CN114395654B - 一种带有外置控流区的高炉均匀送风设备及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的一种带有外置控流区的高炉均匀送风设备及方法，设备包括热风围管，热风围管通过外置控流区连接热风总管，热风围管圆周方向均匀设有若干个热风支管，外置控流区包括直流段与扩流段，热风总管连接外置控流区扩流段，热风围管连接外置控流区直流段，外置控流区直流段与扩流段之间设有挡板。通过该特定的外置控流区设计，能够削弱热风的动能，从而降低热风进入热风围管内的流速，提高高炉各风口风量分配均匀性。

Description

一种带有外置控流区的高炉均匀送风设备及方法
技术领域：
本发明属于高炉热风输送技术领域，具体涉及一种带有外置控流区的高炉均匀送风设备及方法。
背景技术：
高炉热风经热风总管进入热风围管后，分成两股气流沿热风围管圆周运动，再通过热风支管经风口将热风送至高炉内，在风口前端形成回旋区。虽然风口沿炉缸圆周均匀排布，但是风压和风量在圆周风口上分布不均匀，造成风口前端回旋区大小和形状不均匀，这些不均匀性进而影响高炉顺行状态。对高炉冶炼来说，送风方法的优化对热风在炉缸圆周上均匀分布有重要作用。
当热风总管与热风围管只有一处接口时，对于规格(直径、长度、倾斜角度)完全相同的风口，由于距热风总管入口的距离不同，所以高炉各风口风量并非完全均匀。在高炉各风口处压强相同的条件下，沿热风围管圆周有四个对称方位风口风量较大。
因此有必要优化一种结构简单和成本低的送风设备及方法，以解决高炉各风口风量分配不均匀问题。
发明内容：
本发明的目的是提供一种带有外置控流区的高炉均匀送风设备及其送风方法，该设备具有结构简单和成本低的优点，能够将热风的动能耗散在外置控流区内，降低热风进入热风围管内的流速，从而提高高炉各风口风量分配均匀性。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种带有外置控流区的高炉均匀送风设备，包括热风围管，所述的热风围管通过外置控流区连接热风总管，所述的热风围管圆周方向均匀设有若干个热风支管，所述的外置控流区包括直流段与扩流段，所述的热风总管连接外置控流区扩流段，所述的热风围管连接外置控流区直流段，所述的外置控流区直流段与扩流段之间设有挡板。
所述的挡板设置1个，挡板与热风总管位于同一中心线上。
所述的挡板宽度W2、挡板高度H2与热风总管直径d3比例为1:1:1，所述的挡板宽度W2、挡板高度H2可根据热风总管直径d3大小进行调整。
所述的挡板宽度W2、挡板高度H2与热风总管直径d3均为1.68m。
所述的外置控流区扩流段扩张角为60-80°。
所述的外置控流区直流段与热风围管连接处包含4-5个热风支管。
所述的外置控流区长度L1为扩流段尖端与直流段最高点之间的垂直距离。
所述的外置控流区长度L1为7m，外置控流区2直流段宽度W1为8.54m。
所述的热风围管直径d3、外置控流区厚度(即直流段高度H1)与热风总管内径d1比例为1:1:1。
所述的热风围管直径d3，外置控流区厚度和热风总管内径d1根据实际需要调整。
所述的热风围管直径d3，外置控流区厚度和热风总管内径d1均为1.68m。
所述的直流段长度L2与扩流段长度L3比为2:5。
所述的L2即为挡板与热风总管之间的垂直距离，所述的L3即为挡板与直流段最高点之间的距离。
所述的支管设置个数为30-42个。
所述的支管端部设有风口，所述的风口规格(直径、长度、倾斜角度)完全相同，所述的风口内径d4为110-130mm。
一种带有外置控流区的高炉均匀送风方法，采用上述设备，包括以下步骤；
热风经热风总管和外置控流区，经挡板进入热风围管后，分成两股气流沿热风围管圆周运动，再通过热风支管经风口，将热风送至高炉内，完成高炉送风，所述的热风总管入口风量为4600-5000Nm3/min。
