CN113362904A - 一种高炉风口回旋区形状的检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及高炉领域，具体来说是一种高炉风口回旋区形状的检测方法；所述检测方法包括如下步骤：热态试验、单风口数值模拟以及高炉多风口数值模拟得到更为精确的回旋区形状；本发明通过热态试验检测处试验条件下的回旋区的形状特征，为高炉生产真实提供更精确的模拟参数，同时再结合高炉生产数据数值模拟计算高炉回旋区的大小，使得回旋区形状模拟更为精确。

Description

一种高炉风口回旋区形状的检测方法

技术领域

本发明涉及高炉领域，具体来说是一种高炉风口回旋区形状的检测方法。

背景技术

高炉风口回旋区是整个高炉生产的热量和能量之源，是高炉稳定操作不可缺少的重要反应区。

风口回旋区的形状对高炉下部气流、炉缸活跃程度及炉料下降影响很大；此外,高炉生产所需化学能和热能主要来源于燃料在风口回旋区燃烧产生的煤气。

风口回旋区的尺寸大小将直接影响高炉下部煤气的分布、上部炉料的均衡下降以及整个高炉内的传热传质过程。

高炉风口前缘的整个回旋区内分别存在着一个化学和物理现象。在高炉中焦炭不但在炉中运动，还伴随着燃烧反应，并且跟鼓风带进来的气流之间有热量和质量的传递进行，所以，在整个物质传热以及燃烧的过程就构成回旋区的化学环境；同时，高炉内煤气流与焦炭颗粒之间的动能传递，两者的相互作用以及运动的过程构成了回旋区的物理环境。

高炉风口回旋区的形成和反应情况，将直接影响着高炉下部煤气的分布、上部炉料的均衡下降以及整个高炉内的传热传质过程，因而研究和分析大型高炉风口回旋区的特征及其变化规律，对于创造最佳化的高炉冶炼条件、实现生产过程的准确控制以及有效发挥大型高炉生产的优势具有相当重要的意义。

但是研究回旋区的前天是要得知回旋区的形状，在得出回旋区的现状下才能进行后续的试验。

但是由于回旋区的工况复杂，不好通过计算直接得出，现状多采冷态模型加数值模拟推理得到对应的回旋区形状，但是冷态模型得出的数据偏差较大，使得回旋区得出的数据差值较大，不能为高炉生产真实提供更精确的模拟参数。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种采用热态模型计算回旋区形状的检测方法。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种高炉风口回旋区形状的检测方法，

所述检测方法包括如下步骤：

步骤1：先进行热态试验；使用热态试验计算出模拟参数；

步骤2：单风口数值模拟；基于热态试验计算出的模拟参数，使用回旋区的形状计算模型初步计算出风口回旋区的形状；

步骤3：高炉多风口数值模拟；步骤2完成后，再多次单一更改高炉单一参数，每次更改高炉单一参数后，均使用回旋区的形状计算模型对步骤2计算得出的风口回旋区的形状进行修正。

所述步骤1中热态试验包括如下步骤：

步骤一：按照生产5kg铁水的高炉原料需求在石墨坩埚中装入各种原料，并把装有高炉原料的石墨坩埚放置在回旋区模拟炉中；并通过空气加热炉向回旋区模拟炉中通入热风；

步骤二：在通入热风时，打开带称重的喷煤输送系统，并向回旋区模拟炉中喷吹煤粉；

步骤三：步骤二完成后，向回旋区模拟炉中喷吹三氧化二铝粉末填充回旋区；喷吹完毕后，检测回旋区大小；

步骤四：回旋区大小检测完毕后，对上述回旋区热态试验的各个模拟参数检测。

所述步骤一通过空气加热炉向回旋区模拟炉中通入热风时，要求先通入氮气到空气加热炉中，直至其加热至1400℃，上述操作完毕后，再通入空气，直到回旋区模拟炉高炉原料反应完成，回旋区模拟炉中温度开始升高时，停止回旋区模拟炉和空气加热炉的加热，向回旋区模拟炉中通氮气使其冷却至200℃。

