煤粉喷吹使高炉风口磨损的预测模型

D0I:10.13374/j.issn1001-053x.1994.02.003 第16卷第2期 北京科技大学学报 Vol.16 No.2 19944 Journal of University of Science and Technology Beijing Apr.1994 煤粉喷吹使高炉风口磨损的预测模型+ 丁玉龙杨天钧苍大强 北京科技大学冶金系，北京100083 摘要本文分析了喷吹煤粉对高炉风口的磨损机理，建立了预测风口磨损的数学模型，并对模型 进行了求解.结果表明，风口因磨损而破损的寿命与喷吹量、风口材质、风口几何尺寸及热风速 度等因素有关， 关键词高炉，风口/磨损，煤粉喷吹 中图分类号TF538.6,TF573.7,TH117.1 A Mathematical Model to Predict the Erosion of BF Tuyere Due to the Pulverized Coal Injection+ Ding Yulong Yang Tianjun Cang Daqiang Department of Metallurgy,USTB,Beijing,100083,PRC ABSTRACT The mechanisms of BF tuyere erosion due to pulverized coal injection (PCI)was analysed and a mathematical model was developed to predict the erosion.The calculated results of the model show that the service life of the tuyere due to PCI erosion has a very close rela- tion with injection rate,characteristics of tuyere materials,geometrical shape of the tuyere and blast velocity etc. KEY WORDS blast furnace,tuyere /erosion,pulverized coal injection 高炉喷煤作为增铁节焦极为有效的措施，近年来有了长足的发展，特别是氧煤枪的出 现，使得单风口单枪能力可达2t/h山.由于直吹管内高温(~1000℃)，热风速度很高 (~200m/s,在这样大喷吹量下，煤粉对高炉风口的磨损必然非常严重.目前人们对煤粉 磨损风口的认识尚停留在定性描述阶段[，本文的目的旨在深入分析煤粉对风口磨损的机 理，建立预测风口磨损的数学模型， 1煤粉磨损风口的机理 磨损是在相对运动的接触面上，材料逐渐分离和损耗的过程·按照其特征，磨损可分为 1993-07-01收稿第一作者丁玉龙31岁副教授颈士 +国家85攻关资助项日(85-501-04-01-01)

