼓风量、排料速度、非工况排料等 因素考察围管粉尘堵塞过程． 实验条件如表 1 所 示． 实验过程可描述为: 预还原竖炉内加入指定高 度的填充床后，开始供风、排料，并于顶部加料，维持 一定床层高度． 当炉内运动状态稳定时，打开喷粉 罐，调节引射气及流化气流量开始喷粉，同时开始计 时，每隔指定时间拍照． 待喷粉罐粉尘喷吹完毕，停 止计时，并停止供风、排料，最后对炉内粉尘含量进 行测量． 表 1 实验条件 Table 1 Experimental parameters 数值 床层高度/m 鼓风量/( m3 ·h － 1 ) 排料速度/( r·min － 1 ) ( t·h － 1 ) * 实验 1. 03 52，65，78 5. 83，7. 29，8. 75 生产 20. 60 188000，235000，282000 120，150，180 注: * 前者单位为实验值，后者单位为生产数值． 2 结果与讨论 图 2 鼓风量 65 m3 ·h － 1，排料速度 5. 83 r·min － 1条件下围管粉尘分布 Fig． 2 Distribution of powders in bustle pipe zone at blowing rate of 65 m3 ·h － 1 and discharging rate of 5. 83 r·min － 1 2. 1 围管堵塞过程 为表征围管粉尘堆积的初始位置，对 COＲEX 竖炉围管各导气槽进行编号，其中煤气主管入口正 下方对应导气槽编号为 1# ，沿着围管顺时针旋转， 最远端编号为 20# ，AGD 梁下方导气槽为 5# ～ 7# ，相 邻两导气槽夹角为 4. 5°． 图 2 为鼓风量 65 m3 ·h － 1， 排料速度 5. 83 r·min － 1条件下竖炉围管区域粉尘堆 积情况，其对应粉尘堆积轮廓如图 3 所示． 由图可知，在粉剂喷吹的初始阶段，粉剂随气流 在围管区域运动，并通过导气槽及 AGD 入口进入竖 炉填充床内． 在此阶段，从 9# 导气槽开始到远端的 导气槽区间，有粉尘运动沉降在围管底部各导气槽 出口间的平台上． 这主要是由于约 60% 还原煤气通 过 AGD 入口进入炉内［7--8］，煤气通过 AGD 后围管 · 153 ·

·352· 工程科学学报，第40卷，第3期 导气槽 10 12 14 16 18* 20 0,煤气入口 ◆-3min ◆一9min ★-15min ◆-21min AGD -27min 之◆ 45 54 63 角度/) 图3粉尘堆积轮廓图 Fig.3 Profile of the accumulation of dust 截面煤气速度会急剧减小.t=3min时，大量粉尘沉 0.20 积在8”~I2导气槽前端的填充床中，而AGD架梁 圆管下方对应导气槽以及围管远端的导气槽出口前 端堆积的粉尘较小.随着竖炉粉剂的继续喷吹， 0.15 8”~12导气槽前端的填充床空隙继续被细小粉堆 89% 积，形成一个初始沉积区，当该沉积区向下运动速度 0.10 小于其向上生长速度时，粉剂沉积区就会向上蔓延， 3.32 并将导气槽出口堵塞，甚至继续向上发展，将竖炉围 0.05 管区域堵塞.t=9min时围管8"~12导气槽出口已 被细小粉尘堆满，并向围管方向发展，对应围管底部 2499% 也被粉尘堆积.随着喷粉时间的继续，该堵塞区在 0.20 -0.15 -0.10 -0.05 围管内继续生长，并发展成山状式的粉剂堆积区，该 水平面x方向m 堆积区继续发展长大，峰尖向围管顶部生长，左侧堆 图4：=0.33m处静滞粉尘体积分数分布 角也继续变大，堆积区左侧堆角起始位置亦向围管 Fig.4 Distribution of static hold-up of powders at the height of : 0.33m 远端发展，远端14”及15导气槽也相继被粉尘堵 塞.由于实验室物理模拟所用喷粉罐容量限制，在 min'条件下竖炉围管区域粉尘堆积轮廓图.由图 确定围管粉尘初始堵塞位置及其演变过程后，粉尘 可知，在粉尘喷吹的初始阶段，粉尘在围管区域的运 喷吹在t=27min停止. 动行为与鼓风量65m3h-1,排料速度5.83rmin1 图4为鼓风量65m3·h-1,排料速度5.83r· 条件下粉尘的运动行为较为相似.大部分粉尘通过 min-时，z=0.33m处竖炉截面的静滞粉尘体积分 围管8”~12导气槽进入竖炉内部，围管内并未发生 数分布图.