高炉煤气平均停留时间的模拟及讨论
运用马尔科夫链模拟气化炉停留时间分布
摘 要 ： 将 连 续 时 间 马 尔 科 夫 链 与 多 级全 混 流 串联 模 型 结 合 建 立 停 留时 间分 布 数 学 模 型 。通 过 对 气 化 炉 流
场 的 认 识 ， 将 气化 炉 划分 为 几 个 区域 状 态 ，组 成 马 尔科 夫 链 状 态 转 移 图 ，用 多 级 全 混 流 模 型 表 示 该 各 个 区 域 的混 合 程 度 。通 过 对 两种 气 化 炉 停 留时 间 分 布 的模 拟 和实 验 值 进 行 对 比 ，结 果 比 较 吻合 ，表 明 该 模 型 模 拟 气化 炉停 留 时 间分 布是 可 行 的 。
气化 炉反应 器 的停 留时 间分布 是气 化炉反 应器 的重 要性能 之 一。通 过对 气化 炉 流场 的认识 ，用 马
尔科夫 链模 拟停 留时 间分 布往 往能够 得 到很好 的效果 。戎顺 熙［ 和 Ａｂ ａ ａ Ｔ ｍｉ等 ［ ］ １ ３ ｒｈ ｍ ａ ｒ ２ 分别 提 出 了 。
一
Ｔ ｘｃ） ｅ ａ ｏ ，Ｇｌｂ ｌ — ａ ｏ ａ Ｅ Ｇ ｓ气 化 炉 ，以 干 粉 煤 为 原 料 的 Ｓ ｅｌ ｒｎｌ ，Ｎｏ ｌ 及 Ｅ ｇｅ气 化 炉。美 国 ｈｌ ，Ｐ ｅ ｆ ｏ ｅｌ ａｌ
Ｔ ｘ ｃ 公 司开发 的水 煤 浆气 化工 艺是 将煤 加 水磨 成 水煤 浆 ，用 纯 氧作 气 化 剂 ，在 高 温高 压 下进 行 气 ｅａｏ
收稿 日期 ：２ ０—９０ ；修 订 日期 ：２ ０—１１ ０ ５０ —５ ０ ６０ —６ 作 者 简 介 ：许 寿 泽 （９ ２ ） １ ８ － ，男 ，硕 士 研 究 生 ；于 广 锁 （ ９０ ） １ ７ － ，男 ．教 授 ，通 讯 联 系 人 。 Ｅｍａ ：ｓｕ ｅｕｔｅ ｕ ｃ — ｉ ｇｙ ＠ ｃｓ．ｄ ．ｎ ｌ 基 金项 目 ：国 家 高 技 术 研 究 发 展 计 划 基 金 项 目 （０ ３ ２ ０ ＡＡ５ ０ ０ ；上 海 市 启 明 星 计 划 基 金 项 目 （３ １ Ｏ ） ２２） Ｏ ＱＦ ４ ｌ ３
高炉内煤气流分布及合理控制
高炉内煤气流分布及合理控制冯广斌曹锋袁苗苗马腾（首钢长治钢铁公司）（安徽首矿大昌公司）摘要：鉴于目前的钢铁形势和原燃料质量水平，优化高炉操作成为降低炼铁成本的关键，而提高煤气利用是优化高炉操作的重要内容，合理控制炉内煤气流的分布是提高煤气利用率的核心环节，因此如何控制合理炉内煤气流分布成为主要摸索方向。
本文结合长钢9#高炉生产实践，就煤气流的分布和控制进行了讨论。
关键词：煤气流分布；调剂手段；合理控制高炉炼铁中，煤气流的分布关系到炉内温度分布、软熔带结构、炉况顺行、煤气的利用状况和高炉长寿，最终影响到高炉冶炼指标。
高炉操作也主要是围绕获得合理、适宜的煤气流分布来进行的。
鉴于目前的原燃料质量水平，进一步优化存在较大困难，降低炼铁成本的方向就转向了高炉操作。
研究炉内煤气流的分布状况对于高炉操作有着很重要的意义。
本文主要围绕长钢9#高炉的生产实践，就如何控制合理的煤气流分布进行了研究，为今后的生产调剂提供依据。
1.炉内煤气流分布的影响因素高炉生产中热风从风口鼓入，需经过风口回旋区、滴落带、软熔带、块状带，最后从炉顶料面排出，成为炉顶煤气。
因而煤气流的分布受各区域透气性分布影响，自下而上可分为风口回旋区的初始流分布、炉腰至炉身下部的煤气流分布和炉身上部的煤气流分布，即煤气在高炉内的三次分布。
