1、转炉散装料下临界粒度的探讨,颜根发 徐广治 蔡文藻 黄志勇 袁庭伟 沈 斌 (马鞍山钢铁股份有限公司) (马鞍山中冶科技实业公司),摘要：转炉散装料下临界粒度（d临下）就是悬浮状态下固体粒子的直径。当散装料的dd临下时，就能加入炉内；当散装料的dd临下时，就会随烟气被抽走。固体粒子在转炉固定烟罩中，悬浮状态下的临界粒度为： 。在供氧强度5m3/mint的情况下，转炉对不同散装料粒度的要求是：生石灰、轻烧白云石、铁钒土等5mm；萤石、球团矿、复合造渣剂等4mm；铁矿石、锰矿石、氧化铁皮等3mm。随转炉供氧强度的提高，最小粒度的要求将会相应增大。,转炉散装料（又称副原料）主要是指转炉炼钢过程中所用
2、的造渣剂，助熔剂和冷却剂等。在氧气转炉冶炼过程中，散装料一般都由高位料仓经固定下烟罩加入转炉。比如：石灰、轻烧白云石、铁钒土、萤石、复合造渣剂、球团矿、铁矿石、锰矿石、氧化铁皮等。高速流动的转炉烟气会抽走粒度细小的散装料，为了节省资源和保护环境，研究散装料不会被抽走的下临界粒度很有必要。,1 固气两相流流动情况分析,转炉烟气抽走细小固体粒子，是一个固气两相流中悬移质运动问题，即固体粒子是悬浮在烟气之中，随烟气的流动而运动。设一个球形固体粒子在无限空间的向上流动的气体之中，该粒子在气流中受到以下三个作用力：二个是方向向上的气流推动力P和浮力B，另一个是方向向下的重力G。当P+BG时，固体粒子随气
3、流上升;当P+BG时，固体粒子逆气流沉降；当P+B=G时，固体粒子处于悬浮状态。所以加入转炉固体粒子的下临界直径d临下，就是悬浮状态下的固体粒子的直径。因此当dd临下时,固体粒子就能加入转炉，当dd临界时,固体粒子将随烟气被抽走。,2 悬浮状态通用表达式 2.1在无限空间中球形固体粒子的悬浮速度（Ug）,一个球形固体粒子在无限空间向上流动的气体之中，受到三个作用力：推动力： (1)浮 力： (2)重 力： (3)当P+B=G时（即悬浮状态时）： 经推导得： (4),2.2 在管道中球形固体粒子的悬浮速度（UD）,公式（4）是以球形固体粒子在无限空间的流体中自由悬浮的速度，但实际转炉的固定下烟罩
4、是有限空间，乌斯吕斯基通过实验，总结出下面的计算垂直管道中悬浮速度的经验公式：（5）中D：烟罩直径 m,2.3 在管道中非球形固体粒子的悬浮速度（UF）,转炉炼钢用的散装料一般都不可能是球体的，而是不规则形状，其悬浮速度比球体的小。所以在式(5 )之前引入形状修正系数a，当各种不同形状的颗粒混杂在一起时，一般取a=0.6（6）式中 CD:阻力系数,2.4 阻力系数CD,阻力系数是雷诺数的函数（见图1），根据Re 的大小可将阻力系数CD划分为三个区。Re0.5的区域又称斯托克斯区，适用于气体流速较低、固体为微细粉状的情况；0.5Re103的区域又称过渡区； 103Re2105的区域又称牛顿区，适
5、用于气体流速较高，固体粉粒较大的情况。,图1 球形固体粒子的阻力系数,综上所述，因本文探讨的问题，气体流速在1525m/sec ,散装料直径在250mm，所以选牛顿区的CD=0.44。,2.5悬浮速度的简化式,关于烟气的数值问题，根据资料，标准状态下干烟气的0=1.358kg/m3。进入固定烟罩烟气的温度t=1610。根据理想气体状态方程式V0/V1=T0/T1,所以在1610时：1=0V0/V1=0T0/T1=0.215kg/m3。将CD=0.44，1=0.215kg/m3代入式 （6） 可得出： （7）,3 散装料的下临界粒度 3.1散装料悬浮状态临界粒度的简化表达式,根据不同资料，被转炉
6、烟气抽走的散装料都10mm。由于式（7）中1-(d/D)2这一项，即便取d=0.01m、D取表1中最小的1.6m,则该项数值为0.99996，与1的差别可以忽略不计。因此散装料在悬浮状态下临界粒度d临下的简化表达式如下：（参见图2） （8）,图2 密度不同散装料的下 临界粒度与烟气速度关系,3.2转炉不同散装料下临界粒度与烟气速度的关系,不同散装料s的平均值见表2。将不同散装料s的平均值代入式（8）可得不同散装料下临界粒度与烟气速度的关系如下：（参见图3）。,类散装料(生石灰、轻烧白云石、铁矾土等)：d临下=7.41UF210-6 (9),类散装料(萤石等)： d临下=6.25UF210-6
7、(10),类散装料(复合造渣剂、球团矿等) ： d临下=5.26UF210-6 (11),类散装料(铁矿石、锰矿石、氧化铁皮等)： d临下=4.44UF210-6 (12),图3 转炉不同散装料下临界粒度与烟气速度关系,3.3烟气速度与供氧强度关系,转炉中烟气的生成，主要来自于碳氧反应，供氧强度越大，碳氧反应产生的炉气量就越多。炉气在进入固定下烟罩时吸入空气，炉气中大约有8%左右的CO被燃烧，所以烟气量总是大于炉气量，炉气量越多则相应烟气量就越多。,图4 烟气速度与供氧强度关系,表3：炉气速度与供氧强度关系,3.4转炉入炉散装料最小粒度与供氧强度的关系,根据表3，转炉固定下烟罩烟气流速1330
8、m/s, 要比转炉炉气流速613m/s大得多。凡经固定下烟罩未被烟气抽走的散装料，一般都能顺利加入转炉。当然，在转炉发生喷溅的非正常情况下，另当别论。根据不同供氧强度下的转炉，下烟罩中烟气平均流速，代入式（9）式（12），可得表4、图5。,图5 入炉最小粒度与供氧强度关系,表4：转炉散装料最小粒度与供氧强度的关系（mm）,4 结论,4.1转炉烟气抽走细小固体粒子是一个固气两相流中悬移质运动问题，所以其下临界直径d临下，就是悬浮状态下的固体粒子的直径，因此当固体粒子dd临下时, 就能加入转炉，当固体粒子dd临下时,将被抽走。4.2固体粒子在转炉固定下烟罩的悬浮状态通用表达式为：4.3固体粒子在转炉固定下烟罩中悬浮状态下的临界粒度为4.4在供氧强度5.0m3/tmin的情况下，对不同散装料最小粒度的要求是：类散装料（生石灰、轻烧白云石、铁矾土等）5mm；类散装料（萤石等）和类散装料（球团矿、复合造渣剂等）4mm；类散装料（铁矿石、锰矿石、氧化铁皮等）3mm。随着转炉供氧强度提高，最小粒度的要求将会相应增大。,