所述步骤三中，直到回旋区模拟炉高炉原料反应完成后，回旋区模拟炉温度开始快速升高时，依次关闭回旋区模拟炉和空气加热炉的加热按钮，同时关闭空气泵开关，打开氮气阀门开关，在回旋区模拟炉中喷吹氮气直至回旋区模拟炉冷却至200℃；再进行三氧化二铝粉末喷吹。

所述石墨坩埚侧面具有开孔，远离装填完毕后，使用多孔石墨板封堵开孔。

所述石墨坩埚放入回旋区模拟炉后，在空气加热炉加热过氮气的保护下升温到1500℃。

本发明的优点在于：

本发明公开了一种高炉风口回旋区形状的检测方法；本发明通过在实验室内做热态试验得出理论值的回旋区大小以及理论状态下的各个模拟参数；在基于热态试验得出的理论参数，再结合高炉生产中的实际变量，采用回旋区的形状计算模型初步计算出风口回旋区的形状，最后再通过改变高炉实际生产中的单一变量，通过变更形状计算模型参数，对上述计算得到的风口回旋区的形状进行修正；本发明通过热态试验检测处试验条件下的回旋区的形状特征，为高炉生产真实提供更精确的模拟参数，同时再结合高炉生产数据数值模拟计算高炉回旋区的大小，使得回旋区形状模拟更为精确。

附图说明

下面对本发明说明书各幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明：

图1为本发明热态模拟实验需要用到的实验设备的结构示意图。

上述图中的标记均为：

1、回旋区模拟炉，2、空气加热炉，3、煤粉输送系统。

具体实施方式

下面对照附图，通过对最优实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

一种高炉风口回旋区形状的检测方法；

所述检测方法包括如下步骤：

步骤1：先进行热态试验；使用热态试验计算出模拟参数；

在本发明中上述步骤1主要是在试验室中完成的，通过标定理论值，投放理论数量物料，先得出回旋区大小；也就是得出理论试验条件下的回旋区的形状特征，为后续结合实际生产参数对回旋区的形状进行修正提供基础，同时，本发明上述步骤1除了用于得出回旋区的基本形状特征外，还需要得出对应的模拟参数，该模拟参数是后续单风口数值模拟时计算回旋区形状的基础。

步骤2：单风口数值模拟；基于热态试验检测出的回旋区的形状及其空气流量、空气湿度及喷煤量等参数，结合高炉生产时相应参数情况，使用回旋区的形状计算模型初步计算出风口回旋区的形状；

单风口数值模拟就是模拟高炉只有一个风口时的回旋区形状的，计算时采用步骤1得到的模拟参数；再通过结合高炉实际生产中的变量，采用回旋区的形状计算模型是涵盖气、固、液三相的方程，具体包括欧拉气相方程组、欧拉颗粒连续方程和动量方程以及拉氏颗粒能量、质量变化方程等，初步计算出风口回旋区的形状。

而针对上述的高炉实际生产中的变量一般为：高炉生产风口参数，喷煤量、鼓风量、鼓风参数，煤粉粒度，炉料理化特性参数；此类数值可以测定；具体可以根据实际测算量进行计算。

步骤3：高炉多风口数值模拟；步骤2完成后，再多次单一更改高炉单一参数，每次更改高炉单一参数后，均使用回旋区的形状计算模型对步骤2计算得出的风口回旋区的形状进行修正。

在本发明中步骤3就是起到一个修正作用，因为上述步骤2得出的是一个高炉只具有一个单风口的回旋区形状，而在实际生产中，我们知晓，高炉不止具有一个风口，而是具有多个的，所以为了保证回旋区的形状更加符合实际生产要求，就需要对回旋区的形状进行修正；修正方式是通过检测高炉生产中的对应参数，并通过找寻对应参数在形状计算模型中对应的系数，当变更某一参数时，就可以使用上述回旋区计算模型修正对应的回旋区形状。

本发明通过上述检测方法的公开，使得本发明可以由试验得出对应模拟参数，再通过控制高炉实际变量对回旋区形状进行修正，从而能够更好的精确得出回旋区所在位置和形状，为实际生产提供指导。

