第7期 朱进锋等：高炉炉缸死焦堆受力分析与计算 ·907。 出了最小死铁层深度计算公式和一个比较可行的估 算一般条件下死料柱浮起高度的公式，为高炉设计 和广大高炉操作者判断炉内死料柱状况提供参考. 铁 1高炉死料柱受力分析 图1为运行中的高炉炉料分布示意图.上部为 层深 度h 块状带，风口回旋区附近出现圆锥形的死料柱，该料 柱浸泡在炉缸的渣铁液中.为研究死焦堆在高炉生 产过程中的状态，将整个死料柱视为一个受力的单 图2最小死铁层深度 元体，则作用其上的力有重力G、煤气浮力P、铁水 Fig 2 Minimum salamander depth 浮力F:、渣层浮力F,和炉壁摩擦力∫（如果料柱沉 坐炉底还有炉底对料柱的支撑力F。).死料柱在炉 1.1整个料柱重力G的计算 缸内的行为（沉浮）应取决于上述诸力合力的作用结 高炉整个料柱包括块状带、软融带、滴落带和死 果.如果垂直向下的合力(G一P一F一F。一f)大 料柱.假设高炉内充满炉料，且炉料仅包括矿石和 于零，则死料柱沉坐炉底，否则死料柱将浮在渣铁水 焦炭，根据吨铁所需矿石和焦炭可求得料柱的平均 中1. 密度（每3炉料所含矿石和焦炭的质量），从而由 高炉容积计算近似得到炉料总重力.计算料柱重力 公式如下： G=Gk+Ga (2) 块状带 (1)块状带与软融带重力Gk计算.块状带是 PAV 位于软融带以上至料面的区域其炉料由矿石和焦 炭组成：软融带由软化的矿石和焦窗构成，炉料虽然 ,焦窗 发生软化，但混合密度基本与块状带差不多，且其厚 滴落带 软融带 度较薄计算时将软融带和块状带合为一体计算. 其重力表达如下： 问旋区 风口 风口 G=Pmg△V (3) 焦炭 死焦堆 死焦堆墨 式中，Pm为块状带的平均密度，kg"m3;△V为块 铁口 渣■ 铁 状带所占体积m3;g为重力加速度，981ms2. 铁■ 由于块状带和软融带均由矿石和焦炭组成，对 图1高炉炉料分布 应一定的原料条件（入炉矿石品位）、冶炼强度和焦 Fig.I Burden distribution in BF 比，炉料中的矿焦比就确定了.其炉料混合密度计 算如下： 为保证死料柱在高炉生产过程中始终保持浮起 状态，设计死铁层深度应在某一临界值以上.在高 p。=I二e)(m+me) (4) mo/P。+mc/Pe 炉排尽渣铁时炉缸内液面高度最低，如果此时死料 式中，e为块状带炉料平均孔隙度：P。、P。分别为矿 柱能浮起，就能保证一直处于浮起状态，即死铁层的 石、焦炭的真密度，kg°m’;mo、mc分别为吨铁消 最小设计值为此刻死焦堆浸入铁水的深度（图2）. 此时由于铁口以上的炉渣和铁水全部排出，炉缸仅 耗的矿石和焦炭m。=02kgT',TPe为矿石品 剩下铁水，浮起的高炉料柱仅受到自身重力、煤气浮 位，% 力、铁水浮力和炉壁摩擦力的作用.假设料柱整体 为方便建立模型，假设风口以上除回旋区外全 静止，则存在以下受力平衡（由于炉料在下落，壁摩 为块状带炉料，铁口至炉喉段称为高炉的有效容积， 擦力方向向上)： 则块状带和软融带的体积计算如下： G=P+Fi+ (1) △V=V-'H-Vm-NVRw (5) 式中，G为料柱重力，N;P为煤气浮力，N;F:为铁 式中，V为高炉有效容积m3;Va为铁口至风口段 水浮力，N;f为壁摩擦力，N. 体积，近似VH=AhH,m3;hH为铁口到风口中心线出了最小死铁层深度计算公式和一个比较可行的估 算一般条件下死料柱浮起高度的公式, 为高炉设计 和广大高炉操作者判断炉内死料柱状况提供参考 . 