第2期 朱进锋等：高炉炉缸死焦堆对渣滞留率的影响 ·225· 焦堆中流动时的阻力损尖？：为了描述气-渣、渣一 的源项q 铁的分层界面，采用目前广泛使用的VOF多相流模 1.2初始条件 型斗：采用标准k一€双方程模型来描述湍流.对于 整个流体域除边界外初始速度为零；初始铁水 整个区域的控制微分方程见文献[日. 深度为21m,渣厚度为0.4m,其余部分全部为气体. 11边界条件 (1)湍流的壁面边界条件.在炉缸壁面上采用 2计算的物理模型 无滑移边界条件（即ux=4=uz=0).对于湍流流 目前高炉炉缸设计有加深死铁层以确保出铁结 动，由于近壁处动量脉动迅速减弱，故需考虑到湍流 束时料柱仍然能够浮在铁水中的趋势.料柱如果在 作用的减弱和层流作用的相对增强，该区域不用很 出铁时无法浮起铁液没有畅通的通道，只能依靠焦 细的网格，而是由壁面函数指定其行为. 炭空隙特别是焦炭与炉墙间的缝隙流向铁口，形成 (2)入口边界条件.由于炉缸排放是一瞬态过 环流（见图1），对炉缸侧壁形成环形侵蚀.深的死铁 程其速度值是变化的，故入口边界采用压力边界， 层有利于减轻环形侵蚀7.对于死焦柱在炉内是否 具体值为风口压力 浮起利用经验设计的小高炉死铁层深度过浅，死料 (3)出口边界条件为大气压强. 柱难以浮起，大高炉的经验设计值与死焦柱浮起的 (4)多孔介质.对于炉缸内的“死焦堆”，给出 深度接近9.本文侧重于讨论死焦柱对渣滞留量的 空隙度和焦炭粒径等，根据Egum公式计算出惯性 影响，选择以某钢厂2000m高炉炉缸为计算条件， 和黏性阻力系数，得到压力损失梯度，作为动量方程 模型见图1. 88888588888888885积码 8阳 死焦堆孔慰度：0.35 焦空间 死焦堆直径为炉缸直径的 609%、70%,80%.90%及95% 无焦空间 死焦堆直径：10m 孔隙度：035 无焦空间 0QQQQQQQQQQQQ 68888888888888 低渗透区，孔隙度为0.1.高为19m (a) (b) 888288888989898988 无焦空间 死焦堆直径：10m 无焦空间 死焦堆直径：10m 孔脉度：0.35 孔腻度：035 3388888888883838 888888888888888888888☒ 底部无焦空间高0.5m 8828888889 (c) (d) 图1渣铁水流动计算物理模型.(a)不同死料柱直径（沉坐）：(b)炉缸底部存在不可渗透区(10m):(c)死料柱浮起(10m):(d)死料柱 沉坐(10m) Fig I Calculation physical models of slag and iron flow ing:(a)different deadman diameters (sitting):(b)hearth bot tom with no pemeability zone (10 m);(c)fbating deadman (10m);(d)sitting deadman (10 m) 图1(a)代表了五种不同死焦堆直径的情形 3结果及讨论 图1共计算了八种不同死焦堆状态下的渣滞留率. 炉缸排放是一瞬态过程当气一渣界面到达铁口附 3.1不同死焦堆直径下的渣滞留率 近，出铁口刚有气体排出时计算结束.计算所涉及 为方便研究炉渣排放情况，特定义渣滞留率R, 的参数%为：炉缸直径10.4m,高度45m:铁口深 为： 度21m,直径006m,长度1.5m,倾角10；炉渣密 R,=出铁完半利余渣的体积×100% (1) 度设为3000kgm3,渣黏度为0.15Pas:铁水密度 初始渣的体积 为7000kgm3,黏度为0.0015Pas:焦炭直径设 总渣滞留率为整个炉缸中渣的滞留率；死焦堆 为0.05m:渣表面张力为0.4Pa,铁表面张力为 中的渣滞留率为出铁完毕死焦堆中剩余的渣与初始 L.7Pa,渣铁界面张力为L2Pa风口区压力作为模 死焦堆中渣体积的百分比：无焦空间中的渣滞留率 型的入口压力，其大小为3.5MPa. 