第 卷 第 期 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 帅 声 煤粉 喷吹使高炉风 口 磨损 的预测模型 十 丁 玉 龙 杨 天 钧 苍 大 强 北 京 科 技大 学 冶 金 系 ， 北 京 侧 唱 摘要 本 文分析 了 喷吹煤粉 对高炉 风 口 的磨 损机理 ， 建立 了 预测 风 口 磨损 的数学模型 ， 并 对模型 进行 了求解 结果 表 明 ， 风 口 因磨损而破损的寿命与 喷吹量 、 风 口 材质 、 风 口 几何尺寸及热风速 度等 因素有 关 关键词 高炉 ， 风 口 磨损 ， 煤粉 喷吹 中图分类号 ， ， 叼 。 夕 丑 夕 众 飞 ， ， 加」 ， 幻 ， 长尤 匹沮 掀 翅 工旧 认吸 五 目 翎 】 ， 二 ， 俪 ， ， 山曰 高炉 喷煤 作 为增 铁节焦极 为有 效 的措 施 ， 近 年 来 有 了 长 足 的 发 展 ， 特别 是 氧 煤 枪 的 出 现 ， 使 得 单风 口 单枪 能 力 可 达 由 于 直 吹 管 内 高 温 一 ℃ ， 热 风 速 度 很 高 一 ， 在 这 样 大 喷 吹量下 ， 煤粉 对 高炉 风 口 的磨 损 必 然 非 常 严 重 目前 人 们 对 煤 粉 磨 损 风 口 的认 识 尚停 留在 定性 描述 阶段 “ 本 文 的 目的 旨在 深 人分 析煤粉对风 口 磨 损 的机 理 ， 建 立 预 测 风 口 磨 损 的数学模 型 煤粉磨损风 口 的机理 磨损是 在相 对运 动 的接 触面上 ， 材料逐 渐 分离和损耗 的过程 按 照其特征 ， 磨损 可分 为 卯 一 一 收稿 第 一 作 者 丁 玉 龙 岁 副教 授 硕 士 十 国 家 攻 关 资助 项 目 一 刃 一 以 一 一 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1994．02．003

第2期 丁玉龙等：煤粉喷吹使高炉风口磨损的预测模型 .113, 粘着磨损、磨粒磨损、表面疲劳磨损和冲击磨损等].根据煤粉喷吹和风口区的流动特点可 知，喷吹煤粉对风口的磨损包括冲击磨损、表面疲劳磨损和磨粒磨损等3种机理. 1.1冲击磨损 当煤粉从喷枪喷人直吹管后，由于热风与煤粉之间的湍流作用，使煤粉很快弥散（对带 有旋流的喷枪，这种弥散更强烈)，形成了稀相的气固两相高速流动(~200m/s),当煤粉 一热风流高速流过风口内壁时，煤粒在气动力作用下，有些会嵌人风口壁面，并在风口壁 产生犁沟，除了部分形成切屑外，大部分是把壁面材料推向两侧和前部而形成隆脊，接着而 来的煤粒又把隆脊辗平.如此反复进行的犁沟、隆脊辗压过程导致风口壁面裂纹成核、扩展， 最后使风口破损. 很显然，冲击磨损是由于风口表面材料的多次塑变而产生， 1.2表面疲劳磨损 表面疲劳磨损是由于煤粉颗粒在壁面处的滚动和滑动而产生.它与冲击磨损不同，冲击 磨损是由于煤粉颗粒受法向和切向气动力的作用冲击壁面而产生的；它也与材料的整体疲劳 不同，表面疲劳不存在材料整体疲劳的疲劳极限. 煤粉颗粒在壁面处的运动方式有滚动和滑动，其结果是对风口壁面施加了一个随机的交 变的摩擦力，从而使处于颗粒前部的材料受压，后部的材料受拉，周而复始会使壁面材料疲 劳，形成表面或亚表面裂纹「)，致使壁面磨损· 1.3磨粒磨损 磨粒磨损包括正冲击磨粒磨损和斜冲击磨粒磨损，后者是由于煤粉颗粒的不规则形状而 引起，它与斜冲击磨损的区别在于颗粒冲击壁面的循环次数n不同.斜冲击磨粒磨损=1； 冲击磨损1<<o【).斜冲击磨粒磨损时，颗粒如“车刀”似地将风口“车掉”，有时又 称为微切削磨损。 正冲击磨粒磨损是由于煤粉颗粒冲击风口表面时，材料所受的最大应力不在风口表面， 而在离表面很薄的一层里[6].此处最大的应力如超过材料的损坏极限，则会导致表面的剥 落· 以上3种机理在风口磨损的过程中同时存在，只不过在不同的情况下（如煤粉硬度、风 口材质等)，显示各自的重要性.此外，煤粉磨损也与风口焊接质量有关1. 2煤粉磨损风口的数学模型 2.1基本假设与合理性分析 (1)假设煤粉流与热风之间的动量、热量及质量传递强烈，当煤粉和喷吹风到达风口 处时，与热风已完全混合，形成了充分发展的气固两相流·文献[8]通过对直吹管内煤粉浓 度场的研究表明，在氧煤枪出口前端约2.5倍的直吹管直径（约为350mm)处，截面煤粉 浓度分布趋于充分发展.文献[9,10]通过对直吹管内流场的研究表明，直吹管内速度分