另外，因为本发明在单风口模拟和多风口模拟时会控制变量对回旋区形状进行修正，可以得出各变量对回旋区形状的影响，从而可以在实际生产中通过控制该变量达到更好的使用要求，进而提高高炉的生产率，进而为高炉稳定顺利运行提供技术支撑。

另外，在本发明中所述步骤1中热态试验包括如下步骤：

步骤一：按照生产5kg铁水的高炉原料需求在石墨坩埚中装入各种原料，并把装有高炉原料的石墨坩埚放置在回旋区模拟炉1中；并通过空气加热炉2向回旋区模拟炉1中通入热风；

步骤二：在通入热风时，打开带称重的喷煤输送系统3，并向回旋区模拟炉1中喷吹煤粉；

步骤三：步骤二完成后，将喷煤输送系统中的原料做出更改，也就是在喷煤输送系统中加入三氧化二铝粉末，使用喷煤输送系统向回旋区模拟炉1中喷吹三氧化二铝粉末填充回旋区；喷吹完毕后，通氮气冷却到室温，检测回旋区大小；

步骤四：回旋区大小检测完毕后，对上述回旋区热态试验的各个模拟参数进行检测。

本发明通过上述四个步骤，可以在实验室内完成高炉理论运行时的工况；为后续计算回旋区形状提供理论数据支撑；同时在本发明中热态模拟实验起到一个论证作用，可以根据需要得出对应变量时使用回旋区形状计算模型时的系数。

进一步的的，本发明中所述步骤一中先向空气加热炉2中通入氮气；再向空气加热炉2内通入空气，经过空气加热炉2加热的氮气和空气分别再进入回旋区模拟炉1内；本发明氮气与空气的通入顺序是有要求的，具体要求为先向加热炉内通入氮气进行预热和吹扫，后续再喷入空气模拟；同时进一步的的，本发明中所述步骤一中所述步骤一通过空气加热炉2向回旋区模拟炉1中通入热风时，要求先通入氮气，再通入空气，空气加热炉2要求加热至1400℃；空气加热炉2加热至1400℃是为了保证通入回旋区模拟炉1的氮气和空气都被加热，使得通入回旋区模拟炉1的气体被加热。

进一步的的，本发明中所述步骤三中，在进行三氧化二铝粉末喷吹前，先在回旋区模拟炉1中喷吹氮气；喷吹氮气低温期起到一个吹扫和防护作用，同时喷入的氮气可以起到很好的防护作用，避免高炉原料或者高炉内氧气等物料的影响，也就是实现高炉原料从高炉上部的低温状态下降高温回旋区的还原性气氛模拟。

进一步的；本发明中所述石墨坩埚侧面具有开孔，远离装填完毕后，使用多孔石墨板封堵开孔；本发明通过石墨坩埚的设置，方便了高炉原料的填装，进而了实验室内的后续检测。

进一步的；本发明中所述石墨坩埚放入回旋区模拟炉1后，在氮气的保护下升温到1500℃，实现高炉原料从高炉上部的低温状态下降高温回旋区的还原性气氛模拟。

在本发明中所述步骤一中先向空气加热炉中通入氮气至空气加热炉，加热到1400℃；使得加热后的氮气进入回旋区的加热炉中，当回旋区模拟炉中石墨坩埚在氮气的保护下加热到1500℃后，关闭氮气阀门开关，再向空气加热炉内通入空气，通空气时保持空气加热炉1400℃恒温，经过空气加热炉加热的空气再进入回旋区模拟炉内。

所述步骤一通过空气加热炉向回旋区模拟炉中通入热风时，要求先通入氮气到空气加热炉中，直至其加热至1400℃，这样的好处是避免冷氮气进入回旋区模拟炉对试验的影响；上述操作完毕后，再通入空气，直到回旋区模拟炉高炉原料反应完成，回旋区模拟炉中温度开始升高时，停止回旋区模拟炉和空气加热炉的加热，通氮气冷却至200℃，然后打开空气泵开关通空气冷却至室温。

