高爐下部氣液兩相逆流流體力學(xué)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(dòng)條件，選用不同性質(zhì)的填料和液體在填充床內(nèi)進(jìn)行了氣液逆向流動(dòng)的流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)，主要研究液體分布、滯留量、壓降、載點(diǎn)和泛點(diǎn)氣速。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，不論液體初始分布的均勻性如何，液體流過(guò)一定高度的填料床后總會(huì)建立一個(gè)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(shì)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(cè)即使沒(méi)有煤氣流的影響，高爐內(nèi)爐渣

2、也容易向爐墻附近流動(dòng)。 應(yīng)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(jìn)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(shí)，hs大的固液組合總滯留量ht也較大，由此可見(jiàn)影響hs的各種因素也是影響動(dòng)態(tài)滯留量hd的主要因素。得到了無(wú)氣體流動(dòng)條件下的hs和hd，以及氣液逆流條件下

3、載點(diǎn)至泛點(diǎn)間ht的計(jì)算式，計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合較好。 將Sherwood液泛圖中縱坐標(biāo)液泛因子乘以密度校正系數(shù)解決了恰當(dāng)反映密度對(duì)液泛速度影響的問(wèn)題，并提出了新的液泛圖和關(guān)聯(lián)式。實(shí)驗(yàn)測(cè)得的載點(diǎn)氣速大約為泛點(diǎn)氣速的0.75倍。在氣相雷諾數(shù)較小時(shí)，由于停滯孔隙率的存在，實(shí)測(cè)壓降值比修正的厄根方程計(jì)算的值大；氣相雷諾數(shù)較大時(shí)，氣液界面上產(chǎn)生的粘性曳力較小，實(shí)測(cè)壓降值比修正的厄根方程計(jì)算的值小。通過(guò)由實(shí)驗(yàn)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(jì)算模型。當(dāng)填料密度比液體密度小時(shí)，在液泛前填料會(huì)發(fā)生松動(dòng)和膨脹，通過(guò)修正填料床的孔隙度可以計(jì)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(guò)比較流化速度和液泛速度大小，提出了在一定流動(dòng)條件下用來(lái)區(qū)分液泛和流態(tài)化的簡(jiǎn)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(yīng)用有限元方法，同時(shí)考慮了死料堆、風(fēng)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(duì)氣流阻力的影響，開(kāi)發(fā)了高爐煤氣流分布的二維模擬模型。模型計(jì)算結(jié)果表明，不考慮煤氣流影響時(shí)，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(duì)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(fēng)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(huì)擴(kuò)展到整個(gè)

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(dòng)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(duì)應(yīng)關(guān)系的產(chǎn)量?jī)?yōu)化模型。模型計(jì)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(fēng)溫100℃，產(chǎn)量約增加2％。結(jié)合合理的上部調(diào)劑手段，提高