。908 北京科技大学学报 第31卷 距离，m;A为炉缸横截面积，A=πD2/4,m2:D为 保证死焦堆浮起的最小死铁层深度为： 炉缸直径，m:Vr为炉喉空区所占体积，近似T= h=P8△r+DgHI-a)-P-f (P-Pe)(1-Ea)gA (12) 牙d异h,m3:dr为炉喉直径m:h:为料线深度，m: 2结果与讨论 w为单个回旋区体积，近似Vw=石娘w,m: 2.1模型准确性验证 dRw为回旋区深度，m;N为风口个数. (1)炉役前期验证.为验证上述计算方法的准 (2)滴落带与死料柱中焦炭重力G:计算.滴 确性，以某高炉生产数据进行验证计算，各参数如 落带和死焦堆一样都是由焦炭构成，只是滴落带孔 下：V=125m3,D=3.2m,hH=1.65m,dr=2.7 隙度比死料柱要大.为方便研究料柱受力，将二者 m,hr=l.8m,dw=0.7m,N=8,e=0.55,ea= 一起计算，其重力如下： Ga=PegA(hH+h)(1-Ea) 0.3,p=3520kg°m3,0e=990kg‘m3,me=435 (6) kgt,TFe=059,△p=0.9X103Pau=0.0015 式中，hH为铁口到风口中心线距离，m:h为铁口至 ms1,dp=0.02m,P=7000kgm-3.根据式(12) 死料柱底部深度，m:e:为死焦堆孔隙度. 计算得到要保证出铁后死焦堆刚好浮起的最小死铁 1.2煤气浮力P的计算 煤气浮力计算公式如下 层深度h=0.91m,而高炉的实际设计死铁层深度 为0.304m,可见在炉役初期死焦堆是沉坐在炉底 P=p广Pp- 2 A (7) 的. 式中，pu为鼓风压力，Pa;pp为炉顶压力，Pa;v:为 该高炉拆炉后发现的死料柱在渣铁水中的分布 风口处鼓风风速，ms;0为炉渣密度，kgm3: 如图3所示.炉底侵蚀死铁层加深至1.35m,死料 为风口处鼓风损失系数，通常取=1.1. 柱浸泡在渣层中的深度为0.9m,浸泡在铁层中的 深度为0.6m.由于设计死铁层深度仅0.304m,远 13炉壁摩擦力f的计算 根据炉壁摩擦力计算的经验公式可得？ 小于死料柱浸泡在铁层中的深度，如果出完渣铁，死 =2A.r05825g0为 料柱必然进一步下沉.设计死铁层深度过浅，炉役 A023 (8) 初期死料柱必然沉坐炉底这与估算结论一致. 式中，u为炉料下降速度，msl;dp为炉料平均粒 炉缸-11m L=I m 径，m. 上沿。 风▣ 风口 0.6m 回旋区 14渣层浮力F,的计算 根据浮力公式得： 焦炭 00 F=PsgAhs (1-Ea) (9) 经 铁口人 渣+焦炭 式中，h:为渣层厚度，m:A,为炉渣密度，kgm3. 泥包 铁+焦炭 1.5铁水浮力F的计算 根据浮力公式得： 因 3.4m Fi=PigAhi(1-ed) (10) 式中，h:为死料柱浸入铁水深度，m:A:为铁水密度， 图3死料柱在渣铁水中的状态 kg'm3. Fig.3 State of deadman in liquid slag and iron 16炉底对料柱支撑力F的计算 (2)炉役后期验证.解剖后发现高炉容积明显 当死料柱处于浮起状态时，炉底对料柱支撑力 扩大，死铁层加深至L.35m,而且实际解剖时发现 为零：当死料柱沉坐炉底时，整个料柱重力、煤气浮 死料柱浮起0.6m,考虑到炉役后期炉形发生变化， 力、炉壁摩擦力、渣铁水浮力与炉底对料柱的支撑力 实际炉容变为136m3,炉缸直径变为3.41m,相关 平衡，合力为零.因此有： 参数经调整后代入估算公式计算得到的最小死铁层 0,料柱浮起 F={G-P-一F.-F,料柱沉坐 (11) 深度为0.89m.此时炉缸死铁层深度为1.35m,可 见后期死料柱完全能够浮起. 17最小死铁层深度计算 通过高炉解剖得到的炉役后期渣铁在炉缸中的 将G、P、F:和f的计算公式代入式(1)可得到 分布来反推保证死料柱浮起的最小死铁层深度，并距离, m ;A 为炉缸横截面积 , A =πD 2 /4 , m 2 ;D 为 炉缸直径 , m ;V T 为炉喉空区所占体积 ,近似 VT = π 4 d 2 T hT , m 3 ;d T 为炉喉直径, m ;hT 为料线深度, m ; VRW为单个回旋区体积 , 近似 V RW = π 6 d 3 RW , m 3 ; dRW为回旋区深度, m ;N 为风口个数 . (2)滴落带与死料柱中焦炭重力 Gd 计算.