一种高炉矿焦比及气流分布调整的模型实验方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种高炉矿焦比及气流分布调整的模型实验方法，属于冶金行业实验 研究领域。
【背景技术】
[0002] 在高炉块状带，炉喉径向矿焦比的分布决定了炉喉径向气流的分布，而炉喉径向 的气流分布又会影响料面形状，进而影响炉喉径向矿焦比的分布。在高炉实际操作过程中， 不可能进入炉内测量焦炭和矿石层厚的分布。目前矿焦比的分布计算方法有两种方法：第 一，通过激光或雷达测量布完焦炭以及矿石后的料面形状，以此计算矿焦比的分布；第二， 用各个档位矿石的圈数与焦炭的圈数之比作为矿焦比的分布。但是在一定的送风条件及料 面形状下，布矿石的过程中，由于焦炭密度比矿石小，部分焦炭会被矿石推到高炉的中心， 从而使得矿焦比的分布发生改变。上述两种计算方法都不能准确反映实际生产过程中矿焦 比在炉内的分布。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的是提供一种反映高炉矿焦比及气流分布的模型实验方法，实验科 学，测量准确，能够反映实际高炉生产过程中特定布料矩阵和送风设置下，料面形状和矿焦 比以及气流速度的分布，根据焦炭和矿石的电阻显著差异，使用测厚仪测量出布矿石前后 焦炭的厚度，可以测量出发生坍塌的焦炭的量，得到准确的矿焦比分布，解决背景中存在的 技术问题。
[0004] 本发明的技术方案是：一种高炉矿焦比及气流分布调整的模型实验方法，包含以 下步骤：
[0005] (1)制作模型设备，以实际高炉炉顶布料设备和炉体内型为基础，按照1/15的比 例缩小，制作冷布料模型设备；
[0006] (2)实验炉料的准备，遵循相似理论的要求，以高炉实际生产使用的粒度组成为基 础，保证粒度分布的相似性，确定实验所需炉料各个粒度的质量百分比，然后按照1/15 3的 比例进行体积缩放，得到实验所需的焦炭和矿石的批重，分别称量各个粒级所需的炉料，然 后进行均匀混合，将混合好的料加入到料罐中；
[0007] (3)设定布料和送风参数，基于实际高炉所使用的料线高度，按照1:15的比例计 算实验炉体料线高度；根据实际高炉风速，根据相似性原理保持实际高炉和模型中炉喉气 流速度与最小流态化速度比值相同，确定模型送风量；根据焦炭和矿石的料流阀开度与布 料时间关系曲线，得到料流阀开度大小；
[0008] (4)布料操作及实验测量
[0009] ①.根据数学模型计算的结果，选取辅助玻璃板的形状，辅助并将实验炉体和参 考炉体填满焦炭，直到焦炭达到辅助玻璃板的高度，手动调整料面形状，直到与辅助玻璃板 的形状一致，在辅助玻璃板上加入辅助小组件，辅助小组件和辅助玻璃板之间用玻璃胶固 定，然后开启实验炉体和参考炉体的电动排料阀，将料面下降至设定的料线处；
[0010] ②.按照设定的风量开始送风，启动布料器，在设定的料流阀开度下开始布第一 批焦炭，布完后打开实验炉体和参考炉体的电动排料阀下降至设定的料线处，然后布第一 批矿石，布完后下降至设定料线处，重复以上操作直到第二批料布完，在布第三批焦炭和矿 石前和后测量料面径向各点到零料线的垂直距离，得到焦炭和矿石的径向厚度分布，第三 批料布完后用风速仪测量炉喉径向的风速分布，并使用测厚仪测量布完矿石后焦炭在炉喉 径向的厚度分布，最后根据测量得到的结果绘制料面分布图，径向矿焦比分布曲线以及径 向风速分布曲线。
[0011] 本发明的有益效果至少在于：能够在实际高炉的焦炭和矿石粒度组成，矩阵设置 和送风条件下，准确反应出实际焦炭和矿石层厚分布以及径向的气流分布，尤其是布矿石 前和布矿石后焦炭层厚径向分布的变化。并能在高炉操作人员进行下一步布料和送风调 整之前按照他们的调整计划在该模型上进行实验，预测出实际焦炭和矿石层厚和气流的走 向，为他们调整炉况提供方向。
【附图说明】：
[0012] 图1为实验设备主视图；
[0013] 图中1料罐，2手动插板阀，3料流调节阀，4中心喉管，5齿轮箱，6旋转溜槽，7实 验炉体，8风口，9挡料板，10电动排料阀，11料线刻度，12测压孔
[0014] 图2为实验设备左视图；
[0015] 图中13参考炉体，14进风管道，15平台；
[0016] 图3为实验炉体半截面图；
[0017] 图中16主玻璃板，17辅助玻璃板，18辅助小组件；
[0018] 图4为实际商炉和实验|旲型使用的焦炭和矿石粒度组成；
[0019] 图5为焦炭和矿石料流调节阀开度和布料时间的关系曲线；