1 高炉死料柱受力分析 图 1 为运行中的高炉炉料分布示意图, 上部为 块状带,风口回旋区附近出现圆锥形的死料柱 ,该料 柱浸泡在炉缸的渣铁液中 .为研究死焦堆在高炉生 产过程中的状态 ,将整个死料柱视为一个受力的单 元体 ,则作用其上的力有重力 G 、煤气浮力 P 、铁水 浮力 Fi 、渣层浮力 Fs 和炉壁摩擦力 f(如果料柱沉 坐炉底还有炉底对料柱的支撑力 Fb).死料柱在炉 缸内的行为(沉浮)应取决于上述诸力合力的作用结 果.如果垂直向下的合力(G -P -F i -Fs -f)大 于零 ,则死料柱沉坐炉底 ,否则死料柱将浮在渣铁水 中[ 13] . 图 1 高炉炉料分布 Fig.1 Bu rden distribution in BF 为保证死料柱在高炉生产过程中始终保持浮起 状态,设计死铁层深度应在某一临界值以上.在高 炉排尽渣铁时炉缸内液面高度最低 ,如果此时死料 柱能浮起 ,就能保证一直处于浮起状态 ,即死铁层的 最小设计值为此刻死焦堆浸入铁水的深度(图 2). 此时由于铁口以上的炉渣和铁水全部排出, 炉缸仅 剩下铁水 ,浮起的高炉料柱仅受到自身重力、煤气浮 力、铁水浮力和炉壁摩擦力的作用 .假设料柱整体 静止, 则存在以下受力平衡(由于炉料在下落, 壁摩 擦力方向向上): G =P +Fi +f (1) 式中 , G 为料柱重力, N ;P 为煤气浮力 ,N ;Fi 为铁 水浮力,N ;f 为壁摩擦力 ,N . 图 2 最小死铁层深度 Fig.2 Minimum salamander depth 1.1 整个料柱重力 G 的计算 高炉整个料柱包括块状带、软融带、滴落带和死 料柱 .假设高炉内充满炉料 ,且炉料仅包括矿石和 焦炭 ,根据吨铁所需矿石和焦炭可求得料柱的平均 密度(每 m 3 炉料所含矿石和焦炭的质量), 从而由 高炉容积计算近似得到炉料总重力 .计算料柱重力 公式如下: G =Gk +Gd (2) (1)块状带与软融带重力 Gk 计算 .块状带是 位于软融带以上至料面的区域, 其炉料由矿石和焦 炭组成 ;软融带由软化的矿石和焦窗构成 ,炉料虽然 发生软化,但混合密度基本与块状带差不多,且其厚 度较薄, 计算时将软融带和块状带合为一体计算. 其重力表达如下: Gk =ρmg ΔV (3) 式中, ρm 为块状带的平均密度 , kg·m -3 ;ΔV 为块 状带所占体积, m 3 ;g 为重力加速度 , 9.81 m·s -2 . 由于块状带和软融带均由矿石和焦炭组成 ,对 应一定的原料条件(入炉矿石品位)、冶炼强度和焦 比 ,炉料中的矿焦比就确定了.其炉料混合密度计 算如下 : ρm = (1 -ε)(mo +mc) mo/ ρo +mc/ ρc (4) 式中 , ε为块状带炉料平均孔隙度;ρo 、ρc 分别为矿 石 、焦炭的真密度, kg·m -3 ;mo 、mc 分别为吨铁消 耗的矿石和焦炭, mo = 1 000 TFe , kg·t -1 ;TFe 为矿石品 位 , %. 为方便建立模型, 假设风口以上除回旋区外全 为块状带炉料,铁口至炉喉段称为高炉的有效容积, 则块状带和软融带的体积计算如下: ΔV =V -VH -V T -N V RW (5) 式中 , V 为高炉有效容积, m 3 ;VH 为铁口至风口段 体积 ,近似 VH =AhH , m 3 ;hH 为铁口到风口中心线 第 7 期 朱进锋等:高炉炉缸死焦堆受力分析与计算 · 907 ·