本文中，静滞粉尘体积分数H=V1/W2, 沉积堵塞现象.随着粉剂的继续喷吹，粉尘在8~ 其中V,为静滞粉尘体积，V,为静滞粉尘与填充颗粒 12导气槽前端填充床中继续沉降堆积，并形成沉积 体积之和.由图可知，竖炉炉墙边缘区域的静滞粉 区.由于竖炉排料速度的加快，沉积区跟随物料向 尘含量较高，而竖炉床层中心(x=0,y=0)区域静 下运动的速度亦加快，因此，在t=9min时，仅有 滞粉尘含量较低。主要原因是竖炉边壁处为围管导 9°~12"导气槽被细小粉尘堆满，并且围管底部被细 气槽出口，低速气一粉流进入竖炉填充床时，粉剂的 小粉尘堆积的高度也较排料速度5.83 r.min时的 渗流扩散能力较弱，且由于粉尘颗粒在空隙的相互 要低.随着粉剂的继续喷吹，围管内粉尘堵塞区形 作用，大部分粉尘在导气槽前端沉积堵塞，而竖炉中 貌继续发展，且受AGD架梁圆管的影响，部分粉尘 心区域距围管煤气入口较远，粉剂很难被气流带入 从架梁圆管顶部绕过后又反旋进入架梁圆管下方的 到该区域.若加快竖炉边壁处物料下降速度，可加 AGD入口，围管堵塞区的堆尖位置向围管主管方向 快边壁处静滞粉尘沉积区的下降，避免粉尘沉积区 偏移，最终7"~10导气槽完全被粉尘堆满.由于导 向导气槽方向发展，进而防止围管区域粉尘的堵塞. 气槽前端的粉尘沉积区向下运动和向上生长处在一 2.2排料速度对围管堵塞的影响 个动态平衡中，后续的堆积粉尘轮廓并未发生较大 图5为鼓风量65m3·h-1,排料速度7.29r· 变化

工程科学学报，第 40 卷，第 3 期 图 3 粉尘堆积轮廓图 Fig． 3 Profile of the accumulation of dust 截面煤气速度会急剧减小． t = 3 min 时，大量粉尘沉 积在 8# ～ 12# 导气槽前端的填充床中，而 AGD 架梁 圆管下方对应导气槽以及围管远端的导气槽出口前 端堆积的粉尘较小． 随着竖炉粉剂的继续喷吹， 8# ～ 12# 导气槽前端的填充床空隙继续被细小粉堆 积，形成一个初始沉积区，当该沉积区向下运动速度 小于其向上生长速度时，粉剂沉积区就会向上蔓延， 并将导气槽出口堵塞，甚至继续向上发展，将竖炉围 管区域堵塞． t = 9 min 时围管 8# ～ 12# 导气槽出口已 被细小粉尘堆满，并向围管方向发展，对应围管底部 也被粉尘堆积． 随着喷粉时间的继续，该堵塞区在 围管内继续生长，并发展成山状式的粉剂堆积区，该 堆积区继续发展长大，峰尖向围管顶部生长，左侧堆 角也继续变大，堆积区左侧堆角起始位置亦向围管 远端发展，远端 14# 及 15# 导气槽也相继被粉尘堵 塞． 由于实验室物理模拟所用喷粉罐容量限制，在 确定围管粉尘初始堵塞位置及其演变过程后，粉尘 喷吹在 t = 27 min 停止． 图 4 为鼓风量 65 m3 ·h － 1，排料速度 5. 83 r· min － 1时，z = 0. 33 m 处竖炉截面的静滞粉尘体积分 数分布图． 本文中，静滞粉尘体积分数 H = V1 /V2， 其中 V1为静滞粉尘体积，V2为静滞粉尘与填充颗粒 体积之和． 由图可知，竖炉炉墙边缘区域的静滞粉 尘含量较高，而竖炉床层中心( x = 0，y = 0) 区域静 滞粉尘含量较低． 主要原因是竖炉边壁处为围管导 气槽出口，低速气--粉流进入竖炉填充床时，粉剂的 渗流扩散能力较弱，且由于粉尘颗粒在空隙的相互 作用，大部分粉尘在导气槽前端沉积堵塞，而竖炉中 心区域距围管煤气入口较远，粉剂很难被气流带入 到该区域． 若加快竖炉边壁处物料下降速度，可加 快边壁处静滞粉尘沉积区的下降，避免粉尘沉积区 向导气槽方向发展，进而防止围管区域粉尘的堵塞． 2. 2 排料速度对围管堵塞的影响 图 5 为鼓风量 65 m3 ·h － 1，排料速度 7. 29 r· 图 4 z = 0. 33 m 处静滞粉尘体积分数分布 Fig． 4 Distribution of static hold-up of powders at the height of z = 0. 33 m min － 1条件下竖炉围管区域粉尘堆积轮廓图． 由图 可知，在粉尘喷吹的初始阶段，粉尘在围管区域的运 动行为与鼓风量 65 m3 ·h － 1，排料速度 5. 83 r·min － 1 条件下粉尘的运动行为较为相似． 大部分粉尘通过 围管 8# ～ 12# 导气槽进入竖炉内部，围管内并未发生 沉积堵塞现象． 随着粉剂的继续喷吹，粉尘在 8# ～ 12# 导气槽前端填充床中继续沉降堆积，并形成沉积 区． 