[0020] 图6为料面到零料线的高度测量图；
[0021] 图7为径向料面形状分布图；
[0022] 图8为径向矿焦比分布图；
[0023] 图9为径向气流分布图。
【具体实施方式】
[0024] 下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。
[0025] 使用实际高炉缩小15倍的高炉布料模型，在典型布料矩阵设置和送风情况下研 究了布料结束后径向料面形状分布，矿焦比分布以及风速分布。
[0026] 首先，进行实验炉料的准备：
[0027] 实际高炉生产使用的焦炭和烧结矿粒度组成见表1、表2,其中焦炭和矿石的批重 分别为32t和170t。事先测量焦炭和矿石的堆密度，按照1/15 3的体积比进行缩放可以得 到实验所需的焦炭和矿石批重分别为9. 48kg和50. 36kg。如图4所示，在粒度分布坐标纸 上，将实际生产用的焦炭和矿石的粒度标出，然后分别连接成直线。并找到累计百分比50% 处对应焦炭粒径即为焦炭的平均粒径48mm，同样确定矿石累计百分比50%处对应的平均粒 径为18mm。然后确定焦炭平均粒径缩放比例为1:12,矿石平均粒径为1:9,按照此比例，确 定50%处对应的粒径分别为4_和2_。过这两个点分别作实际生产用的焦炭和矿石粒度 组成直线的平行线。最后在此直线上找到相应粒级的质量百分比，再根据计算得到的焦炭 和矿石的批重就可以计算出焦炭和矿石各个粒级的质量。
[0028] 表1 :实际生产所用焦炭粒度分布
[0029]
【主权项】
1. 一种高炉矿焦比及气流分布调整的实验方法，其特征在于，包含以下步骤： (1) 制作模型设备，以实际高炉炉顶布料设备和炉体内型为基础，按照1/15的比例缩 小，制作冷布料模型设备； (2) 实验炉料的准备，遵循相似理论第三单值相似的要求，以高炉实际生产使用的粒度 组成为基础，保证粒度分布的相似性，确定实验所需炉料各个粒度的质量百分比，然后按照 1/15 3的比例进行体积缩放，得到实验所需的焦炭和矿石的批重，分别称量各个粒级所需的 炉料，然后进行均匀混合，将混合好的料加入到料罐中； (3) 设定布料和送风参数，基于实际高炉所使用的料线高度，按照1:15的比例计算实 验炉体料线高度；根据实际高炉风速，根据相似性原理保持实际高炉和模型中炉喉气流速 度与最小流态化速度比值相同，确定模型送风量；根据焦炭和矿石的料流阀开度与布料时 间关系曲线，得到料流阀开度大小； (4) 布料操作及实验测量 ① .根据数学模型计算的结果，选取辅助玻璃板的形状，并将实验炉体和参考炉体填 满焦炭，直到焦炭达到辅助玻璃板的高度，手动调整料面形状，直到与辅助玻璃板的形状一 致，在辅助玻璃板上加入辅助小组件，辅助小组件和辅助玻璃板之间用玻璃胶固定，然后开 启实验炉体和参考炉体的电动排料阀，将料面下降至设定的料线处； ② .按照设定的风量开始送风，启动布料器，在设定的料流阀开度下开始布第一批焦 炭，布完后打开实验炉体和参考炉体的电动排料阀下降至设定的料线处，然后布第一批矿 石，布完后下降至设定料线处，重复以上操作直到第二批料布完，在布第三批焦炭和矿石前 和后分别测量料面径向各点到零料线的垂直距离，得到焦炭和矿石的径向厚度分布，第三 批料布完后用风速仪测量炉喉径向的风速分布，并使用测厚仪测量布完矿石后焦炭在炉喉 径向的厚度分布，最后根据测量得到的结果径向矿焦比(矿石和焦炭厚度的比值）分布以及 径向风速分布曲线。
【专利摘要】本发明涉及一种高炉矿焦比及气流分布调节的模型实验方法，属于冶金实验研究技术领域。技术方案是：以实际高炉炉顶布料设备和炉体内型为基础，按照一比十五的比例缩小制作布料模型；按照粒度分布相似性，称量实验所需的各个粒级的原料进行均匀混合；按照运动相似性进行布料和送风参数的设定；料布完成后用风速仪测量炉喉径向的风速分布，并使用测厚仪测量矿石和焦炭在炉喉径向的厚度分布。本发明的积极效果：操作简单，测量准确，节约实验原料，能够准确反映实际高炉生产过程中特定布料矩阵和送风设置下，料面形状和矿焦比以及气流速度的分布，并对高炉操作人员如何避免焦炭坍塌及局部流化进行布料和送风调整提供指导。
【IPC分类】C21B5-00
【公开号】CN104561408
【申请号】CN201310504896
【发明人】赵华涛, 刘建波, 杜屏
【申请人】江苏省沙钢钢铁研究院有限公司
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2013年10月23日