1.1风口回旋区煤气初始分布的影响因素高炉风口回旋区对冶炼过程起着十分重要的作用。
它的形状和大小反映了风口的进风状态，影响气流和温度的分布，决定焦炭的燃烧状态，影响软熔带的形状和位置，是炉况顺行的基础。
回旋区前端是死料堆，其透气性较差，对煤气流的阻力较大。
而回旋区上方是松散堆积的焦炭，并与软熔带相接，松散的焦炭床虽然有液态的渣铁滴落，但相对透气性较好，对煤气流的阻力较小。
回旋区的形成和反应情况，将直接影响着高炉下部煤气的分布、上部炉料的均衡下降、以及整个高炉内的传热传质过程。
回旋区中燃料中的碳素与鼓风中的氧进行燃烧而产生煤气，所以，风口回旋区对煤气流分布的影响是极其重要的。
高炉内煤气停留时间分布的数值模拟研究
高炉内煤气停留时间分布的数值模拟研究高炉是冶金行业最重要的设备之一，其用途是将矿石和焦炭加热到高温，使其发生化学反应，从而得到铁和钢等金属材料。
其中，高炉内煤气的停留时间分布对高炉的炉渣形成、燃烧和铁水质量等方面都有着重要影响。
因此，本文通过数值模拟方法，对高炉内煤气的停留时间分布进行研究，并分析其对高炉冶炼过程的影响。
一、研究背景高炉内煤气的停留时间分布是指煤气在高炉内停留的时间分布情况。
由于高炉内的煤气流动速度较快，煤气停留时间短，因此在高炉内煤气的停留时间分布中，存在着许多短暂的瞬时停留，以及少量的长时间停留。
煤气停留时间分布对高炉冶炼过程的影响主要体现在以下几个方面：1. 炉渣形成高炉内的炉渣是由煤气和矿石中的杂质组成的。
煤气停留时间分布的不同，会导致炉渣形成的方式和组成不同。
煤气停留时间分布中长时间停留的煤气，会与矿石中的杂质反应形成固体炉渣，而短时间停留的煤气则会在高炉内流动，不会参与炉渣的形成。
2. 燃烧高炉内的煤气是通过燃烧反应提供热能的。
煤气停留时间分布的不同，会影响煤气的燃烧效率和燃烧温度。
长时间停留的煤气会在高炉内燃烧，释放出更多的热能，提高高炉的熔炼效率。
3. 铁水质量高炉内的铁水质量受煤气停留时间分布的影响较大。
煤气中含有的氧气会与铁水中的碳发生反应，产生一定的二氧化碳和一氧化碳。
煤气停留时间分布中长时间停留的煤气，会与铁水中的碳进行更充分的反应，产生更多的一氧化碳，从而提高铁水的质量。
二、数值模拟方法本文采用计算流体力学（CFD）方法，对高炉内煤气的停留时间分布进行数值模拟。
CFD方法是一种基于数学模型和计算机模拟的方法，可以模拟流体（气体或液体）在空间内的流动、传热、化学反应等过程，对高炉内的煤气流动进行模拟，得到煤气停留时间分布的数值结果。
本文采用ANSYS Fluent软件进行数值模拟，建立了高炉内煤气流动的三维数学模型。
在模拟中，考虑了高炉内的流体动力学、传热、化学反应等过程，并采用了多相流模型和稳态假设等方法，对高炉内煤气的停留时间分布进行了数值模拟。
钢铁企业高炉煤气供需预测模型及应用
为输出层第 k 单元的激活阈值, 激活函数为 f (x) = 1 ( 1 + e- x ) ( 1)
当输出层节点的期望均值为 t l 时, 模型的计 算公式如下 隐层节点的计算输出 yj = f
i
w ij x i -
j
= f ( net j ) ,
( 2)
输出层节点的计算输出 zl = f
j
v ij y i -
l