第 期 丁 玉龙等 煤粉 喷吹使高炉 风 口 磨损的预侧模型 粘着磨损 、 磨粒磨损 、 表 面疲 劳磨损 和 冲击磨损等 根据煤粉喷吹和 风 口 区 的流动特点 可 知 ， 喷吹煤粉对风 口 的磨损 包括冲击磨 损 、 表 面疲 劳磨损和磨粒磨损等 种 机理 冲击磨损 当煤粉从喷枪 喷人直 吹管后 ， 由于 热风 与煤粉之 间的湍流作用 ， 使煤粉很快弥散 对 带 有旋流 的喷枪 ， 这种 弥散更强 烈 ， 形成 了稀相 的气固两相 高速流动 一 当煤 粉 一 热风流高 速流过风 口 内壁 时 ， 煤 粒在气动力作用 下 ， 有 些 会嵌 人 风 口 壁 面 ， 并 在 风 口 壁 产生犁沟 ， 除 了部分形 成切 屑外 ， 大部分是把壁 面材料推 向两侧和前部而形成 隆脊 ， 接着而 来的煤粒又 把隆脊辗平 如此反复进行 的犁 沟 、 隆脊辗压过程 导致风 口 壁 面 裂 纹 成 核 、 扩 展 ， 最后使风 口 破损 很显然 ， 冲击磨损是 由于 风 口 表 面材料 的多 次塑变而产生 表面疲劳磨损 表 面疲 劳磨损是 由于 煤粉颗粒在壁 面处的滚 动和滑 动而产生 它 与冲击磨损不 同 ， 冲 击 磨损是 由于煤粉颗粒受法 向和切 向气动力 的作用 冲击壁 面而产生 的 它也 与材料 的整 体疲劳 不 同 ， 表面疲劳不存在材料整 体疲劳的疲劳极 限 ‘ 煤粉颗粒在壁 面处的运动方式有 滚动 和滑动 其结果是 对风 口 壁 面施加 了一个 随机 的交 变的摩擦力 ， 从而使处于 颗粒前部的材料受压 ， 后部 的材料受拉 ， 周而 复始会使壁 面材料疲 劳 ， 形成表面或亚表 面裂纹 ， 致使壁 面磨损 磨粒磨损 磨粒磨损 包括正 冲击磨粒磨损和斜冲 击磨粒磨 损 后 者是 由于 煤粉颗粒的不规则形状而 引起 它 与斜冲 击 磨 损 的 区 别 在 于 颗粒 冲 击 壁 面 的循 环 次数 不 同 斜冲击磨粒 磨 损 冲击磨损 的 斜冲击磨粒 磨 损 时 ， 颗 粒 如 “ 车 刀 ” 似 地 将 风 口 “ 车 掉 ” ， 有 时 又 称为微切 削磨损 。 正 冲击磨粒磨损是 由于 煤粉颗粒冲击风 口 表 面 时 ， 材料所受 的 最 大 应力 不 在 风 口 表 面 ， 而在离表 面很薄 的一层 里 「 此处最大 的应 力 如 超 过 材 料 的损 坏 极 限 ， 则 会 导 致 表 面 的剥 落 以上 种 机理在 风 口 磨损 的过程 中同时存在 ， 只不过在 不 同的情况 下 如煤粉硬 度 、 风 日材质等 ， 显示 各 自的重要 性 此外 ， 煤粉磨 损也 与风 口 焊接质量有 关 〔 】 煤粉磨损风 口 的数学模型 基本假设与合理性分析 假设煤粉 流 与热风 之 间的动量 、 热量 及 质 量 传 递 强 烈 ， 当煤 粉 和 喷 吹 风 到 达 风 口 处时 ， 与热风 已 完全 混 合 ， 形 成 了充 分 发展 的气 固两相 流 文献 【 通过 对直吹管 内煤粉浓 度场 的研究 表 明 ， 在氧煤 枪 出 口 前端 约 倍 的 直 吹 管 直 径 约 为 处 ， 截 面 煤 粉 浓度分布趋于充分发展 文献 【 ， 通 过 对直 吹 管 内流 场 的 研 究 表 明 ， 直 吹 管 内速 度 分

