第6期 刘锦周等：氧气高炉炉身喷吹煤气在炉内的分布 ·819· wm=0。√C, (4) 明喷吹煤气向高炉中心的扩散性不是很强.同时， 1 考虑到炉身喷吹循环煤气主要是为了控制高炉的 V.=4πd0m×60. (5) 热流率和高炉上部的热平衡，所以这种扩散效应 式中：下标m代表冷态物理模型：下标o代表实际 并不是很重要4-1 高炉；w为截面风速，ms1;V为鼓风量，m3min; 100 n为辅助风口数：d为直径，mm. =0mm oh=50 mm 由于实际高炉炉缸风口燃烧产生大量煤气，因 80 △h=127mm h=199 mm 此模型中炉缸风口喷吹的气体流量是按照高炉底部 60- 产生的上升煤气刚进入炉身时的煤气量进行计算 另外，在实验过程中高炉模型中炉身和炉缸气体流 40 速同时缩小相同倍数，才可以用消耗少量实验流体 警20 的方法进行工作，并同时保证一切相似的特征团 韩毅华等的数学模型计算得到120m3氧气 20 40 60 80 10 高炉炉身喷吹煤气量为吨铁592m,炉缸上升煤气 距高炉的中，心距离/mm 刚进入炉身时流量为吨铁1541m3.根据式(2)~ 图2炉身喷吹煤气在炉身的分布 (5)和气体流速同时缩小10倍可计算得出模型实 Fig.2 Injected gas distribution in the shaft 验中炉身喷吹煤气量为8.0L·min-1.当改变炉身 2.2炉身煤气总量的影响 喷吹煤气量和炉身风口直径时，炉身辅助风口实 炉身煤气总量，即·+V对炉身喷吹煤气分布 验用流量参数范围约为2.7~8.0L·mim-1.在实 的影响，如图3所示，其中辅助风口A直径4mm. 验过程中辅助风口气体流量参数范围被扩大为 1-10Lmin-1. 在较高U+V时喷吹煤气的比例在炉墙附近稍微升 高，在高炉中心附近稍微降低.这说明提高炉身煤 2结果与讨论 气总量会引起喷吹煤气所占比例的轻微波动，产生 了轻微的边缘效应.但是，在U/(U+)相同的情 为了书写方便，炉身喷吹煤气量用U表示，刚 况下，炉身煤气总量对喷吹煤气分布的影响很小 进入炉身的上升煤气量用V表示，单位为Lmin. 所以，基于以上分析估计在实际氧气高炉炼铁过程 2.1炉身喷吹煤气在炉内的分布情况 中，U/(U+)一定的情况下，当U+V发生变化时， 图2为U=10L·min-',V=10L·min-,U/ 循环煤气在炉身风口喷吹方向上的渗透距离与块状 (U+)=0.5,辅助风口A直径为4mm时，炉身喷 区被喷吹煤气所覆盖的区域几乎不变 吹煤气在炉身分布的情况。图中的横坐标是距高炉 中心的径向距离，纵坐标为混合煤气中喷吹煤气的 ●U+=20Lmin'.h=0mm 体积分数（混合煤气为喷吹煤气和高炉下部产生的 oU/V=10 Lmin-.h=0 mm 60 ■U+f-20Lmin1,h-50mm 上升煤气).从图中可知，随着到高炉中心径向距离 oU+V=10 L min,h=50 mm 50 的减小，炉身内喷吹煤气所占比例也逐渐降低，随着 0 炉身测量位置的提高，喷吹煤气所能渗透到的位置 30 更接近高炉中心.这些结果说明在炉身风口喷吹方 20 向上煤气渗透区域最小，主要是由于喷吹煤气和上 10 升煤气之间产生了碰撞，喷吹煤气受到上升煤气在 。。 水平方向上的阻力，同时径向阻力比轴向阻力大，因 102030405060708090 距高炉的中心距离mm 此喷吹煤气在进入炉身之后迅速向上运动导致在喷 图3炉身煤气总量对喷吹煤气分布的影响 吹方向上渗透区域最小.但是，随着炉身测量位置 Fig.3 Influence of total flow rate on the injected gas distribution 的提高，喷吹煤气所能渗透到的位置更接近高炉中 心，这种渗透现象被Natsui等4-l及Nishio和Mi- 2.3辅助风口直径的影响 yashita称为径向涡流扩散效应，它是由于煤气 图4为辅助风口直径对炉身喷吹煤气在炉内分 在径向上不规则紊流扩散引起的.图中炉身风口 布的影响.其中U+V=20Lmin-1,U/(U+)= 以上不同高度处喷吹煤气所占比例差别较小，说 0.5,辅助风口A直径分别为2、3和4mm.