由于竖炉排料速度的加快，沉积区跟随物料向 下运动的速度亦加快，因此，在 t = 9 min 时，仅有 9# ～ 12# 导气槽被细小粉尘堆满，并且围管底部被细 小粉尘堆积的高度也较排料速度 5. 83 r·min － 1时的 要低． 随着粉剂的继续喷吹，围管内粉尘堵塞区形 貌继续发展，且受 AGD 架梁圆管的影响，部分粉尘 从架梁圆管顶部绕过后又反旋进入架梁圆管下方的 AGD 入口，围管堵塞区的堆尖位置向围管主管方向 偏移，最终 7# ～ 10# 导气槽完全被粉尘堆满． 由于导 气槽前端的粉尘沉积区向下运动和向上生长处在一 个动态平衡中，后续的堆积粉尘轮廓并未发生较大 变化． · 253 ·

周恒等：COREX竖炉围管堵塞位置及其演变过程的物理模拟 ·353· 导气槽 10e 12年 14 16 180 20 煤气入口 75 9 min 50 15 min AGD 25 ◆-21min 27 min 9 18 27 45 气4 63 72 81 角度(9 图5鼓风量65m3hl,排料速度7.29 r*min-时粉尘堆积轮廓图 Fig.5 Profile of the accumulation of dust at blowing rate of 65 mhand discharging rate of 7.29rmin 图6为鼓风量65m3·h1,排料速度8.75r· 隙度亦变大，粉尘分布会变得较弥散，因此，在初始 min'条件下竖炉围管区域粉尘堆积情况.从图6 阶段导气槽前端的沉积区变小.随着粉剂的继续喷 可以看出，t=1min时，大部分细小粉尘通过围管的 吹，t=6min时，导气槽前端的沉积区并没有继续长 8”~12导气槽进入竖炉内部（图中红线标注区），这 大并向围管方向发展.主要原因是由于排料速度的 与排料速度5.83r·min-及7.29r·min-时的喷粉 加快，粉尘沉积区随物料向下运动的速度大于其向 初始阶段较为相似，只是随着排料速度的加快，物料 上生长的速度.随着粉剂的继续喷吹，炉内的粉剂 下降速度增加，相应会对填充床初始空隙度有较大 沉积区较难向上部导气槽出口发展，围管内不存在 影响.随着排料速度的加快，导气槽前端填充床空 粉尘堵塞的情况. 6min 12 min 图6鼓风量65m3.h1,排料速度8.75rmin1时围管粉尘分布 Fig.6 Profile of the accumulation of dust at blowing rate of 65mhand discharging rate of 8.75rmin 实际生产过程中，随着熔炼率的逐渐提高，炉况 围管内形成的粉剂堆积区明显偏大，说明随着气体 趋好，围管堵塞周期变长，发生粉尘堵塞的频率降 流量的减小，粉剂较难被吹入到围管远端的导气槽 低.通过不同排料速度下围管粉尘堵塞行为的物理 中，大部分粉尘通过近端导气槽进入竖炉.因此，鼓 模拟亦发现，随着排料速度加快，炉内粉尘沉积后随 风量52m3·h-1时，8~12导气槽鼓入粉剂流量高 物料下降速度加快，围管内堵塞区减小甚至不存在 于鼓风量65m3h1时的粉剂流量，导致同一时刻围 围管堵塞现象.围管堵塞的初始位置为AGD架梁 管内粉剂堆积区增大.随着粉剂的继续喷吹，围管 圆管前段的8”~12导气槽出口. 内的粉剂堆积区继续长大，由于围管8"~12"导气槽 2.3鼓风量对围管堵塞的影响 已经被粉尘堵塞，粉尘可被还原煤气吹入到围管远 图7为鼓风量52m3·h-1,排料速度7.29r· 端的导气槽中.t=15min时，近端的6"、7"以及远端 min条件下竖炉围管区域粉尘堆积轮廓图.由图 的14、15导气槽煤气出口也相继被细小粉尘堵塞. 可知，t=3min时，从8"导气槽开始有粉尘运动堆积 图8为鼓风量78m3·h-,排料速度7.29r· 在围管底部导气槽间的平台上，且由于鼓风量仅为 min条件下竖炉围管区域粉尘堆积情况.由图可 52m3·h-',实验发现较少的粉尘通过远端的导气槽 知，在粉剂喷吹初期(0~3min),粉剂在围管远端 入口进入炉内，大部分粉剂通过8~12"导气槽进入 12"导气槽开始有粉尘运动至围管底部的平台上，在 竖炉.9min时，7~13导气槽前端填充床中物料空 8”~17"导气槽前端填充床中有大量粉尘沉积，说明 隙己被粉剂堆满，沉积区向上发展并将导气槽出口 随着气体流量的增大，粉剂可随气流进入到竖炉远 堵塞，在围管内形成粉剂堆积区.相较图5鼓风量 端导气槽中.随着粉剂的继续喷吹，粉剂继续在填 65m3h1,排料速度7.29rmin-条件，t=9min时 充床中沉积，由于鼓风量的增大，粉剂在围管各导气