滴 落带和死焦堆一样都是由焦炭构成 ,只是滴落带孔 隙度比死料柱要大.为方便研究料柱受力 , 将二者 一起计算 ,其重力如下: Gd =ρcgA(hH +h)(1 -εd) (6) 式中 , hH 为铁口到风口中心线距离 , m ;h 为铁口至 死料柱底部深度 , m ;εd 为死焦堆孔隙度. 1.2 煤气浮力 P 的计算 煤气浮力计算公式如下[ 13] : P = pbl -p top -ξ ρgv 2 t 2 A (7) 式中, pbl为鼓风压力, Pa ;ptop为炉顶压力 , Pa ;v t 为 风口处鼓风风速 , m·s -1 ;ρg 为炉渣密度 , kg·m -3 ;ξ 为风口处鼓风损失系数, 通常取 ξ=1.1 . 1.3 炉壁摩擦力 f 的计算 根据炉壁摩擦力计算的经验公式可得[ 9] f =2 ρm V u 0.5 d 0.25 P g 0.75 A 0.25 (8) 式中 , u 为炉料下降速度 , m·s -1 ;d P 为炉料平均粒 径, m . 1.4 渣层浮力 Fs 的计算 根据浮力公式得 : Fs =ρsgAh s(1 -εd) (9) 式中 , hs 为渣层厚度 , m ;ρs 为炉渣密度 , kg·m -3 . 1.5 铁水浮力 Fi 的计算 根据浮力公式得 : Fi =ρi gAhi(1 -εd) (10) 式中, hi 为死料柱浸入铁水深度, m ;ρi 为铁水密度 , kg·m -3 . 1.6 炉底对料柱支撑力 Fb 的计算 当死料柱处于浮起状态时 ,炉底对料柱支撑力 为零 ;当死料柱沉坐炉底时 ,整个料柱重力、煤气浮 力、炉壁摩擦力 、渣铁水浮力与炉底对料柱的支撑力 平衡 ,合力为零 .因此有 : Fb = 0 ,料柱浮起 G -P -f -Fs -F i ,料柱沉坐 (11) 1.7 最小死铁层深度计算 将 G 、P 、Fi 和 f 的计算公式代入式(1)可得到 保证死焦堆浮起的最小死铁层深度为 : h = ρmg ΔV +ρcgV H(1 -εd)-P -f (ρi -ρc)(1 -εd)gA (12) 2 结果与讨论 2.1 模型准确性验证 (1)炉役前期验证.为验证上述计算方法的准 确性 ,以某高炉生产数据进行验证计算 , 各参数如 下 :V =125 m 3 , D =3.2 m , hH =1.65 m , d T =2.7 m , h T =1.8 m , d RW =0.7 m , N =8 , ε=0.55 , εd = 0.3 , ρo =3 520 kg·m -3 , ρc =990 kg·m -3 , mc =435 kg·t -1 , TFe =0.59 , Δp =0.9 ×10 5 Pa , u =0.001 5 m·s -1 , d P =0.02m , ρi =7 000 kg·m -3 .根据式(12) 计算得到要保证出铁后死焦堆刚好浮起的最小死铁 层深度 h =0.91 m , 而高炉的实际设计死铁层深度 为 0.304 m ,可见在炉役初期死焦堆是沉坐在炉底 的 . 该高炉拆炉后发现的死料柱在渣铁水中的分布 如图 3 所示 .炉底侵蚀死铁层加深至 1.35 m ,死料 柱浸泡在渣层中的深度为 0.9 m , 浸泡在铁层中的 深度为 0.6 m .由于设计死铁层深度仅 0.304 m ,远 小于死料柱浸泡在铁层中的深度 ,如果出完渣铁 ,死 料柱必然进一步下沉 .设计死铁层深度过浅, 炉役 初期死料柱必然沉坐炉底, 这与估算结论一致. 图3 死料柱在渣铁水中的状态 Fig.3 St at e of deadman in liquid slag and iron (2)炉役后期验证.解剖后发现高炉容积明显 扩大,死铁层加深至 1.35 m , 而且实际解剖时发现 死料柱浮起 0.6 m ,考虑到炉役后期炉形发生变化, 实际炉容变为 136 m 3 , 炉缸直径变为 3.41 m , 相关 参数经调整后代入估算公式计算得到的最小死铁层 深度为 0.89 m .此时炉缸死铁层深度为 1.35 m ,可 见后期死料柱完全能够浮起 . 通过高炉解剖得到的炉役后期渣铁在炉缸中的 分布来反推保证死料柱浮起的最小死铁层深度, 并 · 908 · 北 京 科 技 大 学 学 报 第 31 卷