从图中第 6 期 刘锦周等: 氧气高炉炉身喷吹煤气在炉内的分布 wm = wo 槡Cl， ( 4) Vm = 1 4 πd2 m wm × 60． ( 5) 式中: 下标 m 代表冷态物理模型; 下标 o 代表实际 高炉; w 为截面风速，m·s － 1 ; V 为鼓风量，m3 ·min － 1 ; n 为辅助风口数; d 为直径，mm． 由于实际高炉炉缸风口燃烧产生大量煤气，因 此模型中炉缸风口喷吹的气体流量是按照高炉底部 产生的上升煤气刚进入炉身时的煤气量进行计算． 另外，在实验过程中高炉模型中炉身和炉缸气体流 速同时缩小相同倍数，才可以用消耗少量实验流体 的方法进行工作，并同时保证一切相似的特征［17］． 韩毅华等［18］的数学模型计算得到 120 m3 氧气 高炉炉身喷吹煤气量为吨铁 592 m3 ，炉缸上升煤气 刚进入炉身时流量为吨铁 1541 m3 ． 根据式( 2) ～ ( 5) 和气体流速同时缩小 10 倍可计算得出模型实 验中炉身喷吹煤气量为 8. 0 L·min － 1 ． 当改变炉身 喷吹煤气量和炉身风口直径时，炉身辅助风口实 验用流量参数范围约为 2. 7 ～ 8. 0 L·min － 1 ． 在实 验过程中辅助风口气体流量参数范围被扩大为 1 ～ 10 L·min － 1 ． 2 结果与讨论 为了书写方便，炉身喷吹煤气量用 U 表示，刚 进入炉身的上升煤气量用 V 表示，单位为 L·min － 1 ． 2. 1 炉身喷吹煤气在炉内的分布情况 图 2 为 U = 10 L·min － 1 ，V = 10 L·min － 1 ，U/ ( U + V) = 0. 5，辅助风口 A 直径为 4 mm 时，炉身喷 吹煤气在炉身分布的情况． 图中的横坐标是距高炉 中心的径向距离，纵坐标为混合煤气中喷吹煤气的 体积分数( 混合煤气为喷吹煤气和高炉下部产生的 上升煤气) ． 从图中可知，随着到高炉中心径向距离 的减小，炉身内喷吹煤气所占比例也逐渐降低，随着 炉身测量位置的提高，喷吹煤气所能渗透到的位置 更接近高炉中心． 这些结果说明在炉身风口喷吹方 向上煤气渗透区域最小，主要是由于喷吹煤气和上 升煤气之间产生了碰撞，喷吹煤气受到上升煤气在 水平方向上的阻力，同时径向阻力比轴向阻力大，因 此喷吹煤气在进入炉身之后迅速向上运动导致在喷 吹方向上渗透区域最小． 但是，随着炉身测量位置 的提高，喷吹煤气所能渗透到的位置更接近高炉中 心，这种渗透现象被 Natsui 等［14 － 15］及 Nishio 和 Mi￾yashita ［16］称为径向涡流扩散效应，它是由于煤气 在径向上不规则紊流扩散引起的． 图中炉身风口 以上不同高度处喷吹煤气所占比例差别较小，说 明喷吹煤气向高炉中心的扩散性不是很强． 同时， 考虑到炉身喷吹循环煤气主要是为了控制高炉的 热流率和高炉上部的热平衡，所以这种扩散效应 并不是很重要［14 － 15］． 图 2 炉身喷吹煤气在炉身的分布 Fig． 2 Injected gas distribution in the shaft 2. 2 炉身煤气总量的影响 炉身煤气总量，即 U + V 对炉身喷吹煤气分布 的影响，如图 3 所示，其中辅助风口 A 直径 4 mm． 在较高 U + V 时喷吹煤气的比例在炉墙附近稍微升 高，在高炉中心附近稍微降低． 这说明提高炉身煤 气总量会引起喷吹煤气所占比例的轻微波动，产生 了轻微的边缘效应． 但是，在 U/( U + V) 相同的情 况下，炉身煤气总量对喷吹煤气分布的影响很小． 所以，基于以上分析估计在实际氧气高炉炼铁过程 中，U/( U + V) 一定的情况下，当 U + V 发生变化时， 循环煤气在炉身风口喷吹方向上的渗透距离与块状 区被喷吹煤气所覆盖的区域几乎不变． 图 3 炉身煤气总量对喷吹煤气分布的影响 Fig． 3 Influence of total flow rate on the injected gas distribution 2. 3 辅助风口直径的影响 图 4 为辅助风口直径对炉身喷吹煤气在炉内分 布的影响． 其中 U + V = 20 L·min － 1 ，U/( U + V) = 0. 5，辅助风口 A 直径分别为 2、3 和 4 mm． 从图中 ·819·