专利名称：一种定量评价风口回旋区活跃性的方法
技术领域：
本发明涉及一种定量评价风口回旋区活跃性的方法，属于钢铁冶炼中高炉操作领域。
背景技术：
高炉风口水平处的气体流动特征决定着下部煤气流的初始分布，进而从源头上直接影响炉内气固相间质量、动量以及热量的传输以及含铁炉料的还原，因此考察风口气体的流动特征是优化炉内煤气流分布的基石，对改善高炉的产质量指标意义重大。而在高炉实际生产过程中，风口回旋区的形状特征反映了风口的气体流动特征，并且直接影响到炉料稳定顺行、煤气流和温度的合理分布以及炉缸的活跃性，是高炉稳定操作不可缺少的重要反应区。
一般情况下通过以鼓风动能的大小来判断高炉风口回旋区形状特征的变化情况，进而分析炉内煤气流的分布趋势。鼓风动能过小，则风口回旋区较小，初始煤气流偏向边缘分布；鼓风动能过大，则风口回旋区较大，初始煤气流呈中心发展态势。鼓风动能E和回旋区形状特征的计算式分别，如下式(7)和式(8)所示。
I [4χ(0.21 + χθ2) + 28]/22.4 + //1000 Κ+02/60
2^ 60(7)
η 22.4 χ/、2 . 1033 、2 .273 + 4,2Iχ(1 +-) χ(-) χ(--) X—;-TT
18000 1033+ Ρ/ 273 η3 χ(π/4xDT2)2^ = 0.315χ( Ρο χ(^)2χ~^~χ 丄)0567( 8 )
DtPsXDp KStJ ^ χ 298上式中&2为富氧率，单位为％ ；f为鼓风湿度，单位为g · NnT3干风；O2为富氧流量，单位为Nm3 · IT1 ；Dt为风口直径，单位为m;η为工作风口数量；Vb为干风量，单位为Nm3 · mirT1 ；tb为鼓风温度，单位为。C ；E为鼓风动能，单位为kg · m · s—1 ;Dk为回旋区深度，单位为m;P ^为炉腹煤气在标准状态下的密度，单位为kg · NnT1 ；P s为焦炭密度，单位为kg· m_3;Dp为风口焦直径，单位为m;St为风口总面积,单位为m2 ;Tr为理论燃烧温度，单位为K ；
g为重力加速度，取值为9. 81m · s'回旋区形状特征变化对初始煤气流甚至整个高炉煤气流的合理分布起着至关重要的作用，进而影响高炉正常生产和各项经济指标的改善。使用高炉风口回旋区形状特征变化的评价指标可以从侧面反映回旋区形状大小的合理性，以此正确指导高炉下部调剂。然而，原有的鼓风动能作为表征高炉风口回旋区形状特征变化的指标，存在一定的不足之处，即可以通过调整不同的鼓风参数维持相同的鼓风动能，而得到不同的回旋区形状特征，鼓风动能与回旋区形状特征存在不匹配的缺陷。由此，需要提出更为合理和贴切的新评价回旋区形状特征变化的指标，以正确指导高炉下部调剂。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种定量评价风口回旋区活跃性的方法，其可以有效避免已有“鼓风动能”指标与回旋区形状特征的不匹配缺陷，进而准确、合理的反映风口回旋区的活跃程度和存在状态，为指导高炉下部调剂提供了重要的判断依据和技术基础。为了解决上述技术问题，本发明提供一种定量评价风口回旋区活跃性的方法，其包括以下步骤I)、设经现场检测得到风口回旋区的风口直径为Dt、风口总面积为St、风口压力为Pb、理论燃烧温度为I；、标准状态下炉腹煤气体积为Vg、炉缸直径为d2、回旋区处焦炭密度为P s、回旋区处焦炭直径为Dp;炉腹煤气在标准状态下的密度为P ^ ;2)、采用以下公式计算风口回旋区深度Dk和风口回旋区宽度Wk :# = 0.315 χχ ( 2 χ -^― χ 丄)° 567( I)
DtPs χ Dp St Pb χ 298 g^ = 2.631χ ^Γ⑵
DtJ3)、根据以下公式计算回旋区断面积A、相邻风口间断面积B以及死料柱断面积
C·
dead · A — 3Sx(―χ{DT + Wr)x~xDr + — xχ — xDr χWr)( 3)B = 31 XD2XD2/4-3T X (D2-DeX 2) X (D2-DeX 2)/4-Α (4)Sdead = Ji X (D2-2XDe)2/4(5)4)、根据以下公式计算高炉风口回旋区活跃性指数AIR
.τη B η χ Wr, λAIR = -^ +-—⑷