周 恒等: COＲEX 竖炉围管堵塞位置及其演变过程的物理模拟 图 5 鼓风量 65 m3 ·h － 1，排料速度 7. 29 r·min － 1时粉尘堆积轮廓图 Fig． 5 Profile of the accumulation of dust at blowing rate of 65 m3 ·h － 1 and discharging rate of 7. 29 r·min － 1 图 6 为鼓风量 65 m3 ·h － 1，排料速度 8. 75 r· min － 1条件下竖炉围管区域粉尘堆积情况． 从图 6 可以看出，t = 1 min 时，大部分细小粉尘通过围管的 8# ～ 12# 导气槽进入竖炉内部( 图中红线标注区) ，这 与排料速度 5. 83 r·min － 1及 7. 29 r·min － 1时的喷粉 初始阶段较为相似，只是随着排料速度的加快，物料 下降速度增加，相应会对填充床初始空隙度有较大 影响． 随着排料速度的加快，导气槽前端填充床空 隙度亦变大，粉尘分布会变得较弥散，因此，在初始 阶段导气槽前端的沉积区变小． 随着粉剂的继续喷 吹，t = 6 min 时，导气槽前端的沉积区并没有继续长 大并向围管方向发展． 主要原因是由于排料速度的 加快，粉尘沉积区随物料向下运动的速度大于其向 上生长的速度． 随着粉剂的继续喷吹，炉内的粉剂 沉积区较难向上部导气槽出口发展，围管内不存在 粉尘堵塞的情况． 图 6 鼓风量 65 m3 ·h － 1，排料速度 8. 75 r·min － 1时围管粉尘分布 Fig． 6 Profile of the accumulation of dust at blowing rate of 65 m3 ·h － 1 and discharging rate of 8. 75 r·min － 1 实际生产过程中，随着熔炼率的逐渐提高，炉况 趋好，围管堵塞周期变长，发生粉尘堵塞的频率降 低． 通过不同排料速度下围管粉尘堵塞行为的物理 模拟亦发现，随着排料速度加快，炉内粉尘沉积后随 物料下降速度加快，围管内堵塞区减小甚至不存在 围管堵塞现象． 围管堵塞的初始位置为 AGD 架梁 圆管前段的 8# ～ 12# 导气槽出口． 2. 3 鼓风量对围管堵塞的影响 图 7 为鼓风量 52 m3 ·h － 1，排料速度 7. 29 r· min － 1条件下竖炉围管区域粉尘堆积轮廓图． 由图 可知，t = 3 min 时，从 8# 导气槽开始有粉尘运动堆积 在围管底部导气槽间的平台上，且由于鼓风量仅为 52 m3 ·h － 1，实验发现较少的粉尘通过远端的导气槽 入口进入炉内，大部分粉剂通过 8# ～ 12# 导气槽进入 竖炉． 9 min 时，7# ～ 13# 导气槽前端填充床中物料空 隙已被粉剂堆满，沉积区向上发展并将导气槽出口 堵塞，在围管内形成粉剂堆积区． 相较图 5 鼓风量 65 m3 ·h － 1，排料速度 7. 29 r·min － 1条件，t = 9 min 时 围管内形成的粉剂堆积区明显偏大，说明随着气体 流量的减小，粉剂较难被吹入到围管远端的导气槽 中，大部分粉尘通过近端导气槽进入竖炉． 因此，鼓 风量 52 m3 ·h － 1时，8# ～ 12# 导气槽鼓入粉剂流量高 于鼓风量 65 m3 ·h － 1时的粉剂流量，导致同一时刻围 管内粉剂堆积区增大． 随着粉剂的继续喷吹，围管 内的粉剂堆积区继续长大，由于围管 8# ～ 12# 导气槽 已经被粉尘堵塞，粉尘可被还原煤气吹入到围管远 端的导气槽中． t = 15 min 时，近端的 6# 、7# 以及远端 的 14# 、15# 导气槽煤气出口也相继被细小粉尘堵塞． 图 8 为鼓风量 78 m3 ·h － 1，排料速度 7. 29 r· min － 1条件下竖炉围管区域粉尘堆积情况． 由图可 知，在粉剂喷吹初期( 0 ～ 3 min) ，粉剂在围管远端 12# 导气槽开始有粉尘运动至围管底部的平台上，在 8# ～ 17# 导气槽前端填充床中有大量粉尘沉积，说明 随着气体流量的增大，粉剂可随气流进入到竖炉远 端导气槽中． 随着粉剂的继续喷吹，粉剂继续在填 充床中沉积，由于鼓风量的增大，粉剂在围管各导气 · 353 ·