所述的方法中，经数值模拟计算与分析，各风口风量标准偏差为0.6-0.75。
所述的方法中，经数值模拟计算与分析，热风在总管内流速为30-40m/s，热风经挡板后流速降为7-10m/s。
本发明有益效果是：
1、相比于传统的高炉送风方法，本发明带有外置控流区的高炉送风设备及方法，可将热风的动能耗散在外置控流区，降低热风进入热风围管的流速，有利于高炉各风口风量的均匀分配。
2、对本发明所述的带有外置控流区的高炉送风设备及方法进行数值模拟来验证高炉各风口风量分配情况，结果表明：对比于传统的高炉送风方法，在正常冶炼强度范围内，该外置控流区对热风流动状态改变明显，高炉各风口风量分配均匀性明显提高。
3、本发明所述的带有外置控流区的高炉送风设备及方法结构简单，可以直接在原有送风装置基础上对其进行改造，无需改变原有高炉送风方法的结构。
附图说明：
图1为本发明实施例的带有外置控流区的高炉均匀送风设备结构示意图；
图2为本发明实施例的带有外置控流区的高炉均匀送风设备的外置控流区结构示意图；
图3为本发明带有外置控流区的高炉均匀送风设备左视图；
图4为本发明带有外置控流区的高炉均匀送风设备的外置控流区俯视图；
图5为本发明带有外置控流区的高炉均匀送风设备的外置控流区挡板结构示意图；
图6为本发明带有外置控流区的高炉均匀送风设备的热风支管及风口左视图；
图7为本发明带有外置控流区的高炉均匀送风设备的外置控流区扩流段扩张角示意图；其中：
1-热风总管；2-外置控流区；3-热风围管；4-热风支管；5-风口；6-挡板。
具体实施方式：
下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明。
一种带有外置控流区的高炉均匀送风设备，包括热风围管，所述的热风围管通过外置控流区连接热风总管，所述的热风围管内圈周向均匀设有若干个热风支管，所述的外置控流区包括直流段与扩流段，所述的热风总管连接外置控流区扩流段，所述的热风围管连接外置控流区直流段，所述的外置控流区直流段与扩流段之间设有挡板。
所述的挡板设置1个，挡板与热风总管位于同一中心线上。
所述的挡板宽度W2、挡板高度H2与热风总管直径d3比例为1:1:1，所述的挡板长度和高度可根据热风总管直径d3大小进行调整。
所述的挡板宽度W2、挡板高度H2与热风总管直径d3均为1.68m。
所述外置控流区扩流段扩张角为60-80°。
所述外置控流区直流段与热风围管连接处包含4-5个热风支管。
所述的外置控流区长度L1为扩流段尖端与直流段最高点之间的垂直距离。
所述的外置控流区长度L1为7m，外置控流区2直流段宽度W1为8.54m。
所述的热风围管直径d3、外置控流区厚度(即直流段高度H1)与热风总管内径d1比例为1:1:1。
所述的热风围管直径d3，外置控流区厚度和热风总管内径d1根据实际需要调整。
所述的热风围管直径d3，外置控流区厚度和热风总管内径d1均为1.68m。
所述的直流段长度L2与扩流段长度L3比为2:5。
所述的L2即为挡板与热风总管之间的垂直距离，所述的L3即为挡板与直流段最高点之间的距离。
所述的支管设置个数为30-42个。
所述的支管端部设有风口，所述的风口规格(直径、长度、倾斜角度)完全相同，所述的风口内径d4为110-130mm。
一种带有外置控流区的高炉均匀送风方法，采用上述设备，包括以下步骤；
热风经热风总管和外置控流区，经挡板进入热风围管后，分成两股气流沿热风围管圆周运动，再通过热风支管经风口，将热风送至高炉内，完成高炉送风，所述的热风总管入口风量为4600-5000Nm3/min。
所述的方法中，经数值模拟计算与分析，各风口风量标准偏差为0.6-0.75。
所述的方法中，经数值模拟计算与分析，热风在总管内流速为30-40m/s，热风经挡板后流速降为7-10m/s。
实施例1