.114. 北京科技大学学报 第16卷 布在氧煤枪出口前端约2.4~2.6倍的直吹管直径（约350mm左右）处也趋于充分发展， 另外，350m的距离正相当于氧煤枪前端到风口与直吹管相接处的距离刂. (2)煤粒为球形，煤粉与热风之间在风口内无温度和速度滑移.混合过程为稳态，并且 热风、煤粉流在风口内速度不变， (3)煤粒与风口之间的碰撞角为风口的半收缩角a. 2.2风口内流速及浓度分布 由假设(1)和(2)可知，风口内两相流的平均速度为： Va=(Q+Q,)/(πD2/4) (1) 式(1)中2，和Q,分别为热风量和喷吹风及煤粉的体积流量，D为风口的平均直径.由于 Q>>Q,故可忽略2。，且V4可取为热风速度. 另外，由假设(1)可知风口内流动为充分发展流，并且直吹管内热风速度非常高，所 以作为近似，可忽略颗粒的重力作用.此时，沿风口径向的煤粉浓度分布可表示为： C,=1-(1-C)a+o430") (2) 式(2)中，C,和C,分别为风口内截面上某点的浓度和截面平均浓度；P=r/R为无因次半 径，r为风口半径，R为风口平均半径.平均浓度C,可用下式表示： C=(G/p,)/(,+Q) (3) 式中G为单风口喷吹量，P为煤粉密度. 2.3磨损模型 在材料的磨损方面，前人做了大量的理论和实验研究，提出了很多磨损模型.根据风口 的磨损机理，比较合适的模型是由Grant及Tabakoff开发的模型t2: E=k,[1+CK{k如sin(0·州.cos2B,(1-R)+k,(sm,) (4) 式中，E为单位质量碰撞颗粒的磨损质量；y为颗粒速度；B,为碰撞角；R=1-0.C016sinB: B。为最大磨损角(B。=25);CK为系数.当B3f。时，CK=0k、 k2、k为系数，可取k,=1.505101×106,k2=0.296077,k=5×10-2.将(4)式用到风口磨 损中，结合上述假设条件有，V,=V:,B,=α.由于式(4)是煤粉对不锈钢及一些合金磨损 的实验关系式【，且其结果并不能反映出单位时间内的风口磨损厚度，所以必须对式(4) 进行修正· (1)对(4)式的修正·(4)式适用于不锈钢的磨损，而不锈钢比风口材质（铜）更耐 磨，因为材料的耐磨性与其硬度的一次方成正比，可对(4)式作如下修正： E'=E·(H/Hc) (5) 式(5)中H、Hc分别为钢和铜的硬度，E'为修正磨损量· (2)单位时间内风口的磨损厚度δ·为推导δ，取如图1所示的微元体，即在靠风口 壁处取长和厚均为d。的小圆简（这里d,为煤粉平均粒径）.由前面假设可知，热风一煤粉流 过微元体的时间为t=d,/?、则dt时间内，有与微元体体积相同的气固两相流流过微元体

北 京 科 技 大 学 学 报 第 卷 布在 氧煤枪 出 口 前 端 约 一 石 倍 的 直 吹 管 直 径 约 左 右 处 也 趋 于 充 分 发 展 另外 ， 。 的距离正相 当于 氧煤枪前端到 风 口 与直吹 管相 接处 的距离 【 ’ 煤粒为球形 ， 煤粉 与热风 之 间在 风 口 内无温度 和 速度 滑移 混合过程 为稳态 ， 并且 热风 、 煤粉流 在 风 口 内速 度不 变 煤粒 与风 口 之 间的碰撞 角 为风 口 的半 收缩 角 二 风 口 内流速及 浓度分布 由假设 和 可 知 ， 风 口 内两相 流 的平 均 速度 为 。 