钢铁企业煤气系统是企业能源系统的主要部 分, 涉及到煤气的产生、 输送、 分配、 消耗等诸多环 节 在实际生产中, 影响高炉煤气产生量与消耗量 的因素很多 , 通过对历史数据进行研究发现煤气 量与相关因素的线性关系并不明显, 且无必然规 律 基于以上特点, 采用容错能力与智能处理能力 较强的人工神经网络法对高炉煤气产生量和消耗 量进行预测, 能较为有效地描绘煤气系统的特征, 得到相对准确的预测结果 2. 1 高炉煤气产生量( 供应量 ) 预测 高炉冶炼过程是个复杂的物理、 化学反应过 程, 从炉顶装入的铁矿石、 焦炭和石灰石等物料经 过与预热的空气 ( 常伴随喷吹物如富氧、 煤粉等) 在高炉内部发生还原反应 , 最终生成铁水和炉渣, 并从炉顶放出煤气 可见 , 高炉煤气生产过程受多 种因素制约, 为了准确预测高炉煤气发生量 , 这里 以某钢铁企业 1# 高炉 10 月份实际生产数据为统 计样本 , 经过灰色关联度分析得到各因素与煤气 量的关系 , 见表 1 由表 1 可见, 影响高炉煤气发生量的主要因 素为鼓风量、 焦比、 风压和煤比等 , 将关联度大于 0 6 的影响因素作为预测模型 的输入值, 建立人
收稿日期 : 2010- 06- 02 基金项目 : 中 央 高 校 基 本科 研 业 务 费 专 项 资 金 资 助 项 目 ( N 090302010 ) ; 国 家 高 技 术 研 究发 展 计 划 项 目 ( 2008AA 042901, 2009AA 05Z215) ; 东北大学博士后基金资助项目 作者简介 : 张 琦 ( 1977- ) , 男 , 山西大同人 , 东北大学讲师 , 博士后研究人员 ; 蔡九菊 ( 1948- ) , 男 , 辽宁锦州人 , 东北大学教授 , 博 士生导师
高炉合理煤气流分布探讨课件
煤气的组成
CO
H2
一氧化碳
氢气
CH4
甲烷
CO2
二氧化碳
煤气流分布的研究意义
提高冶炼效率
通过优化煤气流分 布，提高炉内热量
利用效率
确保产品质量
煤气流分布的合理 性直接影响产品的
品质
节约能源
优化煤气流分布可 以降低能源消耗
减少环境污染
合理的煤气流分布 可以降低有害气体
的产生
研究方法
数值模拟
利用计算机模拟高 炉内煤气流动状态
02 新型煤气流控制技术
开发更高效的煤气流分布调控方法
03 智能监测系统
建立实时监测高炉煤气流分布的技术系统
结语
总结内容要点
强调煤气流分布研 究的重要性
感谢支持
感谢所有帮助完成 课件的人员
展望未来发展
指出煤气流分布研 究的应用前景
致谢
在完成本课件的过程中，我们得到了许多人的支持和 帮助，在此表示衷心的感谢。感谢所有致力于高炉煤 气流分布研究的专家学者，感谢各位一直以来的支持 和鼓励。我们将继续努力，为高炉煤气流分布领域的 发展贡献力量。
参考文献
参考文献1
作者1, 期刊1, 年份1 作者2, 期刊2, 年份2
参考文献2
作者1, 期刊1, 年份1 作者2, 期刊2, 年份2
参考文献3
作者1, 期刊1, 年份1 作者2, 期刊2, 年份2
参考文献4
作者1, 期刊1, 年份1 作者2, 期刊2, 年份2
谢谢观看！
● 04
第四章 实际案例分析
某高炉煤气流分布问题分析
在某高炉中，煤气流分布存在不均匀的问题，这影响 了高炉的炼铁效率和质量。主要表现在煤气流速度不 一致，温度分布不均匀等方面。这些问题导致煤气无 法有效发挥在高炉内部的作用，进而影响炼铁工艺的 稳定性和效率。
冶金业高炉煤气运用论文
冶金业高炉煤气运用论文冶金业高炉煤气运用论文1高炉煤气的特点高炉煤气是高炉炼铁的副产品,煤气成分以N2、CO2和CO 为主,其特点是含尘量大、不易着火、燃烧不稳定、热值低,一般为3000~3800kJ/m3(见表1),产出波动大,尤其是高炉休风或发生待料的时候。