所述步骤三中，直到回旋区模拟炉高炉原料反应完成后，回旋区模拟炉温度开始快速升高时，依次关闭回旋区模拟炉和空气加热炉的加热按钮，同时关闭空气泵开关，打开氮气阀门开关，在回旋区模拟炉中喷吹氮气直至回旋区模拟炉冷却至200℃；再进行三氧化二铝粉末喷吹。

具体，本发明气体步骤主要为：

把高炉原料装填在石墨坩埚中，石墨坩埚再放置回转去模拟炉中；石墨坩埚放置在模拟炉中后，模拟炉加热开关开启，模拟炉对石墨坩埚以及内部高炉原料进行加热，这样是为了避免高炉原料燃烧环境；同时在本发明中石墨坩埚要求在氮气的保护下进行升温，避免模拟炉内空气或者其他气体的影响，另外，在本发明中氮气是在空气加热炉内进行加热操作的；同时上述石墨坩埚在氮气的保护下升温到设定温度后，氮气断开供给，氮气断开供给后，再向模拟炉中通入空气，空气也要求从空气加热炉中加热，方便后续反应的顺利进行；

另外，在通入空气时，打开带称重的喷煤输送系统3，并向回旋区模拟炉1中喷吹煤粉；

直至高炉原料与煤粉反应完全；反应完全的标志是回旋区模拟炉温度从1500℃继续升高，则要求关闭回旋区模拟炉和空气加热炉的加热按钮，同时关闭空气泵开关，打开氮气阀门开关，在回旋区模拟炉中喷吹氮气直至回旋区模拟炉冷却至200℃；再进行三氧化二铝粉末喷吹，将喷煤输送系统加入三氧化二铝粉末，向回旋区模拟炉1中喷吹三氧化二铝粉末填充回旋区；喷吹完毕后，通氮气冷却到室温，检测回旋区大小。

具体实施步骤参考下文所述：

主题为：

通过热态试验检测试验条件下的回旋区的形状特征，为高炉生产真实提供更精确的模拟参数，再结合高炉生产数据数值模拟计算高炉回旋区的大小。

热态试验方法步骤：

将做过还原试验的含铁炉料与(粒度参考风口焦炭粒度)焦炭按照一定比例(参考高炉焦比，含铁炉料与高炉焦炭的质量比为3.5-4)；本发明上述含铁炉料和焦炭按比例混合后，就是下文中的高炉原料。

按照生产5kg铁水的高炉原料需求准备各种原料，并把准备好的原料装入定制的矩形石墨坩埚中，石墨坩埚的尺寸为(400mm×300mm×300mm)，同时在石墨坩埚300mm×300mm一侧中间区域开设一个直径65mm的开孔，原料装填完毕后，用多孔石墨板封住开孔，并把该石墨坩埚放在回旋区模拟炉1中，在氮气的保护下升温到1500℃，同时，将空气加热炉2升温到1400℃，后续对先通氮气对石墨坩埚进行保护，当石墨坩埚以及高炉原料升温到1500℃后，氮气停止供给；这时把供给空气，使得空气加热后进入回旋区模拟炉中辅助后续煤粉与高炉原料反应；

在通入热风时，打开带称重的喷煤输送系统3，煤粉等燃料装入量，按照煤比(高炉生产1吨铁水时高炉喷吹煤粉量)折算，开始向回旋区模拟炉1喷吹煤粉等其它燃料；喷吹时间为1h；

上述煤粉与高炉原料反应完毕后，关闭空气加热炉和回旋区模拟炉后，再向回旋区模拟炉中通氮气使得模拟炉内冷却至200℃；冷却到设定温度后，进行下移步骤；

上述操作完毕后，再向模拟炉内通氮气，这里喷吹罐改喷三氧化二铝粉末填充回旋区20mi n，最后空气冷却至室温再检测回旋区大小；

上述操作完毕后，对模拟炉炉内反应前后的焦炭粒度和孔隙度变化，入炉料和反应后炉料理化特性，风口渣成分和厚度进行检测。

单风口数值模拟：利用热态试验模拟参数，结合高炉生产风口参数，喷煤量、鼓风量、鼓风参数，煤粉粒度，炉料理化特性参数等，采用的回旋区的形状计算模型是涵盖气、固、液三相的方程，具体包括欧拉气相方程组、欧拉颗粒连续方程和动量方程以及拉氏颗粒能量、质量变化方程等，初步计算出风口回旋区的形状。