兀 ， 式 中 和 分别为热风量 和 喷吹风及 煤 粉 的 体 积 流 量 ， 为 风 口 的平 均 直径 由于 ， 么 ， 故 可 忽 略 ， 且 咋 可 取 为热风速 度 · 另外 ， 由假设 可 知 风 口 内流 动 为充分 发展 流 ， 并且 直 吹 管 内热 风 速 度 非 常 高 ， 所 以作 为近 似 ， 可 忽 略颗粒 的重 力作 用 此 时 ， 沿 风 口 径 向的煤 粉浓 度分布可表示 为 「” 一 一 一 ‘ ’ ， ， 之 ’ ” ” ’ 式 中 ， 和 分别 为风 口 内截 面上 某 点 的浓 度和 截 面 平 均 浓 度 径 ， 为风 口 半径 ， 为风 口 平均半 径 平 均 浓度 可 用下 式表 示 ， 式 中 为单风 口 喷吹量 ， 为煤 粉密度 甲 二 为 无 因 次半 磨损模型 在 材料 的磨损方 面 ， 前 人做 了大量 的理论和 实 验研究 ， 提 出 了很 多磨损模 型 根 据风 口 的磨损机理 ， 比较合适 的模型是 由 及 开 发 的模 型 「’ 一 “ ‘ “ 声‘· ‘誉 · “ ， · 研 ’ “ ‘ 一 ” “ ‘ “ ， ‘ 式 中 ， 为单位质量碰撞 颗粒 的磨损 质量 耳为颗粒速度 刀 ， 为碰撞 角 尺 一 刀 风为最大磨损 角 几 。 为 系数 当 刀 刀 。 时 ， 当 刀 刀 。 时 ， 二 、 ， 、 ， 为系 数 ， 可取 ， 一 ， ， 一 ” 将 式 用 到 风 口 磨 损 中 ， 结合上述假设 条件有 ， 二 岭 ， 刀二 由于 式 是煤粉 对不 锈钢 及 一 些 合 金 磨 损 的实验关 系 式 ’ ， 且 其结果并 不能反 映 出单位 时 间 内的风 口 磨 损 厚 度 ， 所 以 必 须 对 式 进行修正 对 式 的修 正 式 适 用 于 不 锈 钢 的磨 损 ， 而 不 锈 钢 比 风 口 材 质 铜 更 耐 磨 因 为材料 的耐磨性 与其硬度 的一 次方成 正 比【 ， 可 对 式作 如下修正 ’ 二 · 式 中 从 、 分别 为钢 和 铜 的硬度 ， ’ 为修正磨 损量 单位 时 间 内风 口 的磨损厚度 占 为推 导 占。 ， 取 如 图 所 示 的 微 元 体 ， 即 在 靠 风 口 壁处取 长和厚 均 为 。 的小 圆筒 这 里 。 为煤粉 平均 粒径 由前 面假 设可 知 ， 热风一煤粉 流 过微元体 的 时间为 二 ， 则 时 间 内 ， 有 与微 元 体 体积 相 同 的气 固 两 相 流 流过微元体

第2期 丁玉龙等：煤粉喷吹使高炉风口磨损的预测模型 115. 这部分流体的体积为： dv=[妥D2-年D-24,)]4, (6) 其中煤粉颗粒占的体积为： dvp=Cdv (7 风口壁 煤粒 dV。中煤粉的颗粒数为： 微元体 dN,=dV,/(πd/6) (8) 即dt时间内有dN。个煤粒进入微元体.进 入微元体的颗粒只能有一部分与风口壁发 生碰撞，把进人微元体并与壁面发生碰撞 的颗粒称为有效颗粒，并引人有效颗粒的儿 图1微元体示意图 率（定义为有效颗粒数占进人微元体的颗 Fig.1 Chart of the cootrolling volume 粒总数的比率).此时，dN,中的有效颗粒数dW为： dN=·dN。 (9) 由于微元体与风口壁面的接触面积为：dF=πD·d,所以单位时间内单位风口壁面积承受 的有效碰撞数为 dn,=dW/(dF·dt) (10) 从而单位时间内与单位风口壁面积发生有效碰撞的颗粒质量dm,为 dm。=dn。