高炉煤气的主要用户是高炉热风炉、焦炉、电站锅炉以及燃用高焦混合煤气的轧钢加热炉等。
由于高炉煤气的热值较低,一般企业在煤气平衡不好时首先选择放散高炉煤气,因此高炉煤气放散率一般作为衡量一个企业煤气平衡措施和程度的标志[1]。
表2为近几年我国重点统计钢铁企业副产煤气利用情况[2],由于炼铁产能的增加,高炉煤气产量逐年增多,高炉煤气利用情况不容乐观。
2高炉煤气在钢铁厂的应用高炉煤气因热值低、含尘含水量大、压力波动大等因素在钢铁企业中难以适应消费需要,大局部钢铁厂除高炉热风炉、焦炉等用户使用外,剩余的大量煤气被白白地放散掉,但在先进钢铁企业,高炉煤气除满足消费设备的加热外,很大一局部用于发电或产生蒸汽。
表3为近几年我国宝钢高炉煤气的利用情况,可以看出,高炉煤气放散逐年减少,2023年宝钢高炉煤气有60.89%用于各种工业炉窑加热,35.00%用于电站锅炉发电,放散率仅为0.13%,远远低于全国平均程度。
____新日铁高炉煤气43%用于各种工业炉窑加热,57%用于发电;焦炉煤气80%用于工业炉窑加热,20%用于发电;转炉煤气64%用于工业炉窑加热,36%用于发电。
放散均为零,煤气再利用率约为100%[3]。
烧纯高炉煤气锅炉发电技术、燃气-蒸汽结合循环发电机组和高温蓄热式燃烧技术的研制成功并在钢铁企业中的广泛应用,为高炉煤气的有效利用提供了很好的途径。
如作为世界首台大容量单烧低热值高炉煤气的燃气-蒸汽结合循环机组在宝钢的建成,使宝钢每年被放散约20余亿m3高炉煤气得到有效利用,不仅解决了大型钢铁结合企业的煤气平衡问题,而且对环境保护起到了积极的作用。
高炉煤气管道故障模拟分析
１ 高炉煤 气管 网系统 现状
以某钢铁厂 为例 ，该厂 自备 电厂 即将 投运 的发
电机组 是燃气轮 机发 电机组 。该机组 投运 后 ，将 完
全采 用 高 炉煤 气 进 行 发 电，届 时最 大 用气 量 可 达
１０万 ｍ ｌ ０ ／。一旦 电厂发 电机组 突然发 生故 障 ，需 ｔ 要紧急 关 闭高炉 煤气 供应 阀 ， 这时 多达 １ ０万 ｍ ０ ／ ｈ
炉煤气 管 网中的流 量一般 都 比较 大 ，以某钢 铁厂 为 例， 该钢铁厂 四座 高炉 的总产气 量 ２ ０ ２ ０ ｍ ， ０～ ４ 万 ／ ｈ 而 高炉煤气 又是 一种有 毒气体 ，所 以，～ 旦煤气 管
２ 管网 内气 体流 动特 性分析 模 型
由于煤 气管 道长 径 比大 ，在 进行 管道 内压力 、 流速 等参数 分析 计算 时 ，除 了超 高压大 口径长 输管 道外， 一般 可按 一维处 理 ， 即认为 管道截 面上 压力 、 流速 等参数 分布 均匀 。这 在流 动处 于紊 流态 时，计 算误 差就 更小 。另外 ，对于 钢铁 企业 内部 的架 空煤 气管 道 ，由于长度 相对 比较短 ，因此 ，尽管会 受 到
望
ａｔ ａｘ
： ０
（） ２
状 态方程 ：
】 ） ０８ ）２０ 年第 ５ 上 海 煤 气 期
Ｔ ａ 瞧Ｉ ｒ ｎｓ
Ｐ＝ｚ Ｒ ｐ Ｔ
（） ３
道速 度场 或压 力场 ，这 里采 用 Ｓｍｐｅ 法 。 ｉ ｌ算 ３ 故障 工况模 拟 分析 快速 阀在 １ Ｓ内就 完全 关 闭 ，机 组供 气量 将从 １ ０万 ｍ ０ ／ ｈ降至 ０ 。在 高炉 煤气 发 生量没 有变 化 的
484实验结果与模拟结果的比较与...