SπχΒ2其中，以上各式中，Dk为回旋区深度，单位为m;Dt为风口直径,单位为m ;P ^为炉腹煤气在标准状态下的密度，单位为kg · NnT1 ；P s为焦炭密度，单位为kg · m_3 ；Dp为风口焦直径，单位为m;
Vg为炉腹煤气在标准状态下的体积，单位为Nm3 mirT1 ；St为风口总面积,单位为m2 ;Tr为理论燃烧温度，单位为K ；Pb为高炉鼓风压力，单位为Pa ；g为重力加速度，值取9. 81m s_2 ；Wk为回旋区宽度,单位为m ;d为风口平均直径，单位为m ；A为回旋区断面积,单位为m2 ； B为相邻风口间断面积，单位为m2 ；D2为炉缸直径，单位为m ；S为炉缸面积，单位为m2 ；n为风口数目；Wk为风口回旋区宽度,单位为m。较好的是，所述风口直径Dt的范围为120mm 140mm，所述风口总面积St的范围为
0.4 0.5m2 ;所述炉缸直径为D2的范围为14m 15m。所述风口压力Pb的范围为380 450kPa ;所述理论燃烧温度I；的范围为1900°C 2300°C;所述标准状态下炉腹煤气体积Vg的范围为 9000 11000m3/min。本发明所述的定量评价风口回旋区活跃性的方法，克服了原有“鼓风动能”指标与回旋区形状特征的不匹配性缺陷，风口回旋区活跃性指数与回旋区深度基本呈一一对应的关系，准确、合理、有效的反映了风口回旋区和下部透气、透液通道的活跃程度以及存在状态，为指导高炉下部调剂提供了重要的判断依据和技术基础。
图I为高炉软熔带以下焦炭各区域示意图图2为图I所示风口水平面处炉缸断面各区域示意图；图3为风口回旋区深度与风口回旋区活跃性指数之间对应关系图；图4至图7为某高炉一年四个季度的透气性指数K值与“风口回旋区活跃性指数”之间的内在关系示意图。
具体实施例方式以下，用实施例结合附图对本发明作更详细的描述。本实施例仅仅是对本发明最佳实施方式的描述，并不对本发明的范围有任何限制。实施例如图I所示，整个高炉软熔带以下的焦炭可分为三个区域向回旋区供料的焦炭主流区11、焦炭缓动区12和死料柱13。其中，D1为风口回旋区14处死料柱13底面的直径，D2为炉缸直径，因此，(D2-D1)A即为回旋区深度Dk，其值越大，则相应的焦炭主流区11越大，而死料柱13就越小，透气、透液通道逐渐增大，有利于炉料顺行、煤气流的均匀分布以及煤气与炉料之间的传热、传质过程的进行。如图2所示，为图I中风口水平面处的横截面示意图。风口回旋区水平方向的顶端为死料柱，其面积设为Sdead,它的透气、透液作用很小，可以忽略不计。另外，由于高速气流的作用，风口回旋区自身基本不具备透过渣铁的作用，因此，在风口水平面处的炉缸截面上，具有良好透液作用的区域应在相邻风口回旋区之间的断面上，即相邻风口间断面积，设定为B。煤气在回旋区内部产生后，大部分从风口回旋区横截面的上方透过，设定为A。近似推导风口水平面处炉缸断面各区域的面积①回旋区断面积A。近似认为回旋区断面积等同于一个梯形与一个半椭圆面积的和。其中，梯形以风口回旋区宽度Wk和风口直径为底，其高度为风口回旋区深度Dk的一半，而半椭圆以回旋区宽度^为短轴，其长轴为回旋区深度Dk的一半。计算式如式(3)所示。^4 = 38X(— X (Dt + Wr)x — xDr h— xx — xDr x Wr)
2 2 2 2 (3)②相邻风口间断面积B。计算式如式(4)所示。 B = JI XD2XD2/4-3i X (D2-DeX 2) X (D2-DeX 2)/4-A (4)③死料柱断面积Sdead。计算式如式(5)所示。Sdead = Ji X (D2-2XDe)2/4 (5)按照计算式(6)计算高炉风口回旋区活跃性指数AIR。
ATr> B nxWRAIR = ~^ +-JT
S 兀乂 D1(6)式中AIR—高炉风口回旋区活跃性指数；B——相邻风口间断面积，单位为m2 ；S——炉缸面积，单位为m2 ；n——风口数目；
Wr——风口回旋区宽度，单位为m。B
在风口回旋区活跃性指数AIR的表达式中，I表示了相邻风口间断面积占煸_
