一种COREX熔融气化炉风口回旋区长度的测定方法与流程

本发明涉及非高炉炼铁技术领域，尤其涉及一种COREX熔融气化炉风口回旋区长度的测定方法。

背景技术：

高炉炼铁工艺有许多其它炼铁设备无法比拟的优点，如生产规模大、生产效率高、能耗低、使用寿命长、脱硫性能好以及适合于生产炼钢铁水等，因此到目前为止一直作为炼铁的主要生产工艺。但是高炉炼铁也存在很多不利因素，如投资规模大、环境污染严重、生产不灵活等，特别是其对焦炭生产严重依赖；随着国家对环境保护要求的提高和焦煤资源的日益短缺，以不用或少用焦炭且低CO₂排放的非高炉炼铁工艺日益得到重视，但是目前只有奥钢联开发的COREX工艺是熔融还原炼铁工艺中唯一成功实现工业化生产的新技术。

COREX炼铁工艺的主要设备是预还原竖炉和熔融气化炉，熔融气化炉炉缸沿圆周方向设置多个风口，用于向炉内喷入常温纯氧，氧气喷入熔融气化炉后与半焦发生剧烈的燃烧反应生成还原煤气，因此熔融气化炉风口回旋区的形状与尺寸是决定COREX炉冶炼工艺顺行与否的重要因素。

国内外的科技工作者对高炉风口回旋区进行了大量的研究，其中对于回旋区长度的测定方法有很多，如采用微波发射天线，将微波信号自高炉风口窥视孔发至高炉风口内回旋区，再通过微波发射天线接收回波信号，送微波变送器转化后，再送微波信号处理器进行处理，然后由显示器接收并进一步处理成像，最终获得高炉风口内回旋区深度数据；或者通过三维成像计算机将微波测量仪测得的距离数据转变为坐标数据，并根据坐标数据拟合成区内死料柱的三维图像，进而实现对高炉回旋区深度的测量。但到目前为止，针对COREX熔融气化炉风口回旋区的研究还很少，对其回旋区长度的测量方法更是鲜有报道；且上述方法中采用的设备通常较昂贵，高炉生产中也较少配备。

技术实现要素：

本发明提供了一种COREX熔融气化炉风口回旋区长度的测定方法，通过测量风口焦炭试样的空隙度来推算COREX熔融气化炉回旋区长度，方法简单易行，准确可靠，可作为判定COREX熔融气化炉炉况的依据。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种COREX熔融气化炉风口回旋区长度的测定方法，包括如下步骤：

1)取样；在COREX熔融气化炉风口中心平面上，沿COREX熔融气化炉的径向，自风口至COREX熔融气化炉中心不同位置通过风口取样器分别取风口焦炭试样，并将所取得的风口焦炭试样进行编号；

2)计算不同位置风口焦炭试样的空隙度，风口焦炭试样的空隙度是指全部粒度的空隙度；

3)以取样点距风口的距离为横坐标，以风口焦炭试样的空隙度为纵坐标，绘制坐标图；

4)步骤3)所绘制的坐标图中，风口焦炭试样的空隙度存在一个突变点，该突变点对应位置与风口之间的距离即为COREX熔融气化炉风口回旋区长度；具体计算方法为：

由坐标图中空隙度的突变点确定其所对应的取样点位置，该位置是风口取样器上对应取样槽的纵向中心位置；将空隙度突变点对应的取样点位置加上1/2取样槽长度，即为COREX熔融气化炉风口回旋区长度。

所述风口焦炭试样空隙度的具体测定方法如下：

1)在测定风口焦炭试样空隙度前，先将其进行筛分，选择其中粒度≥2.5mm的焦炭颗粒组成焦炭试样，焦炭试样在水中浸泡24h以上，使焦炭试样中焦炭的气孔中完全充满水；具体步骤如下：

(1)测定量器体积；

将托盘放在天平上，清零；首先称得量器的重量；然后将量器加满水后，称得量器和水的重量；两次重量之差除以水的密度，即得量器的体积；

根据量器重量m_量、加满水的量器重量m_满和水的比重ρ_水，计算量器体积：

(2)测定焦炭体积、空隙体积；

将浸泡后的焦炭试样沥干后，装入量器中并压实，记录装有焦炭试样的量器重量m_a；向装有焦炭试样的量器中加水至刚好淹没全部焦炭试样，记录此时的量器重量m_b；根据V_量、m_a、m_b，计算焦炭试样颗粒间隙所占体积：

向量器中继续加水直至加满，记录此时的量器重量m_c；根据V_量、m_a和m_c，计算焦炭试样体积：

根据V_空和V_焦，计算焦炭试样即粒度≥2.5mm的风口焦炭颗粒的空隙度ε_测定：

(3)计算风口焦炭试样全部粒度的空隙度；

计算风口焦炭试样全部粒度的空隙度时，需要考虑粒度＜2.5mm焦炭颗粒的影响，因此，风口焦炭试样全部粒度的空隙度ε计算如下：

ε_{计算的全部颗粒}＝(1-χ％)×ε_测定--公式5

式中，ε_{计算的全部颗粒}表示风口焦炭试样全部粒度的空隙度；χ％表示粒度＜2.5mm焦炭颗粒的百分含量。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)测定方法简单，操作方便，易于实施；

2)测定结果准确可靠，可作为判定COREX熔融气化炉生产是否顺行的依据。

附图说明

图1是本发明所述取样过程的示意图。

图2是本发明实施例中的坐标图。

图中：1.COREX熔融气化炉 2.风口 3.风口取样槽 4.取样槽

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：

本发明所述一种COREX熔融气化炉风口回旋区长度的测定方法，包括如下步骤：

1)取样；如图1所示，在COREX熔融气化炉风口2中心平面上，沿COREX熔融气化炉1的径向，自风口2至COREX熔融气化炉1中心不同位置通过风口取样器3分别取风口焦炭试样，并将所取得的风口焦炭试样进行编号；