摘要引射器是一种将两种不同压力的流体相互混合，并发生能量交换，最终形成一股居中压力的混合流体的装置。
它不消耗外界的机械功或电能，而仅仅依靠流体的压力、温度等参数就可以工作，无任何转动部件，目前在动力、石油、化工、冶金、轻工、纺织、供热、制冷等领域得到广泛应用。
在化工、冶金等行业，有大量的高压气体被白白浪费掉。
如果能回收利用，将能大大的节约能源。
高炉热风炉系统煤气引射器就这样一种利用余压的一个节能装置。
钢铁厂生产过程中产生大量的高炉煤气与焦炉煤气。
高炉煤气压力高达15KPa,热值为3344—4180KJ/m³。
高炉煤气一般作为热风炉的燃料。
但热风炉只需要8、9KPa 的压力即可。
另外有6KPa左右的压力白白浪费掉。
而焦炉煤气的压力只有3、4KPa 左右，但热值高达16720—18810KJ/m³。
如果能利用6KPa左右的压力引射焦炉煤气，将能大大提高发热值。
根计算，如果高炉煤气中混入10%的焦炉煤气，发热值将提高40%左右。
引射器不消耗任何能源，而且不需要维护。
是一种非常节能的装置。
本文在阅读了大量文献的基础上，对引射器的发展过程进行了详尽的叙述；由于本课题所针对的对象是引射器的工业应用，需要对设计的可靠性进行论证。
本文根据苏联热工研究院的索科洛夫和津格尔在《引射器》一书中系统总结出的引射器设计方法，该方法综合了前人在引射器设计中的大量经验和理论。
本文精心挑选，精简了公式，简化设计公式。
根据简化的公式，设计实验段。
并在模拟工业应用的条件下进行了实验研究。
而且建立了数值模型，进行数值计算。
比较了实验结果与数值结果。
关键词：热风炉引射器引射系数数值模拟AbstractInjector is a kind of equipment which used for mixing tow different pressure liquid to get a middle pressure mixture. This equipment doesn’t need consume electricity, thermal energy and has no rotation parts, so it has the advantage of easy structure, working credibility and saving energy. The injector has greatly used in power engineering, chemical industry, metallurgy, light industry, t extile industry, heating and refrigerating industry.This paper mainly illustrates an experience about injector used in the hot-blast stove. This injector that used for mixture the blast furnace gas and coke-oven gas is used in the steel plant’s hot-blast stove, in that way; it can enhance the blast furnace gas calorific value.This paper’s main achievement is simplifying the design formula of injector. And this paper uses the simplified design formula to design scale-down equipment .and I use the equipment to study the character of the injector. In this purpose I set some experiments to test this injector. In those experiences I try to find out the empirical equation between the structure parameter of the injector and its performance parameter. Finally I used the numerical method to simulate this equipment and compared the numerical result an experiment result.Keywords：hot-blast stove, injector, entrainment ratio, numerical stimulate独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
