D01:10.133741.isml00103x.2009.02.005 第31卷第2期 北京科技大学学报 Vol.31 No.2 2009年2月 Journal of University of Science and Technology Beijing Fb.2009 高炉炉缸死焦堆对渣带留率的影响 朱进锋程树森赵宏博张琳 北京科技大学治金与生态工程学院。北京100083 摘要采用三维动量守恒方程，标准一双方程模型、V0F多相流模型以及多孔介质模型模拟计算了不同死焦堆状态下 炉缸内的渣滞留量.结果表明：炉渣滞留主要集中在死焦堆中，死焦堆外围焦炭分布是决定渣滞留率的关键：最低渣-铁界面 以下区域的状态对总渣滞留率影响很小.由于铁口附近渣铁水流速远大于死料柱中流速。形成了向铁口倾斜的气一渣界面。当 铁口来风时需停止出铁导致部分炉渣来不及排出炉缸.因此改善死料柱透液性是减少渣滞留量的有效手段. 关键词高炉：炉缸：炉渣：滞留率 分类号TF537.1 Effect of deadman state on the residual rate of slag in a blast furnace hearth ZHU Jin-feng,CHENG S hu-sen.ZHAO Hong-bo.ZHANG Lin School of Metallurgical and Ecological Engineering.University of Science and Techmology Beijing Beijing 100083 China ABSTRACT The standard k model VOF multiphase flow model and porous zone model were adlopted to simulate residual slag in a blast furnace hearth under different deadman conditions.It is shown that the residual slag almost concentrates in deadman and the coke distribution in the peripheral region of deadman is the key factor influencing the total residual rate of slag.Deadman state below the low est slag-iron level has little effect on the total residual rate of slag.Since the liquid iron and slag velocity near the taphole region is much greater than that in deadman a dow nward-totaphole gasslag interface is formed.The taphole is stopped when gas begins to blow out.which causes much slag to have no time to drainage out.Impoving the permeability of deadman is a very effective method to decrease the residual rate of slag. KEY WORDS blast furnace:hearth slag:residual rate 高炉炉缸是储存渣铁水的中间场所，足够的空 前人工作，发现对不同死焦堆状态下的渣滞留量的 间和不受干扰的排放是高炉有效操作的先决条件， 研究还有待深入，而这恰恰是广大治金工作者所关 随着高炉容积的扩大和治炼强度的提高，出铁速度 心的.本文采用数值模拟的方法研究了三维非稳态 也随之提高，这将不可避免的引起渣滞留量的增加， 条件下炉缸底部分别存在不可渗透区、无焦空间、死 进而减少炉缸有效空间，恶化死料堆的透液性.减 焦堆沉坐炉底和不同死焦堆直径下的渣滞留量，找 少渣滞留量是高炉高产和稳定操作的必要条件，国 出死焦堆形状及状态与渣滞留量的对应关系，为理 内外很多冶金工作者对影响渣滞留量的因素进行了 解高炉排放行为提供参考. 深入的研究，印度学者Desai和Lenka!研究了高炉 出铁操作与渣滞留量的关系；日本学者Nishoka? 1炉缸排放数学模型 等研究了死焦堆中焦炭颗粒分布等因素对渣一铁界 出铁过程是一个复杂的气、渣，铁三相非稳态流 面变化的影响：我国首钢公司的赵民革以及北京科 动过程，同时液态的渣铁需通过多孔的“死焦堆”流 技大学程树森也对高炉死焦堆、出铁操作等对 向铁口.对于流体在死焦堆中的流动，这里将死焦 渣铁水排放的影响进行了长期深入的研究.但纵观 堆看作多孔介质并采用Egun方程来计算流体在死 收稿日期：200802-28 基金项目：国家自然科学基金资助项目(N。.60672145) 作者简介：朱进锋(1981一，男，顾士研究生；程树森(1964一.男，教授博士生导师，E-mail山ngsusen@metall.ustb.e血.cn高炉炉缸死焦堆对渣滞留率的影响 朱进锋 程树森 赵宏博 张 琳 北京科技大学冶金与生态工程学院, 北京 100083 摘 要 采用三维动量守恒方程、标准 k-ε双方程模型、VOF 多相流模型以及多孔介质模型模拟计算了不同死焦堆状态下 炉缸内的渣滞留量.