CN203981374U - 高炉炉缸铁水流动模拟装置 - Google Patents
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Abstract
一种高炉炉缸铁水流动模拟装置,包括有机玻璃容器、顶盖、水流分配器、电导率测试仪、数据采集器以及由金属框架、纱网和硬质球组成的死料柱。有机玻璃容器内置死料柱,上端设有带注水管及溶液加入口的顶盖,底部设有排水管,侧下部设有出水管,内壁支撑台上安放水流分配器,出水管根部安装检测头,检测头分别连接电导率测试仪及数据采集器。向有机玻璃容器内注水达到预定液位后,加入饱和KCl溶液,当测试电导率值与初始值相差2%时,计算得到容器内流体活塞区、死区以及全混合区体积比。本实用新型可从整体上模拟出高炉炉缸内铁水的流动状态,了解高炉炉缸内死料柱漂浮状态,为减轻铁水对炉缸壁及缸底的冲刷侵蚀提供了理论依据。
Description
技术领域
本实用新型属于高炉炼铁领域,尤其涉及一种高炉炉缸铁水流动模拟实验装置。
背景技术
炉缸是决定高炉寿命的关键部位。炉缸侵蚀大体上可以从传热学及流体力学出发来解释,熔融铁水的流动对炉缸炉底内衬有一定的侵蚀作用。在炉缸中部,风口区和炉身中下部,存在一个焦炭以极其缓慢速度下降的空间,焦炭在此处堆积的疏松度为0.2~0.4,这种焦炭团块称为死料柱。在正常运行的高炉中,死料柱漂浮在铁水里,它可能接触炉底砖衬,也可能充满整个炉缸。炉缸盛满渣铁水情况下,受死料柱及出铁过程的影响,渣铁水直接冲击炉缸炉底热面,难以在炉缸炉底热面形成稳定的速度及温度边界层。为了减少或避免炙热渣铁水对炉缸炉底的冲刷,需要研究导致炉缸内部渣铁水流动的原因,以延长高炉炉缸炉底的寿命。
炉缸内由于存在死料柱,所以流动情况比较复杂,虽然高炉上有广泛的检测和监视设备,但炉缸内的流动情况是无法直接测定的,由于在冶炼过程中高炉炉缸炉底要不断受到1500~1600℃左右高温渣铁水的冲刷以及高温炉渣的化学侵蚀,其工作条件尤其恶劣。
要想解决上述问题,需要研究铁水在高炉炉缸内的流动状态,应用冶金模拟的手段可以计算出炉缸内流体的运动行为,使问题得到解决。
国内,在应用模拟手段对高炉炉缸底部铁水流动状态的实验研究报道较少,且没有提出统一的实验方案和实验标准,主要是因为高炉炉缸底部铁水流动状态涉及的因素较多,需要多套实验装置或多种实验方法才能进行研究,工作量和实验成本较大,不利于科研工作者全面展开研究工作。国外在高炉炉缸铁水流动状态方面的物理模拟研究亦众说纷纭,针对各自关心的领域和问题自行设计实验模型,在设计模型的过程中提出了不同的假设并忽略了不同的影响因素,至今没有形成统一的实验方法和规范,对于不同的实验得到的结果不能相互引用和互相印证,造成大量的重复研究和资源浪费。
公告号CN102279091A介绍了一种模拟高炉炉缸炉底铁水流动的实验装置及方法,通过建立高炉炉缸的物理模型,应用激光多普勒测速仪,得到炉缸内流体的平均流速,但由于受炉缸内死料柱的影响,该方法只能测得局部流体速度,并不能反映整个模型内流体的流动状态。
发明内容
本实用新型提供一种高炉炉缸铁水流动模拟装置,其目的旨在利用该装置模拟高炉炉缸铁水流动状态,以获得高炉炉缸内铁水的流动情况及参数,从而指导现场生产工艺的调整,有效减轻铁水对炉缸炉底的冲刷。
为此,本实用新型所采取的解决方案是:
一种高炉炉缸铁水流动模拟装置,其特征在于,包括有机玻璃容器、顶盖、水流分配器、电导率测试仪、数据采集器及死料柱;所述死料柱由金属框架、纱网和硬质球组成。圆筒形金属框架外圆周及底部均安设有纱网,纱网内装填硬质球;在圆筒形有机玻璃容器内壁上部等间距固定有至少3个倒“L”形支撑台,支撑台内侧下部开有直径8~15mm的圆孔,圆孔内通过螺纹连接有固定杆,支撑台上面安放有圆形水流分配器,水流分配器上均匀分布700~750个直径为1~3mm小孔;有机玻璃容器上端设有顶盖,顶盖中间设有溶液加入口,顶盖一侧连接注水管;在有机玻璃容器外壁垂直方向标注有以毫米为单位的刻度,有机玻璃容器内且与其同心设置有模拟用死料柱,有机玻璃容器底部设有排水管,侧下部均布有至少2个出水管,出水管根部装有检测头,检测头通过导线连接电导率测试仪,电导率测试仪与数据采集器相连。