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参数值 150 ～ 300
24 130 2 525 1 660 35 33 40 20 40 /9 77. 10 68. 39 1 850
1. 3 煤气停留时间测定方法 使用 FLUENT 获得煤气停留时间的总体思路
与通过物理实验测定停留时间基本相当： 即在反 应器入口处（ 相当于本数值实验的风口位置） 脉 冲加入示踪剂，然后在反应器出口处（ 相当于本 模型的炉顶出口） 监测并记录示踪剂浓度随时间 变化的数据． 具体实现步骤如下：
件列于表 1． 另外，为了较为准确地模拟高炉内部的煤气
流场，并尽量减少低质量网格所引起的迭代误差 的影响（ 注： 网格质量的高低和排列的规整程度 直接影响速度场计算的准确性和云图的可视 性） ，基于 ICEM 划分 BLOCK 的方法，对高炉整体 生成全六面体网格（ 并非基于轴对称或薄片结构 或单个风口扇形几何） ，并对风口区域进行单独 加密，网格综合质量确保在 0. 85 以上．
inclination angle
显性考虑了风口回旋区对煤气初始分布的 影响，风口回旋区大小根据文献［16］提供的经验 公式进行计算，为方便编程对回旋区进行球形简 化处理． 由文献［17］提供的高炉解剖数据，死料 柱与水平面夹角取为 45 度． 软熔带结构采用旋转 二次曲面进行形状模拟，并考虑了影响煤气二次 分布的软融层和焦炭层． 模型中所使用的模拟条
Abstract： In order to get a regularity of the gas distribution，the average gas residence time w as calculated through a three － dimensional mathematical model of blast furnace （ BF） ，taken into account of the previous calculation of the burden distribution． T he results show that，the burden distribution pattern has an obvious impact on the gas flow field． T here is an evident linear relationship betw een the average gas residence time and the blast velocity． Particularly，for the blast furnace of 1 850 m3 ，the average gas residence time is about 6 seconds at a blast velocity of 200 m / s． According to the similarity theory，effect of the model on the average gas residence time w as analyzed． It w as found that the three － dimensional model is an optimum one． Key words： blast furnace； gas residual time； gas distribution； numerical simulation； three － dimensional
Simulation and discussion on the average gas residence time in blast furnace
Yu Xiaobing1 ，Z hang W ei1，2 ，Li Q iang1 ，Z ou Z ongshu1
（ 1． M etallurgical M ultiphase T ransmission ＆ Ｒ eaction Engineering Ｒ esearch Institute，N ortheastern U niversity，Shenyang 110819，C hina； 2． Key Laboratory for Ferrous M etallurgy and Ｒ esource U tilization of M inistry of Education， W uhan U niversity of Science and T echnology，W uhan 430081，C hina）
d ） 0． 14
ore ore
在本模型中对示踪剂物理性质的处理是认为 其与煤气性质完全一致，即便如此 FLUENT 仍可 根据名字识别该示踪剂． 考虑了湍流对煤气和示 踪剂分布的影响，湍动能和湍动耗散率的计算采 用标准 κ-ε 双方程模型． 1. 2 炉料分布处理方法
考虑了布料操作对煤气流分布的影响，软熔 带及其以上 的 炉 料 的 料 面 函 数 根 据 文 献［15］中 提供的方法计算得出，料面分布模型计算得到的 料面角度随料面编号（ 编号从炉喉料层往下逐渐 增加） 变化的关系曲线如图 1 所示．