2)计算不同位置风口焦炭试样的空隙度，风口焦炭试样的空隙度是指全部粒度的空隙度；

3)以取样点距风口的距离为横坐标，以风口焦炭试样的空隙度为纵坐标，绘制坐标图；

4)步骤3)所绘制的坐标图中，风口焦炭试样的空隙度存在一个突变点，该突变点对应位置与风口2之间的距离即为COREX熔融气化炉风口回旋区长度；具体计算方法为：

由坐标图中空隙度的突变点确定其所对应的取样点位置，该位置是风口取样器3上对应取样槽4的纵向中心位置；将空隙度突变点对应的取样点位置加上1/2取样槽4长度，即为COREX熔融气化炉风口回旋区长度。

所述风口焦炭试样空隙度的具体测定方法如下：

1)在测定风口焦炭试样空隙度前，先将其进行筛分，选择其中粒度≥2.5mm的焦炭颗粒组成焦炭试样，焦炭试样在水中浸泡24h以上，使焦炭试样中焦炭的气孔中完全充满水；具体步骤如下：

(1)测定量器体积；

将托盘放在天平上，清零；首先称得量器的重量；然后将量器加满水后，称得量器和水的重量；两次重量之差除以水的密度，即得量器的体积；

根据量器重量m_量、加满水的量器重量m_满和水的比重ρ_水，计算量器体积：

(2)测定焦炭体积、空隙体积；

将浸泡后的焦炭试样沥干后，装入量器中并压实，记录装有焦炭试样的量器重量m_a；向装有焦炭试样的量器中加水至刚好淹没全部焦炭试样，记录此时的量器重量m_b；根据V_量、m_a、m_b，计算焦炭试样颗粒间隙所占体积：

向量器中继续加水直至加满，记录此时的量器重量m_c；根据V_量、m_a和m_c，计算焦炭试样体积：

根据V_空和V_焦，计算焦炭试样即粒度≥2.5mm的风口焦炭颗粒的空隙度ε_测定：

(3)计算风口焦炭试样全部粒度的空隙度；

计算风口焦炭试样全部粒度的空隙度时，需要考虑粒度＜2.5mm焦炭颗粒的影响，因此，风口焦炭试样全部粒度的空隙度ε计算如下：

ε_{计算的全部颗粒}＝(1-χ％)×ε_测定--公式5

式中，ε_{计算的全部颗粒}表示风口焦炭试样全部粒度的空隙度；χ％表示粒度＜2.5mm焦炭颗粒的百分含量。

以下实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。下述实施例中所用方法如无特别说明均为常规方法。

【实施例】

如图1所示，本实施例中，取样过程是在COREX熔融气化炉风口2中心平面上，沿COREX熔融气化炉1的径向，自风口2至COREX熔融气化炉1中心采用风口取样器3进行取样，风口取样器采用宝钢研制的风口取样机，其取样端为管状，其上沿纵向设有多个取样槽4，可一次对多个取样点进行取样；取样槽4的长度为L。

本实施例中，所取得的5组风口焦炭试样依次编号为1#～5#，对应的取样点距风口距离分别为S₁＝0.25m；S₂＝0.75m；S₃＝1.25m；S₄＝1.75m；S₅＝2.25m。

按本发明所述方法计算5组风口焦炭试样的全部粒度的空隙度，计算结果见下表：

风口焦炭试样的空隙度测定是依据阿基米德原理，在已知容器体积中，由所加入风口焦炭试样排除同体积水确定其比重和空隙度。

焦炭颗粒表面有一定的孔隙，从炉顶加入后到达风口前的过程中，焦炭表面孔隙度变小。由于空隙度测定过程中粒度＜2.5mm焦炭颗粒会飘在水面上随水一同流失掉，另外可能发生“和泥”现象，因此在测定过程中只选择最小粒度为2.5mm的焦炭颗粒组成焦炭试样。但是由于粒度＜2.5mm的焦炭颗粒中含有较多的细粉末，可以将焦炭颗粒之间的空隙几乎完全填满，使得粒度＜2.5mm的焦炭颗粒中几乎没有空隙，从而对炉况造成较大影响。因此，风口焦炭试样空隙度的测定仍然要考虑粒度＜2.5mm的焦炭颗粒的影响，这也是规定风口焦炭试样空隙度为全部粒度空隙度的原因。

以取样点距风口的距离为横坐标，以风口焦炭试样的空隙度为纵坐标，绘制坐标图如图2所示；

从坐标图中可以看出，S₁对应坐标点与S₂对应坐标点的连线为一条接近水平的直线，S₃对应坐标点与S₄、S₅对应坐标点的连线也近似于一条水平的直线，而S₂对应坐标点与S₃对应坐标点之间存在较大落差，即2#风口焦炭试样与3#风口焦炭试样之间出现了明显的突变点，表明风口焦炭试样中的焦炭空隙度发生了突变。这是由于焦炭在COREX熔融气化炉1内距离风口2位置不同，其受氧气喷吹及与氧发生反应的程度不同导致焦炭的空隙度存在差异。该突变点的测定精度由风口取样器的取样精度决定。

本实施例中，2#风口焦炭试样对应的取样点距离风口S₂＝0.75m，取样槽4长度L为0.30m,因此本实施例中COREX熔融气化炉风口回旋区长度为：

S₂+L/2＝(0.75+0.15)m＝0.90m。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。