自-炉料的潜体阻力对高炉布料的影响
炉料的潜体阻力对高炉布料的影响任廷志赵静一 乔长锁赵海英 郑明会 (燕山大学)（北满特钢集团公司）摘要 随高炉大型化及无钟炉顶的普及，炉料下落的高度加大，炉料在下落过程中所受的潜体阻力与重力较接近，对布料产生明显的影响。本文分析了炉料潜体阻力对高炉布料产生的影响。关键词 无钟高炉 布料潜体阻力EFFECT OF BDNESISTANC ON F HARGINRE Tingzh ZH ingQIAOChsuHAO Haiig(Yan iversi)EGngh(Beima Specil SteelCo,t.)ABTCT Wit aptionof large bel-lesBF,the descendg distnc of brdenn furnc increased.Thburden itance duinecedibece simila to gravitaton orceefectigthecharing obvul.The ffectf burde resistann caging is indetail nze i this pa fo BFoperatio uinceEY WORDS bllles lastfrnace，cargng,resitance 年代以来,我国高炉工作者以上部调剂作为控制高炉行程和改善能量利用的重要手段，而炉顶布料是上部调剂的核心部分。随着高炉大型化及无钟炉顶的普及，影响高炉布料的因素很多。其中,炉料的下落高度和下落速度增大了,由炉料自身下落速度产生的潜体阻力不可忽略,特别是小粒度的炉料所受的潜体阻力已与炉料所受重力接近，对炉料落到料面的位置和粒度偏析产生一定的影响。本文就炉料潜体阻力对高炉布料产生的影响进行分析。1炉料在煤气中的潜体阻力料流是由一个单元离散体组成的。每一块料所受的潜体阻力的大小不仅与炉喉内煤气速度有关，也与块料自身速度有关。每块料的潜体阻力F的计算方法由文献1给出=D（v+v）2(1）式中 CD阻力因数,一般取C=06； 每块料最大横断面积/;炉喉内煤气密度kg*-3；v每块料自身下落速度/m*s;A炉喉内煤气速度/m*s-1。 为了方便计算,令C()/（2)CDA则式()变为F=C（v+vA）2。2炉料的运动 炉料在炉喉内的运动分为三部分:炉料从节流阀(闸阀)流出到溜槽的运动;炉料在溜槽上的运动;从溜槽末端到炉喉料面的空区的运动。2.1炉料从闸阀到溜槽的运动炉料从节流阀流出,经过叉型管(或阀箱下半部)、波纹管和中心喉管等，最后落到溜槽上。在此运动过程中,炉料受重力(mg)和潜体阻力F(此时示vA0,则Cv),见图1(a)，有下面的微分方程对方程()变形积分 式(3)中,v0是炉料从节流阀流出时的平均速度，由下式确定式中 炉料的流动因数,一般.350.8；Ra节流阀的水力半径/m;节流阀开口中心线与水平面夹角，并罐炉顶=0，串罐炉顶=90。解式(3)得式(4)是炉料下落速度与下落高度的关系式。将H+/sin代入上式即是炉料从阀口流出到溜槽之前速度v0。2. 炉料运动方向变化时速度的变化图 炉料运动过程图Fig.Therap of urae burdenm料流运动方向的改变，伴随着一种对约束物的冲击现象。对于炉料流中每一质点,碰撞是多次的，方向也各不相同，但都会因外摩擦冲量或内摩擦冲量而减小其运行速度。通过实验可测得特定条件下的速度折算因数（一般焦炭1=0.7,烧结矿10.71)。如：炉料落到溜槽之前的速度为，落到溜槽上后v=1。2.炉料在溜槽上的运动 见图1(),炉料在溜槽上受到重力(m)、惯性离心力(42mlsin)、溜槽对炉料的反作用力（Rgn-422lsicos)、溜槽对炉料的摩擦力（R)和炉料的潜体阻力F(此时v=0,则Cv2)等力的作用。有下面的微分方程令：X2si（sincos） Yg(cs-sin)因此，式(5)变为因为所以，式（6)变为解微分方程(7)得式(8)是炉料在溜槽上的运动速度方程。将=L0-b/tan代入式（8),即得炉料在溜槽末端的速度（沿溜槽中心线方向)v。 