面积的百分比，在 定程度上表征了风口回旋区处炉缸截面积的“透液性”。而"^1^表示为总风口回旋区宽度与炉缸周长之比，表征了风口回旋区处炉缸横截面上的“透气性”。二者之和兼顾了透气、透液通道在广度(面积)和强度(深度或宽度)上的综合效果，反映了鼓风参数对高炉风口回旋区形状特征以及下部透气、透液通道的影响规律。以风口回旋区活跃性指数与回旋区深度为例，如图3所示为二者之间对应关系图。从图3中可以看到，使用本发明提出的风口回旋区活跃性指数作为表征回旋区形状特征的评价指标，克服了原有“鼓风动能”指标与回旋区形状特征的不匹配性缺陷，风口回旋区活跃性指数与回旋区深度基本呈一一对应的关系，准确、合理、有效的反映了风口回旋区和下部透气、透液通道的活跃程度以及存在状态。如图4至7所示，为某高炉一年四个季度的透气性指数K值与“风口回旋区活跃性指数”之间的内在关系统计及解析。从图中可以看到，“风口回旋区活跃性指数”与透气性指数K值呈现非常良好的负相关性，即AIR指数越大，则高炉透气性越好，透气性指数K值越低，反之亦然。高炉透气性指数K值与AIR指数之间变化趋势的良好吻合，反映了风口回旋区形状特征的变化对下部透气、透液通道以及整个炉内的透气性有明显的作用，同时也证实了 “风 口回旋区活跃性指数”作为表征高炉风口回旋区形状特征变化及其活跃性的可行性。
权利要求
1.一种定量评价风口回旋区活跃性的方法，其特征在于包括以下步骤 1)、设经现场检测得到风口回旋区的风口直径为Dt、风口总面积为St、风口压力为Pb、理论燃烧温度为I；、标准状态下炉腹煤气体积为Vg、炉缸直径为D2、回旋区处焦炭密度为P s、回旋区处焦炭直径为Dp ;炉腹煤气在标准状态下的密度为P ^ ; 2)、采用以下公式计算风口回旋区深度Dk和风口回旋区宽度Wk & = 0.315x(^^~x(-^)2x~^~X 丄)0 567(I) DtPsxDp St Pb X 298 g ^ = 2.631χ ^Γ⑵ Dt\ d ) 3)、根据以下公式计算回旋区断面积A、相邻风口间断面积B以及死料柱断面积Sdead = 3 8 X (— X (JDt + ) X — X Dr H— χ 7τχ _ x Dr x )( 3)B = Ji XD2XD2/4-Ji X (D2-De X 2) X (D2-DrX 2)/4_Α (4) Sdead= X(Dr2XDE)2/4(5) 4)、根据以下公式计算高炉风口回旋区活跃性指数AIRAm = H(6) Sπχ 2 其中，以上各式中， De为回旋区深度，单位为m ； Dt为风口直径，单位为m ； P。为炉腹煤气在标准状态下的密度，单位为kg · NnT1 ； P s为焦炭密度，单位为kg · m_3 ； Dp为风口焦直径，单位为m ； Vg为炉腹煤气在标准状态下的体积，单位为Nm3 · mirT1 ； St为风口总面积，单位为m2 ； Tr为理论燃烧温度，单位为K ； Pb为高炉鼓风压力，单位为Pa ； g为重力加速度，值取9. 81m · s_2 ； We为回旋区宽度，单位为m ； d为风口平均直径，单位为m; A为回旋区断面积，单位为m2 ; B为相邻风口间断面积，单位为Hl2 ; D2为炉缸直径,单位为m ； S为炉缸面积，单位为m2 ; η为风口数目； We为风口回旋区宽度，单位为m。
2.根据权利要求I所述的定量评价风口回旋区活跃性的方法，其特征在于所述风口直径Dt的范围为120mm 140mm，所述风口总面积St的范围为O. 4 O. 5m2 ;所述炉缸直径为D2的范围为14m 15m。
3.根据权利要求I所述的定量评价风口回旋区活跃性的方法，其特征在于所述风口压力Pb的范围为380 450kPa ;所述理论燃烧温度I；的范围为1900°C 2300°C ;所述标准状态下炉腹煤气体积Vg的范围为9000 11000m3/min。
全文摘要
本发明涉及一种定量评价风口回旋区活跃性的方法，其通过高炉风口回旋区的基本参数，来计算风口回旋区深度DR、风口回旋区宽度WR、回旋区断面积A、相邻风口间断面积B和死料柱断面积Sdead。再通过公式来计算高炉风口回旋区活跃性指数AIR。该方法克服了原有“鼓风动能”指标与回旋区形状特征的不匹配性缺陷，风口回旋区活跃性指数与回旋区深度基本呈一一对应的关系，准确、合理、有效的反映了风口回旋区和下部透气、透液通道的活跃程度以及存在状态，为指导高炉下部调剂提供了重要的判断依据和技术基础。
文档编号C21B7/16GK102758039SQ201110109230
公开日2012年10月31日 申请日期2011年4月28日 优先权日2011年4月28日
发明者付长亮, 刘成松, 姜伟忠, 徐健, 朱锦明, 陈永明 申请人:宝山钢铁股份有限公司