·(πd3·p,)/6 (11) 相应的磨损量dme为 dme=dm,·E' (12) 单位时间内风口的磨损厚度为 δE=dme/p (13) 式(13)中p,为风口材料密度.由式(5)~式(13)可得： iE=a1)(k/)(D-4)/D小C·<>E (14) 式(1)~式(4)和式(14)即构成了风口壁的磨损模型. 3数学模型的求解结果与分析 求解式(1)及式(14)可求得风口壁单位时间内的磨损厚度δ：与喷吹量、热风速度及 风口儿何尺寸等参数的关系.求解中，取p,=1500kg/m,p,=8920kg/m3(即为铜风口的 密度)，煤粉粒度d,取74m,H/Hc取2.06×10°/7.85×108=2.6241，有效碰撞几率 取5×10-5比较合适.另外风口平均直径D取175.5m. 3.1热风速度和喷吹量对风口磨损厚度的影响 图2反映了热风速度对风口磨损厚度的影响.由图2可知，在喷吹量一定的条件下，单

第 期 丁 玉 龙等 煤粉喷吹使高炉风 口 磨损的预测模 型 这部分流体 的体积为 一 于 。 奇 一 凡 ’ 其 中煤粉颗粒 占的体积 为 ‘ 一 …一 · ‘ ， 气 中煤粉 的颗粒数为 戈 气 二 心 即 时 间 内有 凡 个煤粒进人微元体 · 进 人微元体的颗粒只能有 一部分 与风 口 壁 发 生碰撞 把进人微元体并 与壁 面 发生 碰撞 的颗粒称为有效颗粒 ， 并 引人有效颗粒的几 率 淀义为有 效颗粒数 占进人微元体的颗 粒总数的 比率 此时 ， 凡中的有 效颗粒数 风为 风 口 壁 徽元体 微元体示意图 加 此 “ 川欧曲嗯 ，川肠理 瑰图 叼 · 凡 由于微元体与风 口 壁 面 的接触面积为 二 · ， ， 所 以单位 时 间内单位风 口 壁 面积承受 的有效碰撞数为 叼 · 从而单位 时间 内与单位风 口 壁 面积发生有效碰撞 的颗粒质量 。 为 。 · 二 二 · 户 相 应 的磨 损量 为 · ‘ 单位 时 间 内风 口 的磨 损 厚度 魂为 占 。 ， 式 中 为风 口 材料 密度 由式 一 式 可得 ‘ 一 〔 ‘一 一 ， · ， · 一 “ 。 ， ， · 一 佑 二， · “ “ ‘ ， 式 一式 和式 即构成 了风 口 壁 的磨损模型 数学模型的求解结果 与分析 求解 式 及式 可求得 风 口 壁 单位 时 间 内的磨 损厚度 占 与喷吹量 、 热 风 速 度 及 风 口 几何尺寸等参数 的关系 求解 中 ， 取 ’ ， ’ 即 为 铜 风 口 的 密度 ， 煤粉粒度 ， 取 娜 ， 取 ’ · 汇‘ ， 有 效碰撞 几率 取 一 比较合适 另 外 风 口 平 均直 径 取 热风速度和 喷吹量对风 口磨损厚度 的影 响 图 反 映了热风速度对风 口 磨损厚度 的影 响 由图 可知 ， 在 喷吹量 一定 的条 件下 ， 单

116 北京科技大学学报 第16卷 位时间内风口壁的磨损厚度随热风速度和热风量的增加而增加，由图2还可推知，与V: 之间存在6o增，n=1~2.5.对小喷吹量，n→1（曲线1)；对大喷吹量，n→2.5（曲线 3).这与文献[6]中的结果吻合， 图3反映了喷吹量对磨损的影响，显然，随喷吹量的增加，单位时间内的磨损厚度几乎 直线增加，而且随热风速度的增加，增加的幅度也越来越大， 光 9 50 40 s-I 40 50m 30 % V 8 20 × 20 V=200m· 10 10 Vh=l50m·s 0■ 150170190210230250 10 15 20 Vm/m·s1 G×10-2/kg·b1 图2热风速度对风口磨损厚度的影响 图3喷吹置对磨损厚度的影响 x=3°，1-G=500kg/h, a=3°.1-V4=150m/s, 2-G=1000kg/h,3-G=1500kg/h 2-V.