炉料在溜槽末端沿溜槽旋转圆周切向速度(9).4炉料在空区中的运动 炉料在空区中的运动如图1（），将v分解为v3和v4。在方向受重力()和潜体阻力F(F=（v+A）2）作用。在v4和v1方向上只受炉料自身分速度产生的潜体阻力F(Cv2)作用。求布料半径的方法是：先由h求出炉料从溜槽末端到料面所需时间,再由关系式得出v方向的位移S1和v方向的位移S4,最后由几何关系求出布料半径。2.41 炉料在空区的下落时间 在v1方向,由力学关系知 由于不知道竖直方向末速度v31,不能直接积出1，所以要先求出v3。 因为v=()/(t），所以式(10)变为 两边积分得式中 =h0-biL0os 式(1)虽不能直接表达出v31,但可以用数值解法积出v3。 由式(10)积分得242 v1和4方向上的位移在1方向: 先积出v方向的末速度v11,对式(3)积分由式(14)得将式(6)代入式(1)得式(17)积分得 (18)同理求出(19)炉料下落末速度v5其中2.4.3布料半径r 由几何关系得 r=(Lsn）+S-2SLsic(-)（4)或 r2=21+(+s）2(25)3 计算实例利用式(1)（2)可定量计算出潜体阻力F对高炉布料影响数值及溜槽倾角值。计算参数:炉顶压力.25 P，L02.8 m,b.81 m,=0.63,9,0=3.m，焦炭0.4，烧结矿0.,Ra0.4 5，=0.13 r/s，CD0.6，1.6 k/m3，烧结矿平均粒度0.018 m，烧结矿密度2100 /m3，焦炭的密度5 kg/3。计算结果如表1，表2和图2。4结果分析 (1） 在研究煤气对炉料作用的阻力时,不仅考虑煤气自身的流速vA(vA=0.72. m/)，尤其是炉料自身的下落速度（炉料在溜槽上及空区中下落速度v达1m/左右，远远大于煤气的流速）。煤气对炉料作用的阻力与(+v）的平方成正比关系。表 1 计算与实际应用的溜槽倾角比较值 （)Table 1omarisoof acultion a practicue ()倾角编号 13467910首钢2号高炉.546.54272333.221日本千叶号高炉94746.54442.58.23530824.3按本文公式计算结果.818.2646.5644.64.840.773533.9029.3219.68表 不同炉料粒度的Faxmg及值Table Fax and value f iffereburden prtice sie布料角()计算项炉料粒度直径/m30010 520.5了0.190 29 F/m1g0.116 0.17 033049 09971 1 2.202F/2060 0.692 00.933 01 111.2 2.000.123r1/m2.8930.8 2.872.8562846272.72 1.6 r2/m.52.8512.42.8302.782 40rm 203 F/m1.16 50180 60.4700.51 1 1 12202F2m2g042 0.711 0.95111.108 2.4010.3r1/2022.062.0051.99531.891.450 1.050 r2/m1.9841953 101.10 9316 30rm 1.217 F1/m1g0.1 10192.6 0.2590.26 1 112.20F2/mg04410.00.9711 11 .0282010.123r1/m1.111.2 1951.1891.1591.83 0.838 0.594 r2/m1.76.1591.133.1120.9950650 注:r0是不考虑炉料潜体阻力时的布料半径；F/g是指烧结矿的最大潜体阻力与重力之比值；F2/2g是指焦炭的最大潜体阻力与重力之比值;是烧结矿的布料半径；r2是焦炭的布料半径。图 2 布料角9时，Fx/mg与料径的关系曲线.2he elation twen Fmax/mg an burdendametr with 49ane f chaging单独考虑煤气自身的速度A时,煤气阻力对炉料的作用非常