与上类似：死焦堆的贡献率定义为死焦堆中的渣滞焦堆中流动时的阻力损失 [ 5] ;为了描述气-渣 、渣- 铁的分层界面, 采用目前广泛使用的VOF 多相流模 型[ 2] ;采用标准 k -ε双方程模型来描述湍流 .对于 整个区域的控制微分方程见文献[ 6] . 1.1 边界条件 (1)湍流的壁面边界条件.在炉缸壁面上采用 无滑移边界条件(即 u x =uy =uz =0).对于湍流流 动,由于近壁处动量脉动迅速减弱 ,故需考虑到湍流 作用的减弱和层流作用的相对增强 ,该区域不用很 细的网格 ,而是由壁面函数指定其行为 . (2)入口边界条件 .由于炉缸排放是一瞬态过 程,其速度值是变化的, 故入口边界采用压力边界 , 具体值为风口压力. (3)出口边界条件为大气压强. (4)多孔介质 .对于炉缸内的“死焦堆” , 给出 空隙度和焦炭粒径等 , 根据 Erg un 公式计算出惯性 和黏性阻力系数 ,得到压力损失梯度,作为动量方程 的源项[ 6] . 1.2 初始条件 整个流体域除边界外初始速度为零;初始铁水 深度为2.1m ,渣厚度为0.4m ,其余部分全部为气体. 2 计算的物理模型 目前高炉炉缸设计有加深死铁层以确保出铁结 束时料柱仍然能够浮在铁水中的趋势.料柱如果在 出铁时无法浮起, 铁液没有畅通的通道,只能依靠焦 炭空隙特别是焦炭与炉墙间的缝隙流向铁口 ,形成 环流(见图1),对炉缸侧壁形成环形侵蚀.深的死铁 层有利于减轻环形侵蚀[ 7] .对于死焦柱在炉内是否 浮起,利用经验设计的小高炉死铁层深度过浅, 死料 柱难以浮起, 大高炉的经验设计值与死焦柱浮起的 深度接近[ 8] .本文侧重于讨论死焦柱对渣滞留量的 影响,选择以某钢厂 2 000 m 3 高炉炉缸为计算条件, 模型见图 1 . 图 1 渣铁水流动计算物理模型.(a)不同死料柱直径(沉坐);(b)炉缸底部存在不可渗透区(10 m);(c)死料柱浮起(10 m);(d)死料柱 沉坐 (10 m) Fig.1 Calculation physical models of slag and iron flow ing :(a)different deadman diamet ers (sitting);(b)hearth bottom w ith no permeability zone (10 m);(c)floating deadman (10 m);(d)sitting deadm an (10 m) 图 1(a)代表了五种不同死焦堆直径的情形 . 图 1 共计算了八种不同死焦堆状态下的渣滞留率 . 炉缸排放是一瞬态过程, 当气-渣界面到达铁口附 近,出铁口刚有气体排出时计算结束.计算所涉及 的参数 [ 9] 为:炉缸直径 10.4 m , 高度 4.5 m ;铁口深 度 2.1 m ,直径 0.06 m ,长度 1.5 m ,倾角10°;炉渣密 度设为3 000 kg·m -3 ,渣黏度为 0.15Pa·s ;铁水密度 为7 000 kg·m -3 , 黏度为 0.001 5 Pa·s ;焦炭直径设 为0.05 m ;渣表面张力为 0.4 Pa , 铁表面张力为 1.7 Pa ,渣铁界面张力为 1.2 Pa;风口区压力作为模 型的入口压力, 其大小为 3.5 MPa . 3 结果及讨论 3.1 不同死焦堆直径下的渣滞留率 为方便研究炉渣排放情况, 特定义渣滞留率 R t 为 : R t = 出铁完毕剩余渣的体积 初始渣的体积 ×100 % (1) 总渣滞留率为整个炉缸中渣的滞留率;死焦堆 中的渣滞留率为出铁完毕死焦堆中剩余的渣与初始 死焦堆中渣体积的百分比 ;无焦空间中的渣滞留率 与上类似 ;死焦堆的贡献率定义为死焦堆中的渣滞 第 2 期 朱进锋等:高炉炉缸死焦堆对渣滞留率的影响 · 225 ·