=200m/s,3-V4=250m/s Fig.2 Effect of velocity of the hot blast on Fig.3 Effect of the PCI rate on the wearing the wearing thickness of the tuyere thickness of tuyere 3.2风口半收缩角对磨损厚度的影响 35 ya=200m·si G=1000kg/h 图4反映了半收缩角对磨损的影响.由 30 图4可知，δ随a的增加几乎线性增加，这 主要是由于α增加，冲击磨损加剧的缘故， 25 3.3计算结果与实际高炉风口磨损的比较 107339 由于得不到风口磨损随时间变化的实际 数据，所以只能从高炉风口寿命来间接检验 模型的正确性，为此统计了武汉钢铁公司2 15 4 号高炉1992年风口的损坏情况，其中85% a/) 的风口因磨损而损坏，风口平均寿命为4.6个 图4收缩角对磨损的影响 月（约138d).武钢风口的平均直径为175.5mm, Fig.4 Effect of the turyere angle on the 风口收缩角约为3°，喷吹量（每个风口）约 wearing thickness 700kg/h,热风速度150~220m/s(取200ms计算)，将以上参数代入模型可算得=10.95 ×10~7(mm/s).由于武钢风口壁厚为15mm,所得预测寿命T应为T=(15/δ)=158d, 与实际的138d相比有一定误差.造成原因可能是因其他机理，如熔损降低风口平均寿命；

北 京 科 技 大 学 学 报 第 卷 位 时 间 内风 口 壁 的磨损厚度 随热风速度和 热风量 的增 加 而 增 加 之 间存在 占 的 哈 ， 一 对小 喷吹量 ， 曲线 这 与文献 【 中的结果 吻合 图 反 映 了喷吹量 对磨损 的影 响 显然 ， 随喷吹量 的增 加 ， 直 线增 加 ， 而 且 随热风速度 的增 加 ， 增 加 的幅度 也越来 越大 由 图 还 可 推知 ， 入 与 玲 对大 喷 吹量 ， 一 曲线 单位 时间 内的磨 损厚度几乎 · 昌 卜才一 崖 叼 卜 工。· 、昌 卜勺。一气 咋 · 一 ， 若 笋 丁二一汤尸嚷一产一 念 只 一 ， · 一 ’ 图 热风速度对风 口 磨损厚度的影 响 “ “ ， 一 ，刃 ， 一 侧刃 ， 一 引刃 瑰 成以 ，山心 翻 械 协以 皿 血 俄， 吧 口血如此出 血 加界珑 图 喷吹 对磨损厚度 的影响 “ “ ， 一 喻二 姗 ， 一 珠 “ 姗 ， 一 二 珊 瑰 场双 ‘ 触 呱 血 俄日口叹 口血业 圈 试 加 吮 风 口 半收缩角对磨损厚度 的影 晌 图 反 映 了半 收缩角 对磨损 的影 响 这由 图 可 知 ， 占 随 二 的增 加 几乎线性增 加 ， ︸昌 卜 主要是 由于 戊 增 加 ， 冲击磨损加剧 的缘故 才。工 计算结果与实 际高炉风 口磨损的比较 由于 得 不 到风 口 磨 损 随 时间变化 的实 际 数据 ， 所 以 只 能从高 炉 风 口 寿命来间接检验 模型 的正 确 性 为此 统计 了武汉钢铁公 司 号高炉 年风 口 的损 坏情况 ， 其 中 的风 口 因磨损 而 损坏 ， 风 口平均 寿命为 个 月 约 武钢风 口 的平均直径为 ， 风 口 收缩 角 约 为 飞 喷 吹量 每个风 口 约 殊 · 一 并 ， 仪刃 洲 尸 ， 。 优 气 图 收缩角对磨损的影 响 龟 场双 触 加尹沈 出吧卜 奴 ，限 口吧 价 纵 巴沼 ， 热风速度 一 取 ’ 计算 ， 将 以上 参数 代人模 型 可 算得 占 由于 武 钢 风 口 壁 厚 为 巧 ， 所 得 预 测 寿 命 应 为 巧 胭 ， 与实 际 的 相 比有 一定误差 造成 原 因可能是 因其他 机 理 ， 如 熔 损 降低 风 口 平 均 寿命