·354· 工程科学学报，第40卷，第3期 导气槽 10 12 14 16 18 20 ◆一3min 50 -9 min -15 min AGD 25 -21 min 27 min 9 18 45 54 63 72 81 90 角度) 图7鼓风量52m3h,排料速度7.29 rmin-时粉尘堆积轮廓图 Fig.7 Profile of the accumulation of dust at blowing rate of 52 m3.h-and discharging rate of 7.29 rmin- 9 min 15 图8鼓风量78m3.h1,排料速度7.29rmin1时围管粉尘分布 Fig.8 Profile of the accumulation of dust at blowing rate of 78 mhand discharging rate of 7.29rmin 槽中的粉剂流量变小，因此填充床中粉剂沉积区向 因此，导气槽前端粉尘沉积速度大于其随物料的下 上发展生长速度小于鼓风量52及65m3h1时的速 降速度，粉剂沉积区迅速向导气槽方向发展，并快速 度.所以，在实验过程中未发现围管区域堵塞现象。 将导气槽出口堵塞，最终向上发展至围管内，在围管 2.4非工况排料对围管堵塞的影响 底部形成堆积区. 图9为鼓风量78m3·h-1,排料速度7.29r· 由上分析可知，鼓风量78m3·h-,排料速度 min条件下，竖炉非正常排料时围管区域粉尘堆积 7.29rmin-1时，炉内的粉尘堆积达到动态平衡，沉 情况.由图可知，在15~l8min时竖炉导气槽前端 降粉尘不向导气槽方向发展.但当炉内非工况条件 粉尘沉积区向下运动速度与向上发展速度达到动态 发生时，粉尘堆积的动态平衡被打破，粉尘沉积区向 平衡，导气槽前端的粉尘沉积区不向上发展，围管区 上发展速度大于其向下运动速度，造成围管内粉尘 域没有粉尘的堵塞堆积情况.19min时，l0导气槽 的堆积堵塞.因此，实际生产过程中保证炉况顺行， 正下方螺旋排料电机转速降低，使得螺旋正上方物 减少炉内非工况条件的发生，可有效减少炉内围管 料下降速度降低，粉尘沉积区向下运动速度降低. 区域粉尘堵塞 18 min ⊙ 20 min 21 min 22m 图9非正常排料时围管粉剂分布 Fig.9 Distribution of powders in bustle pipe zone under abnormal discharging

工程科学学报，第 40 卷，第 3 期 图 7 鼓风量 52 m3 ·h － 1，排料速度 7. 29 r·min － 1时粉尘堆积轮廓图 Fig． 7 Profile of the accumulation of dust at blowing rate of 52 m3 ·h － 1 and discharging rate of 7. 29 r·min － 1 图 8 鼓风量 78 m3 ·h － 1，排料速度 7. 29 r·min － 1时围管粉尘分布 Fig． 8 Profile of the accumulation of dust at blowing rate of 78 m3 ·h － 1 and discharging rate of 7. 29 r·min － 1 槽中的粉剂流量变小，因此填充床中粉剂沉积区向 上发展生长速度小于鼓风量 52 及 65 m3 ·h － 1时的速 度． 所以，在实验过程中未发现围管区域堵塞现象． 图 9 非正常排料时围管粉剂分布 Fig． 9 Distribution of powders in bustle pipe zone under abnormal discharging 2. 4 非工况排料对围管堵塞的影响 图 9 为鼓风量 78 m3 ·h － 1，排料速度 7. 29 r· min － 1条件下，竖炉非正常排料时围管区域粉尘堆积 情况． 由图可知，在 15 ～ 18 min 时竖炉导气槽前端 粉尘沉积区向下运动速度与向上发展速度达到动态 平衡，导气槽前端的粉尘沉积区不向上发展，围管区 域没有粉尘的堵塞堆积情况． 19 min 时，10# 导气槽 正下方螺旋排料电机转速降低，使得螺旋正上方物 料下降速度降低，粉尘沉积区向下运动速度降低． 因此，导气槽前端粉尘沉积速度大于其随物料的下 降速度，粉剂沉积区迅速向导气槽方向发展，并快速 将导气槽出口堵塞，最终向上发展至围管内，在围管 底部形成堆积区． 由上分析可知，鼓风量 78 m3 ·h － 1，排料速度 7. 29 r·min － 1时，炉内的粉尘堆积达到动态平衡，沉 降粉尘不向导气槽方向发展． 但当炉内非工况条件 发生时，粉尘堆积的动态平衡被打破，粉尘沉积区向 上发展速度大于其向下运动速度，造成围管内粉尘 的堆积堵塞． 因此，实际生产过程中保证炉况顺行， 减少炉内非工况条件的发生，可有效减少炉内围管 区域粉尘堵塞． · 453 ·

