高炉铁水流动研究与应用

王延平

（莱芜钢铁集团有限公司技术中心，山东 莱芜 271104）

提高铁水质量、降低生产成本、改善技术指标、优化经济效益、确保均衡生产的重要措施之一就是建设高冶炼强度下稳定顺行的“长寿高炉”.当前，炉缸炉底侵蚀成为高炉一代炉役的限制性环节，炉缸因盛放渣铁液并进行周期性的聚集和排出而承受复杂的物理破坏和化学侵蚀，其中高温液态渣铁(主要是铁水环流)冲刷是造成炉缸侵蚀的主要原因之一.虽然高炉上有着范围广泛的监测设备，但炉缸内的流动情况是无法直接测定的，因此需要采用不同的模型——物理的、数学的甚至电子的模型——来描述其实际情况.

本文根据相似原理建立炉缸炉底铁水流动模拟试验装置，测试了死焦堆体积、炉底无焦空间层、死焦堆空隙度等因素对铁水流动的影响。

1 试验内容

测速采用美国TSI公司的三维多普勒测速仪（即LDV）。本试验中制作了两种大小的死焦堆，直径分别为510mm和350mm。当死焦堆直径为510mm时，测速位置距壁面5mm处，死焦堆直径为350mm时，测速位置距器壁面45mm处。

测量步骤：

1）测定死焦堆的空隙度，然后放到容器内。

2）首先往试验装置装注水，调整入口和出口流量，使流动处于稳态。

3）然后打开激光多普勒测速仪，调整测量位置。

4）准备好后让激光测速仪开始测液体流速。测量过程激光测速仪将自动完成。

5）试验结束后处 理激光测速仪测的数据，画出流场图。

2 试验结果及分析（见表1）

如表1是测速试验方案。

2.1 死焦堆体积对铁水流动的影响。死焦堆直径为350mm时，即死焦堆与炉缸壁面的无焦空间比较大，为炉缸总面积的56%时的流场，死焦堆空隙度为0.357；死焦堆直径为510mm，无焦空间为炉缸面积的7%，死焦堆空隙度为0.37时的流场（方案1和方案3）。从两个图看，炉缸壁面无焦空间大时，虽然死焦堆空隙度比无焦空间小时的要小，但无焦空间里的液体流速反而要比无焦空间小的流速小，这是壁面空间大，液体流动的无阻面积相对大，所以流量相同时，流速必然要增大，这说明炉缸里的无焦空间大，则有利于减少炉缸壁面和底部的铁水流速，减缓铁水流速对炉缸的冲刷和侵蚀。

2.2 炉底无焦空间层对铁水流动的影响

死焦堆分别“沉坐”和“浮起”30mm和“浮起”60mm时，试验其它条件一样（方案4、方案3和方案2）。死焦堆“沉坐”时，流速明显比“浮起”时要大，从“浮起”30mm和60mm看，浮起的高度高，炉缸壁面流速小。这说明炉底上有无焦空间层时将有利于减缓炉缸壁面流速。无焦空间越高越有利于减少壁面流速，有利于延长炉缸寿命。

表1 测速试验方案

图1 空隙度为0.357

图2 空隙度为0.307

2.3 死焦堆空隙度对铁水流动的影响

图1和图2是无焦空间相同，空隙度分别为0.357和0.307时的流速（方案4和方案1）。从这两个图也可以看出，死焦堆空隙度大时壁面流速比较小。尤其空隙度为0.307时，铁口高度位置的流速比空隙度为0.357时要大。这说明空隙度小时，壁面流速大，尤其铁 口高度位置上炉缸壁面的流速大， 增加了对炉缸的冲刷和侵蚀。（见图1，图2）

结语

物理模拟的研究方法不仅可以克服冶金过程的复杂性、高温测试手段的限制，而且可以为数学模拟研究提供指导，在验证和完善数学模型结果方面发挥重要作用。本文根据相似原理建立炉缸炉底铁水流动模拟试验装置，测试了死焦堆体积、炉底无焦空间层、死焦堆空隙度等因素对铁水流动的影响。另一方面应用试验结果验证前面建立的炉缸炉底渣铁水流动数学模型的正确性，为下一步应用数学模型进行更多条件下的渣铁水流动数值模拟研究奠定基础。

[1]邵磊.高炉炉缸内铁水流动特性的物理模拟[J].材料与冶金学报，2009（03）:54-56.