第2期 丁玉龙等：煤粉喷吹使高炉风口磨损的预测模型 ,117. 风口焊接不好，煤粉磨了一段时间后，焊缝渗漏等原因，使实际高炉风口的平均寿命下降· 4结论 （1)煤粉磨损是风口破损的主要原因之一·煤粉对风口壁的磨损主要有冲击磨损、表 面疲劳磨损及磨粒磨损等3种机理， (2)引入有效碰撞及碰撞几率的概念，在考虑风口截面浓度分布及硬度修正的基础 上，建立了风口磨损模型， (3)模型的求解结果表明，风口壁单位时间内的磨损厚度随热风速度、喷吹量及风口 收缩角的增加而增加，这与文献中的结果吻合· (4)运用模型预测的武钢2号高炉风口的寿命与实际寿命大致相符， 参考文献 1丁玉龙.氧煤实验室研究报告.北京科技大学，192,4 2张风起等.炼铁，1993，(1)：38~40 3邢荷生等.金属材料的磨料磨损与耐磨材料.北京：机械工业出版社，1988 4李建明，磨损金属学，北京：怡金工业出版社，1990 5 Syniuta,W.,Wear,1974,29 337 6夏德宏.北京科技大学学报，1992，(1)：65~72 7虞孝儒，炼铁，1992，(2)：24一26 8刘应书.北科大氧煤实验室研究报告，199L,1 9张艳允.北科大硕士论文，1991 10 Yang,T.Regional Conference Proc.,Bangkok,Tailand,1992,52~1 11 Zhang W.Chem Eng Sci,1991.12 46 12 Tabakoff W.Wear,1979,52:161 ~173

第 期 丁 玉龙等 煤粉喷吹使高炉 风 口 磨损 的预测模型 风 口 焊接不 妹 煤粉磨了一段 时 间后 ， 焊缝渗漏等 原 因 ， 使 实际高炉 风 口 的平均 寿命下 降 结 论 煤粉磨损 是 风 口 破损 的主要 原 因之一 煤 粉 对风 口 壁 的 磨 损 主 要 有 冲 击磨 损 、 表 面疲 劳磨 损及磨粒磨损 等 种 机理 引 入 有 效 碰 撞 及 碰 撞 几 率 的 概 念 ， 在 考 虑 风 口 截 面 浓 度 分 布 及 硬 度 修 正 的 基 础 上 ， 建立 了风 口 磨损模 型 模型 的求解 结果表 明 ， 风 口 壁单位时间 内的磨损 厚 度 随热 风 速 度 、 喷 吹量 及 风 口 收缩角 的增加而增 加 ， 这 与文献 中的结果 吻合 运 用模型 预测 的武 钢 号高炉风 口 的寿命 与实际寿命大致相 符 参 考 文 献 丁 玉龙 氧煤实验室研究报告 北京科技大学 ， 望迫 ， 张风起等 炼铁 ， 叨 ， 一 邢荷生等 金属材料 的磨料磨损 与耐磨材料 北京 机械工 业 出版社 ， 李建 明 磨损金属学 北京 冶金工 业 出版社 ， 明〕 师 ， ， 比 ， ， 夏德宏 北京科 技大学学报 ， 卯 ， 一 虞孝儒 炼铁 ， 卯 ， 一 刘应 书 北科大 氧煤实验室研究报告 ， 卯 ， 张艳 允 北科大 硕士 论文 ， 卯 台 ， 伪 化 ， 加 ， ， 卯 ， 一 ， 卯 ， 比 ， ， 一