带有外置控流区的高炉均匀送风设备，结构示意图如图1所示，左视图如图3所示，热风支管及风口左视图如图6所示，设备的外置控流区结构示意图如图2所示，外置控流区俯视图如图4所示，外置控流区挡板结构示意图5所示。包括热风总管1、热风围管3、热风支管4、风口5和外置控流区2。外置控流区2前后两端分别与热风总管1和热风围管3相连接，热风支管4沿热风围管3圆周均匀排布，经风口5将热风送入炉内。外置控流区2内设有挡板6。
所述外置控流区2前后两端分别与热风总管1和热风围管3相连接，三者位于同一中心面，外置控流区长度L1为7m，所述的外置控流区包括直流段与扩流段，所述的热风总管连接外置控流区扩流段，所述的热风围管连接外置控流区直流段，所述的直流段长度L2与扩流段长度L3比为2:5，所述的总管直径d1、直流段高度H1与围管直径d3比例为1:1:1。
所述挡板6设置在外置控流区3内，挡板6距离热风总管1和热风围管3分别为5m和2m。挡板6宽度W2和高度H2分别为1.68m和1.68m，外置控流区高度H1＝1.68m，保证挡板高度H2与外置控流区2直流段高度H1尺寸一致。
所述风口5沿热风围管均匀布置，共有30个，风口5参数完全相同，内径d4为110mm。
热风总管内径d1＝1.68m，热风围管内径d3＝1.68m，外置控流区扩流段扩张角为60°，外置控流区扩流段扩张角示意图如图7所示。
一种高炉均匀送风方法，采用上述设备，包括步骤如下：
热风通过热风总管1进入外置控流区2，热风首先冲击在挡板6上，再通过挡板6两侧进入热风围管，保证挡板6与热风总管1位于同一中心线上，可以实现挡板6两侧均等送风，然后热风分成两股气流沿热风围管3圆周运动，最后通过热风支管4经风口5将热风送至高炉内。由数值模拟的过程和结果显示，该方法明显提高了高炉各风口风量分配均匀性。
使用ANSYS有限元软件FLUENT模拟带有外置控流区2的高炉送风设备及方法热风流动特性，通过计算高炉各风口5风量标准偏差可知热风流动情况，计算结果见表1。
标准偏差计算公式：
Figure BDA0003477031370000051
式中：σ-风口风量标准偏差；
xi-各风口风量，Nm3/min；
x_-总风量平均数，Nm3/min；
n-风口个数；
设备平稳运行后，经计算，风量标准偏差为0.61，经检测，热风经挡板后流速为7m/s。
对比例1-1
同实施例1，区别在于，不设置外置控流区，由热风总管直接连接热风围管，将热风送至热风支管。设备平稳运行后，经计算，风量标准偏差为1.09，经检测，热风经挡板后流速为36m/s。
对比例1-2
同实施例1，区别在于，外置控流区不设挡板，经数值模拟计算与分析，设备平稳运行后，经计算，风量标准偏差为1.07，经检测，热风经挡板后流速为34m/s。由于外置控流区不设挡板导致热风直接冲击在热风围管内壁，热风在外置控流区扩流段两侧形成气流旋涡，降低扩流效果，导致热风主流初始流速仍较大，因此各风口风量标准偏差仍较高。
对比例1-3
同实施例1，区别在于，外置控流区内设有挡板，扩流段扩张角度为90°，设备平稳运行后，经计算，风量标准偏差为1.03，经检测，热风经挡板后流速为30m/s。由于扩流段扩张角度过大，导致热风围管内挡板处形成负压区，使挡板附近风口风量降低，从而导致各风口风量标准偏差增大。
实施例2
同实施例1，区别在于，外置控流区扩流段扩张角为80°，设备平稳运行后，经计算，风量标准偏差为0.62，经检测，热风经挡板后流速为8m/s。
实施例3
同实施例1，区别在于，热风风量提高至4800Nm3/min，设备平稳运行后，经计算，风量标准偏差为0.65，经检测，热风经挡板后流速为8m/s。
实施例4
同实施例3，区别在于，外置控流区扩流段扩张角为80°，设备平稳运行后，经计算，风量标准偏差为0.68，经检测，热风经挡板后流速为9m/s。
实施例5
同实施例1，区别在于，热风风量提高至5000Nm3/min，设备平稳运行后，经计算，风量标准偏差为0.65，经检测，热风经挡板后流速为10m/s。
