D0I:10.13374/i.issn1001053x.2003.06.007 第25卷第6期 北京科技大学学报 Vol.25 No.6 2003年12月 Journal of University of Science and Technology Beijing Dec.2003 高炉喷煤交叉式双枪的基础研究 吴铿魏欣 张向国杨天钧陈春元李安军 北京科技大学冶金与生态学院，北京100083 摘要在冷态模拟实验中，就交叉射流的参数对主变形率的影响进行了研究.增加交角、提 高出口动量比和保持两枪之间适当的距离都有利于提高混合效果，对不同类型喷枪的煤粉 燃烧率进行了热态模拟实验，发现采用交叉式氧煤双枪和双煤枪可以获得比单枪较高的燃 烧率.这表明交叉射流为煤粉在风口前的燃烧提供了良好的传热和传质条件. 关键词高炉炼铁：交叉射流：煤粉喷吹：双枪：燃烧率 分类号TF053 与高炉喷煤相关的研究是近年来较为热门 射流1 的课题”.为在增加高炉喷煤量的同时保持较高 的置换比，就应提高煤粉在风口前的燃烧率和保 射流2 持高炉顺行，这需要对喷枪的结构和形式进行更 深入的研究.“八五”期间，鞍钢六高炉对国内一 些单位研制的氧煤枪进行了工业实验，结果表明 同轴氧煤枪采用旋流形式对强化燃烧起到了一 A-A 定的作用，同时实验中还发现，氧煤分喷的交叉 式双枪有非常好的效果以.这种氧煤交叉双枪通 图1交叉射流及其汇合形状的示意图 过调节适当的夹角和氧量几乎可以完全消除喷 Fig.1 Schematic diagram of cross jets and their joined 煤时风口前出现的黑根现象，这表明交叉射流为 form 喷出的煤粉提供了良好的动力学燃烧条件， 本文通过水模型实验研究了交叉射流的作 的区域，即开始区、过渡区和主要发展区，开始区 用及其特性参数.此外，在实验室进行了不同形 是指交叉射流外部边缘相遇以前的一段，各自具 式喷枪在风口前煤粉燃烧率的热模拟实验，为开 有独立的形状及方向.这一段的长度取决于两喷 发交叉式双煤枪和在高炉进行了工业实验提供 管间的距离和各射流的张角及两个射流交角a的 必要的依据. 大小.过渡区是指射流外边缘开始接触到射流不 再受到变形作用力之间的区域.在此区域内，射 1交叉射流原理 流受到相互冲击力作用而使射流截面发生变形， 两个轴线成一定角度的射流构成的流动为 射流在垂直方向上压扁，水平方向上展宽，外边 交叉射流.当交叉射流相遇时，由于各自惯性力 界呈曲线形.两射流的交角（α）愈大，射流的压扁 的作用，产生相互碰撞和混合，而发生射流变形， 变形愈大.过渡区之后为主要发展区，此时射流 首先被压扁、展宽，然后又逐渐形成一个圆形射 已汇合成单一射流，不再受到变形的作用力. 流（如图1所示）. 2水模型实验 交叉射流相遇前后的情况可分为三个不同 2.1实验装置 收稿日期200304-24吴铿男，52岁，教授，博士 *国家钢铁联合基金资助项目No.50174006) 交叉双枪的射流演示及其特性参数的水模第 卷 第 期 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 吸 】 高炉喷煤交叉式双枪的基础研究 吴 铿 魏 欣 张 向 国 杨 天钧 陈春元 李安 军 北 京科技 大学 冶 金 与 生 态 学 院 ， 北京 摘 要 在 冷态 模拟 实验 中 ， 就 交叉射 流 的 参 数对 主 变 形 率 的 影 响进 行 了 研 究 增 加 交 角 、 提 高 出 口 动 量 比和 保持两 枪之 间适 当 的距 离都 