第四步： 方程求解完毕，导出示踪剂数据并进 行相应后处理计算．
2 结果及讨论
2. 1 三维速度场分布 图 2 是鼓风速度为 200 m / s 时，风口轴线所
在水平面（ y = 1. 5） 的煤气速度（ 表观速度） 分布 图，其中图 2（ a） 所示的云图标尺为 0 ～ 200，从云 图中可以看出煤气速度变化跨度很大，在高炉内 部中心区域煤气速度远远小于风口处的煤气速 度，产生这种现象的主要原因可以由风量和横截 面积的关系解释： 轴线所在水平面的横截面积 （ 模型中高炉炉缸直径为 10. 6 m） 远大于风口总 面积（ 风口直径为 130 mm） ． 为了清晰地显示风口 前端煤气速度变化规律，将标尺区间选择为 0 ～ 5，如图 2（ b） 所示，从图中可以看出风口回旋区内 的速度并非分布均匀，而是呈现出明显的梯度特 征： 越接近高炉中心，煤气速度越低； 另外，速度梯 度主要集中体现在回旋区内部． 同回旋区内的特 征相比，煤气在离开回旋区之后，速度梯度在轴向 上明显减小，在圆周方向上则已看不出明显的速 度差别（ 可以将此种分布近似看作沿高炉中心轴 线呈轴对称分布） ，这从侧面佐证了使用轴对称 模型研究高炉的合理性．
表 1 模型所用参数和模拟条件 Table 1 Model parameters and simulation conditions
所用参数 鼓风速度 /（ m·s －1 ） 风口数量（ － ） 风口直径 / mm
炉顶压强 /（ p /p ） 焦炭堆积密度 / （ kg·m － 3 ） 铁矿物堆积密度 / （ kg·m － 3 ） 焦炭自然堆角 /（ °） 铁矿物自然堆角 /（ °） 焦炭当量直径 / mm 铁矿物当量直径 / mm 矿焦比 /（ t /t） 炉身角 /（ °） 炉腹角 /（ °） 高炉有效容积 / m3
（ 4）
其中， g = εg μg［Ug + （ Ug ） T］
－
2 3
εg
μg（
Ug ）
I
fHale Waihona Puke s g= 150（1
－ εg） ε3g
2
（
μgUg sds）
2
+
1．
75
（
1
－ εg ） ρg U2g ε3g s ds
εcoke = 0． 276 － 0． 153 log（ d ） coke coke
εore = 1 － 0． 403 log（
高炉煤气平均停留时间的模拟及讨论
郁肖兵1 ，张 伟1，2 ，李 强1 ，邹宗树1
（ 1． 东北大学 冶金多相传输及反应工程研究所，沈阳 110819； 2． 武汉科技大学 钢铁冶金及资源利用省部共建教育部重点实验室，武汉 430081）
摘 要： 为了探究高炉煤气分布的规律，本研究在考虑料层分布的前提下使用三维高炉数学模型计算了煤气 的平均停留时间． 结果表明，料层分布对煤气流场影响明显，煤气平均停留时间和鼓风速度存在比较明显的 线性关系． 特别是对于 1 850 m3 的高炉在 200 m / s 的鼓风速度下，模型求得煤气平均停留时间约为 6 s． 此 外，从几何相似的角度分析了几何模型的选择对模拟煤气平均停留时间的影响，得出了三维几何模型应为模 拟煤气平均停留时间最优几何的结论． 关键词： 高炉； 煤气停留时间； 煤气分布； 数值模拟； 三维 中图分类号： TF 537 文献标识码： A 文章编号： 1671-6620（ 2017） 02-0083-07
少，CO2 逐渐增多，煤气的还原势则不断下降，最 后通过高炉顶部煤气上升管道离开高炉． 与煤气 接触的含铁原料，在下行的过程中，受到煤气物理 热和还原势的影响，逐渐失去水分和氧元素，经历 软化、熔融、滴落等过程，完成铁素和脉石的分离， 汇聚于炉缸，最后以铁水和炉渣的形式排出高炉， 至此高炉完成一个冶炼周期．
在高炉生产过程中，焦炭和含铁原料（ 矿石， 烧结矿，球团矿） 通过布料设备从炉顶加入，鼓风 （ 温度可达 1 000 ℃ ） 通过风口围管及每个风口支 管，进入高炉． 由于压缩机提供的压强很大，热风 具有很高的动能，进入高炉后会将风口前端的焦 炭吹开，形成空隙度很高的风口回旋区，并裹挟焦 炭在回旋区内运动和燃烧，同时产生大量的还原 煤气（ 主要成分为 CO） ． 还原煤气随即向高炉中 心和上部流动，随着热量的交换和 Fe 氧化物还原 的进行，煤气成分不断发生变化，其中 CO 持续减
由于高炉炼铁过程是复杂的高温物理化学过 程，再加上炉墙和冷却设备的包覆，造成高炉内部 冶炼过程的不可视性，给冶金工作者掌握高炉内
收稿日期： 2016-12-30． 基金项目： 国家自然科学基金资助项目 （ 51574064） ． 作者简介： 郁肖兵 （ 1988—） ，男，博士研究生，E － mail： yu_ xb@ outlook. com； 邹宗树 （ 1958—） ，男，教授，博士生导师． 通讯作者： 李强 （ 1978—） ，男，副教授，E － mail： liq@ smm. neu. edu. cm