高炉多风口数值模拟：结合高炉风口鼓风压力和炉顶压差，高炉上料制度、高炉下料速度、炉料堆比重、软熔滴落等参数变化对风口区间影响；结合死铁层厚度、、出铁流速、死焦堆大小及空隙度等参数分析炉缸铁水环流冲刷力及浮力。通过上部炉腹、炉腹周边影响参数，对回旋区的形状计算模型中的相关参数进一步修正，计算出高炉各风口回旋区的形状。

本发明公开的检测方法可以分析高炉喷吹燃料的搭配和喷吹参数，高炉的送风参数和富氧参数，入炉料条件等对高炉风口回旋区的变化，为发展中心气流，压制边缘气流，防止管道等提供具体指导，为保证高炉稳定顺行提供技术支撑。

另外，可以提高高炉生产率，根据高炉数据结合试验验证，更精确的分析喷煤参数和鼓风参数对高炉风口回旋区形状影响，提高高炉生产率。还能提高煤气利用率，降低燃料消耗。

还能模拟风量、热风湿度、风压，燃料搭配和粒度等参数变化对风口回旋区位置和大小变化影响，为高炉限制气流管道，防止边缘气流发展烧坏耐火材料，高炉长寿提供重要参考。

显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，均在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种高炉风口回旋区形状的检测方法，其特征在于；

所述检测方法包括如下步骤：

步骤1：先进行热态试验；使用热态试验计算出模拟参数；

步骤2：单风口数值模拟；基于热态试验计算出的模拟参数，使用回旋区的形状计算模型初步计算出风口回旋区的形状；

步骤3：高炉多风口数值模拟；步骤2完成后，再多次单一更改高炉单一参数，每次更改高炉单一参数后，均使用回旋区的形状计算模型对步骤2计算得出的风口回旋区的形状进行修正。

2.根据权利要求1所述的一种高炉风口回旋区形状的检测方法，其特征在于，所述步骤1中热态试验包括如下步骤：

步骤一：按照生产5kg铁水的高炉原料需求在石墨坩埚中装入各种原料，并把装有高炉原料的石墨坩埚放置在回旋区模拟炉中；并通过空气加热炉向回旋区模拟炉中通入热风；

步骤二：在通入热风时，打开带称重的喷煤输送系统，并向回旋区模拟炉中喷吹煤粉；

步骤三：步骤二完成后，向回旋区模拟炉中喷吹三氧化二铝粉末填充回旋区；

喷吹完毕后，检测回旋区大小；

步骤四：回旋区大小检测完毕后，对上述回旋区热态试验的各个模拟参数检测。

3.根据权利要求2所述的一种高炉风口回旋区形状的检测方法，其特征在于，所述步骤一通过空气加热炉向回旋区模拟炉中通入热风时，要求先通入氮气到空气加热炉中，直至其加热至1400℃，上述操作完毕后，再通入空气，直到回旋区模拟炉高炉原料反应完成，回旋区模拟炉中温度开始升高时，停止回旋区模拟炉和空气加热炉的加热，向回旋区模拟炉中通氮气使其冷却至200℃。

4.根据权利要求2所述的一种高炉风口回旋区形状的检测方法，其特征在于，所述步骤三中，直到回旋区模拟炉高炉原料反应完成后，回旋区模拟炉温度开始快速升高时，依次关闭回旋区模拟炉和空气加热炉的加热按钮，同时关闭空气泵开关，打开氮气阀门开关，在回旋区模拟炉中喷吹氮气直至回旋区模拟炉冷却至200℃；再进行三氧化二铝粉末喷吹。

5.根据权利要求2所述的一种高炉风口回旋区形状的检测方法，其特征在于，所述石墨坩埚侧面具有开孔，远离装填完毕后，使用多孔石墨板封堵开孔。

6.根据权利要求2所述的一种高炉风口回旋区形状的检测方法，其特征在于，所述石墨坩埚放入回旋区模拟炉后，在空气加热炉加热过氮气的保护下升温到1500℃。

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