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 ·