周恒等：COREX竖炉围管堵塞位置及其演变过程的物理模拟 ·355· 2.5围管堵塞演变分析 气携带粉尘在该区不断沉积，沉积区有向围管方向 通过对COREX竖炉围管堵塞物理实验研究发 的生长速度.若向上发展速度“m大于向下运动速 现，由于围管区域AGD架梁圆管的存在，直接影响 度uam时，粉尘沉积区向围管方向发展，并逐步堵塞 粉尘在围管的运动行为，特别是经架梁圆管项部运 围管导气槽，进而在围管内形成粉尘堆积区.随着 动的粉尘在绕过圆管后，在惯性作用下大部分粉尘 粉尘的继续增加，粉尘堆积区在围管内继续长大，粉 通过圆管前端的8”~12”导气槽进入炉内，该区域是 堆堆脚向围管远端运动，从而逐步将远端导气槽堵 围管发生堵塞的初始区域.竖炉填充床中初始沉积 塞，最后围管区域全部被粉尘堵塞.引入AGD技术 区形成后，该区随物料向竖炉下部运动，同时还原煤 C0REX竖炉围管堵塞过程示意图如图10所示. 煤气入口 气粉流 90° AGD 竖炉围管 8*-12导气槽 初始沉积区 竖炉填充床 图10竖炉围管堵塞示意图 Fig.10 Schematic diagram of the accumulation of powders in bustle pipe of shaft fumace 基于COREX竖炉围管区域粉尘堵塞演变过程 (3)随着竖炉鼓风量的增大，炉内粉尘初始沉 分析，抑制围管粉尘堵塞行为的主要技术手段或方 积区由8~12"区域向8~17导气槽区域扩展，但 向可概括为：(1)优化竖炉中心供气方式.为提高 其生长速度变慢：随着鼓风量继续增大，AGD架梁 围管导气槽煤气比例，可减少AGD梁数量为单根， 圆管前端导气槽出口的粉剂相对流量减小，围管不 甚至可取消AGD梁，开发竖炉底部导流锥中心供气 易发生堵塞 方式：(2)优化围管结构.为增加还原煤气在围管 (4)当炉内非工况条件发生时，粉尘堆积的动 空腔及导气槽出口的气体流速，可适当减小围管截 态平衡被打破，粉尘堆积速度大于其向下运动速度， 面积和导气槽煤气出口截面积，增加围管截面的气 造成围管内粉尘的堆积堵塞.因此，实际生产过程 粉输送速度：(3)强化热旋风除尘效率.加强热旋 中保证炉况顺行，减少炉内非工况条件发生，以减少 风除尘器的运行维护与排灰作业，提高除尘率，降低 炉内围管区域粉尘堵塞. 煤气的含尘率 参考文献 3结论 Kurunov I F.The direct production of iron and altematives to the (I)COREX竖炉围管初始堵塞位置为AGD架 blast furnace in iron metallurgy for the 21st century.Metallurgist, 2010,54(56)：335 梁圆管前方的8”~12导气槽区域.形成初始堆积 2] Qu Y X,Yang Y X,Zou ZS,et al.Thermal decomposition be- 区后，随着其逐渐长大，粉堆堆脚向围管远端运动， haviour of fine iron ore particles.ISI/Int,2014,54(10):2196 从而逐步将远端导气槽堵塞，最后围管区域全部被 B]Zhou Y S.Review of current development of coal-based smelting 粉尘堵塞 reduction Ironmaking process.Iron Steel,2005,40(11):1 (2)COREX竖炉排料速度直接影响围管内粉 (周渝生.煤基熔融还原炼铁新工艺开发现状评述.钢铁， 尘的堆积，排料速度5.83rmin时，围管内粉尘堆 2005,40(11):1) 4] Zhu M Y.Modern Metallurgy Ferrous Metallurgy).Beijing: 积堵塞，随着排料速度加快，炉内粉尘沉积后随物料 Metallurgical Industry Press,2005 下降速度加快，围管内堵塞沉积区面积减小，排料速 (朱苗勇.现代治金学（钢铁治金卷）.北京：治金工业出版 度8.75rmin时，围管内不存在堵塞现象. 社，2005)