所述硬质球为两种空心球体,直径分别为30~50mm与8~15mm。
所述有机玻璃容器上沿与顶盖连接部位设有密封圈。
所述固定杆的长度为10~15mm。
所述出水管设置在有机玻璃容器底面向上220~320mm位置。
所述死料柱装填硬质球后的空隙度为0.3~0.4。
所述圆筒形有机玻璃容器尺寸为:高1000~1050mm,直径为1000~1100mm。
所述圆筒形金属框架尺寸为:高800~850mm,直径为850~900mm。
本实用新型高炉炉缸铁水流动的模拟方法为:
1、通过注水管从顶盖向有机玻璃容器内注水,水流经过水流分配器均匀滴落到死料柱上方,当液位达到400~420mm后,打开出水管,降低注入水流量,使液面保持稳定。
2、通过顶盖溶液加入口瞬时加入1000ml饱和KCl示踪溶液,同时在出水口处进行液体电导率测试并采集数据。
3、当测试电导率值与初始值相差2%时,认为示踪剂完全流出,一组模拟实验结束。
4、将采集的数据代入流动区体积比计算公式(1)~(7),流动区体积比计算公式如下:
活塞区体积比:
Vp=(θmin+θmax)/2 (1)
死区的体积比:
Vd=1-θAV (2)
全混合区体积比:
Vm=1-Vp-Vd (3)
式中:θmin为示踪剂开始出现时的无因次时间;
θmin=tmin/ta (4)
θmax为示踪剂达到最大浓度时的无因次时间;
θmax=tmax/ta (5)
ta 为示踪剂在模型内的理论停留时间;
ta=[中间罐液体总容积(V)]/[液体体积流量(Qm)] (6)
tmin为示踪剂开始响应时间;
tmax为示踪剂浓度达到最大响应时间;
tm 为示踪剂在模型内的平均停留时间;
θAV为示踪剂平均浓度时的无因次时间;
θAV= tm/ta (7)
计算后得到容器内流体的活塞区、死区以及全混合区所占体积比,从而得到容器内流体区域的流动状态。
本实用新型的有益效果为:
本实用新型经对生产现场3200m3高炉炉缸进行的1:12比例的仿真模拟,对于高炉炉缸内死料柱漂浮状态,以及出铁口高度变化对炉缸内铁水流动的影响,都进行了有效的模拟研究,通过该套模拟实验装置指导现场生产工艺调整,可有效减轻炉缸内铁水对炉缸壁以及炉缸底部的冲刷侵蚀,为高炉长寿提供了基础理论依据。
附图说明
图1是高炉炉缸铁水流动模拟装置结构剖面图。
图中:排水管1、有机玻璃容器2、硬质球3、金属框架4、固定杆5、注水管6、顶盖7、溶液加入口8、水流分配器9、垫圈10、支撑台11、死料柱12、出水管13、检测头14、电导率测试仪15、数据采集器16。
具体实施方式
由图1可见,本实用新型高炉炉缸铁水流动模拟装置主要是由有机玻璃容器2、顶盖7、水流分配器9、电导率测试仪15、数据采集器16及死料柱12所构成。
死料柱12则由硬质球3、金属框架4以及纱网组成,金属框架4高820mm,直径为880mm。在圆筒形金属框架4的外圆周及底部均安设有纱网,纱网内装填满直径分别为30mm和10mm两种空心球体的硬质球3,其中直径为30mm空心球为1927个,直径为10mm空心球为33500个,控制模拟死料柱12的空隙度为0.35。有机玻璃容器2为一圆筒形,其高度为1039mm,直径为1080mm。在有机玻璃容器2的内壁上部等间距固定有4个倒“L”形支撑台11,支撑台11的长度为120mm,支撑台11顶端至有机玻璃容器2上端的高度为50mm,同时分别在每个支撑台的内侧下部距底部25mm和45mm处开有直径10mm的小孔,用于设置固定杆5,固定杆5的直径为10mm,其长度为15mm,通过螺纹固定在支撑台11上,用于限定金属框架4漂浮高度,设置在有机玻璃容器2下部的出水管13自有机玻璃容器2底面向上的高度为280mm。支撑台11上面安放有圆形水流分配器9,水流分配器9上均匀分布726个直径为1mm的小孔,使水流可以从顶盖7均匀流至死料柱12上面。
