CN88102917A - 激波调整使风量恒定的风口 - Google Patents

Abstract

一种用于高炉冶炼或竖炉生产的风口，特别是一种利用激波进行自身调整使流量不随反压而变的风口，其要点在于：风口的管型为收缩——扩张型。本发明收缩——扩张型的风口在设计鼓风压力下工作，炉膛压力只要在Pemax值以下波动，扩张段内将产生一道激波，风口的进风量恒定不变。有效地排除了高炉生产料层中形成管道、悬料和偏料等严重的障碍，显著地提高了冶炼强度。

Description

本发明属于一种流量稳定装置。

目前国内外炼铁高炉和各种煅烧物料的竖炉在炉身周围均匀布置着许多风口，这些风口又与围绕炉身的环形风管连接，力求使各风口前的风压Po相同，以达到每个风口的进风量相同。然而，由于这些风口的管型是收缩型或直筒型的。根据风量计算公式证明：每个风口的进风量不仅和风口前的气体压力Po有关，而且还与风口出口处的炉膛压力Pe有关。所以经常导致炉内各区域料层透气性不同，在某些风口附近料层松散透气性好，该处Pe值小，风口进风量大。反之，在另一些风口附近料层致密透气性差，该处Pe值就大，风口进风量就小。由于各风口的进风量不同，必然导致燃烧带发展不均衡;炉料熔化、下降不均衡;上升的还原性气流分布不均衡，因此冶炼强度降低。由于这种恶性循环，极易在料层中形成管道、悬料和偏料，给高炉生产带来了严重的障碍。

本发明的目的是为了克服已有技术的缺点，使高炉各风口进风量相同，提高冶炼强度。

本发明的解决方案是：专门设计了一种利用激波进行自身调整使流量不随反压而变的风口，其要点在于：风口的管型为收缩-扩张型。风口扩张段长度可按下式计算：

$L=\frac{D-D\stackrel{.}{A}\stackrel{.}{U}}{2\mathrm{tg}\frac{a}{2}}------\left(1\right)$

式中D和D临-风口的出口直径和临界直径;α-风口扩张段的扩张角。

风口扩张段的扩张角α为8°～12°。

风口收缩段的壁面型线可采用曲率半径r≥1.75D临的曲线与临界截面圆滑连接。也可采用维托辛斯基公式来计算收缩段的壁面型线。

本发明结合附图1详细说明。

当风口前的压力Po一定时，把炉缸压力Pe降至足够低（如附图1中的工况Ⅲ），进入风口的气流在收缩段中静压降低、速度增加，在风口最小截面（称为临界截面）处气流速度达到音速，即气流马赫数M等于1。气流进入扩张段，静压继续降低，气流进一步膨胀加速成为超音速气流，即马赫数M大于1。理论和实验研究证实，风口临界截面上气流马赫数M等于1时，流动在此最小截面处发生壅塞，此时风口的流量不随出口反压波动而变。对于高炉和竖炉来说，出口反压即为风口出口处的炉膛压力Pe。

风口流动发生壅塞后，其流量计算公式为：

                                                                                    公斤/秒（2）

式中    K-绝热指数;

R-气体常数;

F_临-风口临界截面积;

Po-风口前的滞止压力;

To-风口前的滞止温度。

从（2）式看出，风口的进风量与风口出口处的炉缸压力无关。

把炉缸压力提高到工况Ⅱ（见附图1）时，风口扩张段内将产生一道正激波，正激波的位置与炉缸压力Pe有关，Pe升高时，激波向风口上游移动;Pe降低时，激波向风口下游移动。在风口扩张段中，超音速气流穿越激波时，速度将突降变为亚音速气流;气流静压则突跃上升（见附图1中静压变化曲线Po-P_临-Px-Py-Pe）。

由附图1看出，炉缸压力Pe上下波动时，仅仅改变了激波位置，而临界截面上的气流参数和流动状态未发生任何改变，因此风口的气体流量不随炉缸压力上下波动而变。风口的气体流量仍按（2）式计算确定。

在高炉和竖炉上安装这种新型风口就是按照工况Ⅱ的情况工作。由于每个风口前的风压Po相同，风口流量与炉缸压力Pe上下波动无关，因此各风口进风量必定相同。

当炉缸压力升高到Pemax时，激波位置移动到临界截界截面上。由于激波仅存在于超音速气流中，临界截面上气流为音速，因此激波消失。由于临界截面上气流参数及流动状态未变，风口气体流量与工况Ⅱ相同。

当炉缸压力上升超过Pemax时，风口临界截面上气流马赫数将小于1，风口流动壅塞消失，流量将随炉缸压力波动而变。因此Pemax是风口流量不变允许的炉缸压力最高波动值，是一个重要的风口设计参数。

根据高炉和各种竖炉生产工艺要求，在给定鼓风压力Po，鼓风温度To和每个风口鼓入的风量G，可由（2）式确定风口的临界截面积F临。

本发明还可以用在高炉冶炼或竖炉生产的风口前管路上的流量装置，利用激波进行自身调整使流量不随反压而变的收缩-扩张型管嘴的稳定流量装置。其设计方法与风口完全相同，所区别的只是出口气流反压不是炉缸压力而是稳流装置后管道的气体静压。

本发明采用了所属技术领域里普通技术人员能够实施的常规的工艺方法。

本发明收缩-扩张型的风口在设计鼓风压力下工作，炉膛压力只要在Pemax值以下波动，扩张段内将产生一道激波，风口的进风量恒定不变。由于依靠激波自身调整使流量恒定，取代了人工调节和仪表调节，提高了冶炼强度。同时鼓入高炉内的热风温度高达1000℃，采用其它手段调节流量十分困难，本发明解决这一难题。并且有效地排除了高炉生产料层中形成管道、悬料和偏料等严重的障碍。特别是鼓入的风量不受燃烧导致的风口区压力升高的影响，可提高喷入的粉煤或其它燃料，节省更多的冶金焦炭，给高炉冶炼和竖炉生产带来了显著的经济效益。

本发明的具体结构由以下的附图给出。

图1是收缩-扩张型风口的工作特性图。

图2是收缩-扩张型水冷风口结构示意图。

图3是收缩-扩张型流量稳定装置结构示意图。

在图2至图3中，序号〔1〕气体，序号〔2〕进水，序号〔3〕出水。

Claims (4)

1、一种用于高炉冶炼或竖炉生产的风口本发明的特征是：利用激波进行自身调整使流量不随反压而变的风口，风口的管型为收缩-扩张型。

2、根据权利要求1所述的风口，其特征是：风口扩张段的扩张角α为8°～12°。

3、根据权利要求1、2所述的风口，其特征是：风口收缩段的壁面型线可采用曲率半径r≥1.75D临的曲线与临界截面圆滑连接。

4、一种用于高炉冶炼或竖炉生产的风口前管路上的流量装置，其特征是：利用激波进行自身调整使流量不随反压而变的收缩-扩张型管嘴的稳定流量装置。

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