高爐下部氣液兩相逆流流體力學特性的研究.pdf

1、高爐下部良好的透氣性是高爐穩(wěn)定操作和高產(chǎn)的重要因素。本文模擬高爐下部流動條件，選用不同性質(zhì)的填料和液體在填充床內(nèi)進行了氣液逆向流動的流體力學實驗，主要研究液體分布、滯留量、壓降、載點和泛點氣速。 實驗結(jié)果表明，不論液體初始分布的均勻性如何，液體流過一定高度的填料床后總會建立一個穩(wěn)定分布。填料形狀系數(shù)越小，直徑越大，液體向外偏流的趨勢越明顯；液體的密度越大，粘度越小，則越不容易發(fā)生偏流。由此可以推測即使沒有煤氣流的影響，高爐內(nèi)爐渣

2、也容易向爐墻附近流動。 應用最小二乘法將靜態(tài)滯留量hs與修正伽利略數(shù)Gam和修正表面張力數(shù)Cpm進行了關(guān)聯(lián)。液體的粘度越大、表面張力越大、密度越小，則靜態(tài)滯留量hs越大。它們的影響程度從大到小依次為密度、表面張力和粘度。填料的粒度、形狀系數(shù)和孔隙度越小，則hs越大。液體流量增加時，hs大的固液組合總滯留量ht也較大，由此可見影響hs的各種因素也是影響動態(tài)滯留量hd的主要因素。得到了無氣體流動條件下的hs和hd，以及氣液逆流條件下

3、載點至泛點間ht的計算式，計算結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)吻合較好。 將Sherwood液泛圖中縱坐標液泛因子乘以密度校正系數(shù)解決了恰當反映密度對液泛速度影響的問題，并提出了新的液泛圖和關(guān)聯(lián)式。實驗測得的載點氣速大約為泛點氣速的0.75倍。在氣相雷諾數(shù)較小時，由于停滯孔隙率的存在，實測壓降值比修正的厄根方程計算的值大；氣相雷諾數(shù)較大時，氣液界面上產(chǎn)生的粘性曳力較小，實測壓降值比修正的厄根方程計算的值小。通過由實驗結(jié)果回歸得到的阻力系數(shù)與氣相雷

4、諾數(shù)的關(guān)系，提出了新的氣相壓降計算模型。當填料密度比液體密度小時，在液泛前填料會發(fā)生松動和膨脹，通過修正填料床的孔隙度可以計算膨脹填料床的壓降。填料膨脹率的大小與液體流量、填料的流化速度及自由沉降速度有關(guān)。通過比較流化速度和液泛速度大小，提出了在一定流動條件下用來區(qū)分液泛和流態(tài)化的簡圖。結(jié)果表明，高爐滴落區(qū)發(fā)生的是渣的液泛，而不是焦炭床的流態(tài)化。 應用有限元方法，同時考慮了死料堆、風口回旋區(qū)、軟熔帶、礦石層和焦炭層料面形狀及粒度

5、分布、渣鐵滯留量、滴下帶渣鐵流的分布等因素對氣流阻力的影響，開發(fā)了高爐煤氣流分布的二維模擬模型。模型計算結(jié)果表明，不考慮煤氣流影響時，高爐內(nèi)熔融物的總滯留量主要由靜態(tài)滯留量hs決定。焦炭粒度對hs的影響最大，粒度減小5mm，hs大約增加20％，而且粒度越小，增加的幅度越大。軟熔帶熔融礦石層附近和死料堆表面煤氣的垂直流速較高，是最容易發(fā)生局部液泛的區(qū)域。風口回旋區(qū)上方是限制高爐產(chǎn)量的重要區(qū)域，一旦此區(qū)域透氣性變差，局部液泛可能會擴展到整個

6、爐腹截面，破壞高爐順行。 根據(jù)液體滯留模型、氣體壓降方程和煤氣流分布模型，以回旋區(qū)上部氣渣流動狀態(tài)作為判定條件，建立了反映高爐重要操作參數(shù)和最大產(chǎn)量之間對應關(guān)系的產(chǎn)量優(yōu)化模型。模型計算結(jié)果表明：焦炭粒度增加5mm，產(chǎn)量約提高20％；渣比下降100kg/t，產(chǎn)量約提高8％；爐渣粘度下降0.1Pa·s,產(chǎn)量約增加4％；爐頂壓力增加50kPa，產(chǎn)量約提高6％；富氧增加1％或提高風溫100℃，產(chǎn)量約增加2％。結(jié)合合理的上部調(diào)劑手段，提高