有机玻璃容器2的上端设有顶盖7,顶盖7中间安设有溶液加入口8,顶盖7的一侧连接有一根注水管6。在有机玻璃容器2外壁垂直方向标注有以毫米为单位的刻度,有机玻璃容器2内且与其同心设置有模拟用死料柱12,有机玻璃容器2底部设有排水管1,侧下部均布有4个出水管13,出水管13根部装有检测头14,检测头14通过导线连接电导率测试仪15,电导率测试仪15与数据采集器16相连。
Claims (8)
1.一种高炉炉缸铁水流动模拟装置,其特征在于,包括有机玻璃容器、顶盖、水流分配器、电导率测试仪、数据采集器及死料柱;所述死料柱由金属框架、纱网和硬质球组成,圆筒形金属框架外圆周及底部均安设有纱网,纱网内装填硬质球;在圆筒形有机玻璃容器内壁上部等间距固定有至少3个倒“L”形支撑台,支撑台内侧下部开有直径8~15mm的圆孔,圆孔内通过螺纹连接有固定杆,支撑台上面安放有圆形水流分配器,水流分配器上均匀分布700~750个直径为1~3mm小孔;有机玻璃容器上端设有顶盖,顶盖中间设有溶液加入口,顶盖一侧连接注水管;在有机玻璃容器外壁垂直方向标注有以毫米为单位的刻度,有机玻璃容器内且与其同心设置有模拟用死料柱,有机玻璃容器底部设有排水管,侧下部均布有至少2个出水管,出水管根部装有检测头,检测头通过导线连接电导率测试仪,电导率测试仪与数据采集器相连。
2.根据权利要求1所述的高炉炉缸铁水流动模拟装置,其特征在于,所述硬质球为两种空心球体,直径分别为30~50mm与8~15mm。
3.根据权利要求1所述的高炉炉缸铁水流动模拟装置,其特征在于,所述有机玻璃容器上沿与顶盖连接部位设有密封圈。
4.根据权利要求1所述的高炉炉缸铁水流动模拟装置,其特征在于,所述固定杆的长度为10~15mm。
5.根据权利要求1所述的高炉炉缸铁水流动模拟装置,其特征在于,所述出水管设置在有机玻璃容器底面向上220~320mm位置。
6.根据权利要求1所述的高炉炉缸铁水流动模拟装置,其特征在于,所述死料柱装填硬质球后的空隙度为0.3~0.4。
7.根据权利要求1所述的高炉炉缸铁水流动模拟装置,其特征在于,所述圆筒形有机玻璃容器尺寸为:高1000~1050mm,直径为1000~1100mm。
8.根据权利要求1所述的高炉炉缸铁水流动模拟装置,其特征在于,所述圆筒形金属框架尺寸为:高800~850mm,直径为850~900mm。
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN105277334A (zh) * | 2014-07-16 | 2016-01-27 | 鞍钢股份有限公司 | 一种高炉炉缸铁水流动模拟装置及方法 |
CN106929615A (zh) * | 2017-04-13 | 2017-07-07 | 安徽工业大学 | 一种高炉炉缸数值模拟与解析***及其控制方法 |
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2014
- 2014-07-16 CN CN201420391507.XU patent/CN203981374U/zh not_active Expired - Fee Related
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