周 恒等: COＲEX 竖炉围管堵塞位置及其演变过程的物理模拟 2. 5 围管堵塞演变分析 通过对 COＲEX 竖炉围管堵塞物理实验研究发 现，由于围管区域 AGD 架梁圆管的存在，直接影响 粉尘在围管的运动行为，特别是经架梁圆管顶部运 动的粉尘在绕过圆管后，在惯性作用下大部分粉尘 通过圆管前端的 8# ～ 12# 导气槽进入炉内，该区域是 围管发生堵塞的初始区域． 竖炉填充床中初始沉积 区形成后，该区随物料向竖炉下部运动，同时还原煤 气携带粉尘在该区不断沉积，沉积区有向围管方向 的生长速度． 若向上发展速度 uup大于向下运动速 度 udown时，粉尘沉积区向围管方向发展，并逐步堵塞 围管导气槽，进而在围管内形成粉尘堆积区． 随着 粉尘的继续增加，粉尘堆积区在围管内继续长大，粉 堆堆脚向围管远端运动，从而逐步将远端导气槽堵 塞，最后围管区域全部被粉尘堵塞． 引入 AGD 技术 COＲEX 竖炉围管堵塞过程示意图如图 10 所示． 图 10 竖炉围管堵塞示意图 Fig． 10 Schematic diagram of the accumulation of powders in bustle pipe of shaft furnace 基于 COＲEX 竖炉围管区域粉尘堵塞演变过程 分析，抑制围管粉尘堵塞行为的主要技术手段或方 向可概括为: ( 1) 优化竖炉中心供气方式． 为提高 围管导气槽煤气比例，可减少 AGD 梁数量为单根， 甚至可取消 AGD 梁，开发竖炉底部导流锥中心供气 方式; ( 2) 优化围管结构． 为增加还原煤气在围管 空腔及导气槽出口的气体流速，可适当减小围管截 面积和导气槽煤气出口截面积，增加围管截面的气 粉输送速度; ( 3) 强化热旋风除尘效率． 加强热旋 风除尘器的运行维护与排灰作业，提高除尘率，降低 煤气的含尘率． 3 结论 ( 1) COＲEX 竖炉围管初始堵塞位置为 AGD 架 梁圆管前方的 8# ～ 12# 导气槽区域． 形成初始堆积 区后，随着其逐渐长大，粉堆堆脚向围管远端运动， 从而逐步将远端导气槽堵塞，最后围管区域全部被 粉尘堵塞． ( 2) COＲEX 竖炉排料速度直接影响围管内粉 尘的堆积，排料速度 5. 83 r·min － 1时，围管内粉尘堆 积堵塞，随着排料速度加快，炉内粉尘沉积后随物料 下降速度加快，围管内堵塞沉积区面积减小，排料速 度 8. 75 r·min － 1时，围管内不存在堵塞现象． ( 3) 随着竖炉鼓风量的增大，炉内粉尘初始沉 积区由 8# ～ 12# 区域向 8# ～ 17# 导气槽区域扩展，但 其生长速度变慢; 随着鼓风量继续增大，AGD 架梁 圆管前端导气槽出口的粉剂相对流量减小，围管不 易发生堵塞． ( 4) 当炉内非工况条件发生时，粉尘堆积的动 态平衡被打破，粉尘堆积速度大于其向下运动速度， 造成围管内粉尘的堆积堵塞． 因此，实际生产过程 中保证炉况顺行，减少炉内非工况条件发生，以减少 炉内围管区域粉尘堵塞． 参 考 文 献 ［1］ Kurunov I F． The direct production of iron and alternatives to the blast furnace in iron metallurgy for the 21st century． Metallurgist， 2010，54( 5-6) : 335 ［2］ Qu Y X，Yang Y X，Zou Z S，et al． Thermal decomposition be￾haviour of fine iron ore particles． ISIJ Int，2014，54( 10) : 2196 ［3］ Zhou Y S． Ｒeview of current development of coal-based smelting reduction Ironmaking process． Iron Steel，2005，40( 11) : 1 ( 周渝生． 煤基熔融还原炼铁新工艺开发现状评述． 钢铁， 2005，40( 11) : 1) ［4］ Zhu M Y． Modern Metallurgy ( Ferrous Metallurgy ) ． Beijing: Metallurgical Industry Press，2005 ( 朱苗勇． 现代冶金学( 钢铁冶金卷) ． 北京: 冶金工业出版 社，2005) · 553 ·