有 利 于 提 高 混 合 效 果 对 不 同类 型 喷 枪 的煤粉 燃烧 率进行 了热态 模拟 实验 ， 发现采用 交叉式氧 煤双 枪和 双 煤枪可 以获 得 比单枪较 高 的燃 烧 率 这 表 明交叉 射流 为煤 粉在 风 口 前 的燃烧提 供 了 良好 的传 热和 传 质条件 关键 词 高炉炼 铁 交叉 射 流 煤粉 喷 吹 双 枪 燃烧 率 分 类号 吓 与 高 炉 喷 煤 相 关 的研 究 是 近 年 来 较 为 热 门 的课题问 为在增加 高炉 喷煤 量 的 同时保 持 较 高 的置 换 比 ， 就 应提 高煤粉 在风 口 前 的燃烧 率 和保 持 高炉顺 行 ， 这 需要 对 喷枪 的结构和 形 式进行 更 深 入 的研 究 “ 八 五 ” 期 间 ， 鞍钢 六 高 炉对 国 内一 些 单位研制 的氧 煤枪进 行 了工 业 实验 ， 结 果表 明 同轴 氧 煤 枪 采 用 旋 流 形 式 对 强 化 燃 烧 起 到 了一 定 的作用 同时 实验 中还 发现 ， 氧 煤 分 喷 的交叉 式 双 枪 有 非 常 好 的效 果 〔 这 种氧 煤 交 叉 双 枪 通 过 调 节 适 当 的夹 角 和 氧 量 几 乎 可 以完全 消 除 喷 煤 时风 口 前 出现 的黑 根现 象 ， 这表 明交 叉射 流 为 喷 出的煤粉提 供 了 良好 的动 力 学燃烧 条件 本 文 通 过 水 模 型 实 验 研 究 了交 叉 射 流 的作 用 及 其特 性 参 数 此 外 ， 在 实验 室进 行 了不 同形 式 喷枪在 风 口 前煤粉燃烧 率 的热模拟 实 验 ， 为开 发交 叉 式 双 煤 枪 和 在 高 炉 进 行 了工 业 实验 提 供 必 要 的依据 图 交 叉 射 流 及 其 汇 合形 状 的 示 惫 图 交叉 射 流原 理 两 个 轴 线 成 一 定 角 度 的射 流 构 成 的流 动 为 交叉 射流 当交叉 射 流 相 遇 时 ， 由于 各 自惯 性 力 的作用 ， 产 生 相互碰撞和 混 合 ， 而 发 生射 流 变形 ， 首 先 被 压 扁 、 展 宽 ， 然 后 又 逐渐 形 成 一 个 圆形 射 流 如 图 所 示’ ， 交 叉 射 流 相 遇 前 后 的情 况 可 分 为三 个 不 同 收稿 日期 一 吴铿 男 ， 岁 ， 教授 ， 博 士 国家钢 铁联 合基 金 资助项 目 的区域 ， 即开始 区 、 过渡 区和 主 要 发 展 区 开 始 区 是指 交叉 射流 外 部边 缘 相 遇 以前 的一 段 ， 各 自具 有独 立 的形 状及 方 向 这 一 段 的长度 取 决于两 喷 管 间 的距 离和 各射 流 的张 角及 两 个射 流 交 角 的 大 小 过 渡 区是 指射流 外 边 缘 开始接触 到射 流 不 再 受 到变 形 作 用 力 之 间 的区 域 在 此 区 域 内 ， 射 流 受到相 互 冲击 力作用 而使射流 截 面 发 生变形 ， 射 流 在 垂 直 方 向上 压 扁 ， 水 平 方 向上 展 宽 ， 外边 界 呈 曲线 形 两射 流 的交 角 愈 大 ， 射 流 的压 扁 变 形 愈大 ， 过 渡 区之 后 为主 要 发 展 区 ， 此 时射 流 己汇 合 成 单 一 射 流 ， 不 再 受 到变 形 的作用 力 水模型 实验 实验 装 置 交 叉 双 枪 的射 流 演 示 及 其 特 性 参 数 的水 模 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．2003．06．007