对比例5-1
同实施例5，区别在于，不设置外置控流区，由热风总管直接连接热风围管，将热风送至热风支管。设备平稳运行后，经计算，风量标准偏差为1.16，经检测，热风经挡板后流速为39m/s。
对比例5-2
同实施例5，区别在于，外置控流区不设挡板，经数值模拟计算与分析，设备平稳运行后，经计算，风量标准偏差为1.12，经检测，热风经挡板后流速为36m/s。由于外置控流区不设挡板导致热风直接冲击在热风围管内壁，热风在外置控流区扩流段两侧形成气流旋涡，降低扩流效果，导致热风主流初始流速仍较大，因此各风口风量标准偏差仍较高。
对比例5-3
同实施例5，区别在于，外置控流区内设有挡板，扩流段扩张角度为90°，设备平稳运行后，经计算，风量标准偏差为1.1，经检测，热风经挡板后流速为32m/s。由于扩流段扩张角度过大，导致热风围管内挡板处形成负压区，使挡板附近风口风量降低，从而导致各风口风量标准偏差增大。
实施例6
同实施例5，区别在于，外置控流区扩流段扩张角为80°，设备平稳运行后，经计算，风量标准偏差为0.73，经检测，热风经挡板后流速为10m/s。
上述实施例与对比例不同风量下外置控流区不同扩张角标准偏差对比数据如下表1所示。
表1
Figure BDA0003477031370000071

Claims (9)

1.一种带有外置控流区的高炉均匀送风设备，其特征在于，包括热风围管，所述的热风围管通过外置控流区连接热风总管，所述的热风围管圆周方向均匀设有若干个热风支管，所述的外置控流区包括直流段与扩流段，所述的热风总管连接外置控流区扩流段，所述的热风围管连接外置控流区直流段，所述的外置控流区直流段与扩流段之间设有挡板；所述的挡板设置1个，挡板与热风总管位于同一中心线上，挡板宽度W2、挡板高度H2与热风总管直径d1比例为1:1:1，所述的挡板宽度W2、挡板高度H2根据热风总管直径d1大小进行调整。
2.根据权利要求1所述的带有外置控流区的高炉均匀送风设备，其特征在于，所述的外置控流区扩流段扩张角为60-80°。
3.根据权利要求1所述的带有外置控流区的高炉均匀送风设备，其特征在于，所述的挡板宽度W2、挡板高度H2与热风总管直径d1均为1.68m。
4.根据权利要求1所述的带有外置控流区的高炉均匀送风设备，其特征在于，所述的外置控流区直流段与热风围管连接处包含4-5个热风支管，所述的外置控流区长度L1为7m，外置控流区2直流段宽度W1为8.54m。
5.根据权利要求1所述的带有外置控流区的高炉均匀送风设备，其特征在于，热风围管直径d3、外置控流区厚度与热风总管直径d1比例为1:1:1。
6.根据权利要求5所述的带有外置控流区的高炉均匀送风设备，其特征在于，所述的热风围管直径d3，外置控流区厚度和热风总管直径d1均为1.68m。
7.根据权利要求1所述的带有外置控流区的高炉均匀送风设备，其特征在于，所述的直流段长度L2与扩流段长度L3比为2:5，所述的支管设置个数为30-42个，所述的支管端部设有风口，所述的风口规格完全相同，所述的风口内径d4为110-130mm。
8.一种带有外置控流区的高炉均匀送风方法，其特征在于，采用权利要求1所述的带有外置控流区的高炉均匀送风设备，包括以下步骤；
热风经热风总管和外置控流区，经挡板进入热风围管后，分成两股气流沿热风围管圆周运动，再通过热风支管经风口，将热风送至高炉内，完成高炉送风，所述的热风总管入口风量为4600-5000 Nm3/min。
9.根据权利要求8所述的带有外置控流区的高炉均匀送风方法，其特征在于，所述的方法中，经数值模拟计算与分析，各风口风量标准偏差为0.6-0.75；热风在总管内流速为30-40m/s，热风经挡板后流速降为7-10m/s。
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