·356· 工程科学学报，第40卷，第3期 [Li W G.Operation status quo and technical problems of COREX- nace.J0M,2014,66(7):1265 3000.Baosteel Technol,2008(6):11 [10]Zhou H,Luo Z G,Zou Z S,et al.Experimental study on burden (李维国.C0REX3000生产现状和存在问题的分析.宝钢技 descending behavior in COREX shaft fumace with AGD beams. 术，2008(6)：11) Steel Res Int,2015,86(9):1073 6]Lin JJ.Song WG,Xia W Y.Progress and improving directions [11]Zhou H,Luo Z G,Zhang T,et al.Analyses of solid flow in of COREX-3000 in Baosteel /5th Baosteel Biennial Academic COREX shaft furnace with AGD by discrete element method. Conference,SSTLPH.Shanghai,2013:A499 fronmaking Steelmaking,2015,42(10):774 (林金嘉，宋文刚，夏文尧.宝钢C0REX-3000的生产技术进 [12]Zhou H,Luo Z G,Zhang T,et al.DEM study of solid flow in 步和改进方向11第五届宝钢学术年会文集.上海，2013： COREX shaft furnace with areal gas distribution beams.IS//Int, A499) 2016,56(2):245 Xu H,Li X Q,Lin J J,et al.3D numerical simulation of gas flow [13]Ichida M,Nishihara K,Tamura K,et al.Influence of ore/coke distribution in COREX shaft furnace.World fron Steel,2012 (1):15 distribution on descending and melting behavior of burden in blast (徐辉，李晓清，林金嘉，等.COREX竖炉内煤气流分布的三 fumace..ISJ1mt,1991,31(5):505 维数值模拟.世界钢铁，2012(1)：15) [14]Takahashi H,Tanno M,Katayama J.Burden descending behav- Zhou H.Luo ZG.Zhang T,et al.3D numerical simulation of the iour with renewal of deadman in a two dimensional cold model of influence of AGD beams on gas distribution in COREX-3000 shaft blast furnace.IS/J Int,1996,36(11)1354 furnace.Ade Mater Res,2013,712715:1268 [15]Wright B,Zulli P,Zhou Z Y,et al.Gas-solid flow in an iron- 9]Wu S L,Du K P,Xu J,et al.Numerical analysis on effect of are- making blast furnace:physical modelling.Pocder Technol, al gas distribution pipe on characteristics inside COREX shaft fur- 2011,208(1):86

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