结果表明:炉渣滞留主要集中在死焦堆中, 死焦堆外围焦炭分布是决定渣滞留率的关键;最低渣-铁界面 以下区域的状态对总渣滞留率影响很小.由于铁口附近渣铁水流速远大于死料柱中流速, 形成了向铁口倾斜的气-渣界面, 当 铁口来风时需停止出铁, 导致部分炉渣来不及排出炉缸, 因此改善死料柱透液性是减少渣滞留量的有效手段. 关键词 高炉;炉缸;炉渣;滞留率 分类号 TF537.1 Effect of deadman state on the residual rate of slag in a blast furnace hearth ZHU Jin-feng , CHENG S hu-sen , ZHAO Hong-bo , ZHANG Lin S chool of Metallurgical and Ecological Engineering , University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083 , C hina ABSTRACT The standard k-εmodel, VOF multiphase flow model and po rous zone model were adopted to simulate residual slag in a blast furnace hearth under different deadman conditions .It is shown that the residual slag almost concentrates in deadman and the coke distribution in the peripheral regio n of deadman is the key factor influencing the total residual rate of slag.Deadman state below the low est slag-iron level has little effect on the total residual rate of slag.Since the liquid iron and slag velocity near the taphole region is much g reater than that in deadman, a dow nward-to-taphole gas-slag interface is fo rmed .The taphole is stopped when gas begins to blow out , which causes much slag to hav e no time to drainag e out .Impro ving the permeability of deadman is a very effective method to decrease the residual rate of slag. KEY WORDS blast furnace;hearth;slag;residual rate 收稿日期:2008-02-28 基金项目:国家自然科学基金资助项目(No .60672145) 作者简介:朱进锋(1981—), 男, 硕士研究生;程树森(1964—), 男, 教授, 博士生导师, E-mail:chengsusen@met all.ustb.edu.cn 高炉炉缸是储存渣铁水的中间场所, 足够的空 间和不受干扰的排放是高炉有效操作的先决条件 . 随着高炉容积的扩大和冶炼强度的提高, 出铁速度 也随之提高,这将不可避免的引起渣滞留量的增加 , 进而减少炉缸有效空间, 恶化死料堆的透液性.减 少渣滞留量是高炉高产和稳定操作的必要条件 , 国 内外很多冶金工作者对影响渣滞留量的因素进行了 深入的研究 ,印度学者 Desai 和 Lenka [ 1] 研究了高炉 出铁操作与渣滞留量的关系;日本学者 Nishoka [ 2] 等研究了死焦堆中焦炭颗粒分布等因素对渣 -铁界 面变化的影响;我国首钢公司的赵民革以及北京科 技大学程树森 [ 3-4] 也对高炉死焦堆、出铁操作等对 渣铁水排放的影响进行了长期深入的研究.但纵观 前人工作 ,发现对不同死焦堆状态下的渣滞留量的 研究还有待深入, 而这恰恰是广大冶金工作者所关 心的.本文采用数值模拟的方法研究了三维非稳态 条件下炉缸底部分别存在不可渗透区 、无焦空间 、死 焦堆沉坐炉底和不同死焦堆直径下的渣滞留量, 找 出死焦堆形状及状态与渣滞留量的对应关系 ,为理 解高炉排放行为提供参考. 1 炉缸排放数学模型 出铁过程是一个复杂的气、渣、铁三相非稳态流 动过程 ,同时液态的渣铁需通过多孔的“死焦堆”流 向铁口.对于流体在死焦堆中的流动 ,这里将死焦 堆看作多孔介质并采用 Ergun 方程来计算流体在死 第 31 卷 第 2 期 2009 年 2 月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol .31 No.2 Feb.2009 DOI :10.13374/j .issn1001 -053x.2009.02.005