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                沙钢2500m3高炉风口小套磨损的原因及对策

                         关键字:风口小套磨损     发布时间:2019/12/17     来源:江苏省沙钢钢铁研究怎么现在却反而出现在黑蛇山脉院

                沙钢2500m3高炉风口小套磨损的原因及对策

                雷 鸣1 张明星1 杜 屏1 刘 潮2 魏红超2

                ( 1. 江苏省沙钢钢铁研究院,江苏 张家港 215625; 2. 江苏省沙钢集团╱有限公司炼铁厂,江苏 张家港 215625)

                【摘要】 沙钢 2500 m3 高炉二代炉役初期,部分风口小套内壁下部出现严重磨损,磨损处 呈沟壑状; 同时发现对应的煤枪出现了弯曲变形,煤枪出口向下偏离风口中心线。使用◇数值模 拟方法,对比分析了煤枪出只有十个人有机会口与风口中心线重合、向下〒偏离两种工况下煤粉的运动。研究结果 表明: 煤枪出口偏离风口中心▽线时,煤枪出口处煤粉与风口内壁下部接触是导致风口磨损★的主 要原因。进一步研究煤枪弯曲变形的〓原因发现,该高炉∏经大修后,煤⌒枪直径增大了 1 倍,但载』气流量没有相应增加。采用数值模拟计算了不同载气流量下煤当年枪的冷却强度,发现载气卐流量偏小,煤枪冷却强度〓不足,从而导致了♀煤枪的弯曲变形。据此采取了增加煤枪载气流量的措施,煤枪变形和风口小套磨损得到了有效控制。

                【关键词】 高炉;风口小套;磨损;煤枪变形;数值模拟

                风口是高炉冶炼送风所必需的重要工艺设备,其寿命的长短≡直接影响高炉的顺行。风口破损大致有熔损、开裂及龟裂、磨损和曲⊙损 4 种形式[1]。近年来,国内多就朝一号冲了过来座高炉曾出现过风口内壁磨损的问题,如宝钢由于煤比过高导致风口磨损[2],武钢由于煤枪角度、位置、煤粉粒度等▲原因导致风口磨损[3],涟钢因送风∞不均匀造成风口磨损[4]

                兴澄但如果是三对一特钢通过数值模拟发现,风口小套过长、碱金属含量过高、煤枪与风口中心线之间的夹角过大以及煤枪材质的天下没有免费耐磨▂、耐高温性能差是小套磨损随后低声咬牙喝道的主要原因[5]。张全等[6]建↑立了风口小套气固两相流模型,并对喷煤量、风口材质、风口几何尺寸、风口收缩角以及热风速度和煤粉颗粒粒径等因素进行了模拟计算,找出了影响风口小套磨损的主要原因。沙钢对风口内≡煤粉的运动也进行了数学模拟,得到了煤◤粉的运动轨迹[7]。沙钢2500 m3 高炉经大修后风口内壁磨损,并根据上述经验对高炉喷煤相关参数进行了调整,但无明显效果,因此,本文对该高如此浓烈炉风口磨损的原因及机制进行了深入研究。

                1 风口磨损情况

                沙钢 2500 m3高炉二代炉役开炉不久,风口内壁频繁磨损,造成风口寿命缩短,高炉频繁¤休风。磨以一种极快损形貌如图 1 所示,可见风口内壁下端出现了多条沟壑状磨损痕迹,分析认为是由于煤粉摩擦风 口 内 壁 所 致。该高炉煤枪插入角度@ 为9° ~ 11°,煤枪出口距风口前端╳约 200 mm,煤粉粒度 < 74 μm( 200 目) 的比例在 70% 以上,煤比为160~170 kg /t,插枪管理严格,在大修前风口小套并☆未出现内壁磨损迹象。对高炉风口损坏情况的调研后发现,损坏风口对应的煤枪出现了弯曲变形,并向就算没有大阵下倾斜,见图2,煤枪出口偏离风口中心线,推测煤ω粉轨迹发生了变化,并摩擦到风地步口内壁。

                图片1 

                图片2 

                2 风口磨损原因分析

                2. 1 煤枪变形对煤粉轨迹的影响

                根据现场调研结果,磨损风口的煤枪均出现▃变形,煤枪下周围倾约 5° ~ 10°,推测煤ω 枪变形导致煤粉轨迹偏移,摩擦到了风口小套内表面,造成磨损。因此,对煤粉在风口内的运动轨迹进⊙行了模拟,使用 ANSYS FLUENT 商业软件,采用连续性方程、标准 k-ε 湍流模型和 DPM 模型,分别计算了煤枪出口和风口中卐心线重合、煤枪出口下※倾 7° 时煤粉的〓运动轨迹以及风口内壁的磨损情况。控制方程为:

                连续性方程:

                图片3 

                式中: k 是湍流动能; ε 是湍流动能扩散; Gk 是由层流速度梯度【而产生的湍流动能; Gb 是由浮力陡然疯狂转动了起来产生的湍流动能; YM 是在可压缩湍流中,过渡的扩散产生的波动; C、C、C是常量; σk 和 σε 是 k方程和 ε 方程的湍流普朗特数; Sk 和 Sε 是用户定义的源项。

                DPM 模型:

                图片4 

                式中: FD( u- up ) 是颗粒的单位质量曳力; u 是流※体相速度; u是颗粒速度; ρ 是流体密度; ρp 是颗粒堆密度; dp 是∑ 颗粒直径。

                边界条⊙件设为: 热风实际速度 230 m /s; 煤枪载气入口速度 8 m /s; 出口压力 0. 35 MPa; 残差10-3,气体〗为不可压缩流体。

                图片5 

                计算结♀果如图 3 所示,煤枪出口和风口中心线重合他们还没有死时,煤粉轨迹沿风口中心线周△围射出,未接触到风口内壁。煤枪偏离风◇口中心线 7°时,煤粉轨迹偏离风口中心线,并接触到风口内壁下部,存在磨损,这与︼高炉风口实际磨损情况相似。因此,认为风口小套内壁磨损①是由煤枪下倾变形引起的。

                图片6 

                2. 2 煤枪材质分析

                由图 2 可知,沙钢 2 500 m3高炉煤枪的枪头部位发生弯曲,弯曲处无磨损、烧损现象。煤枪材质为 SUS310S 耐热不锈四号到十号钢,和国内多数高炉所用煤枪◥的材质相同,正常操作◣时不会变形。但若钢管ω材质不合格,使煤枪耐高温性能下降,则∴可能引起煤枪受热变形,因此对沙钢 2 500 m3 高炉的煤枪进行了化学成分分析( ICP 法) ,分别分析了煤枪的所有人焊料▅、枪头及直段↘部分,结果如表2所示。由表2可见,沙钢 2500 m3 高炉煤枪的化学成分又是一道青色人影出现在云台之上合格。对煤枪的显微组织进行了金相和扫描电镜分析,未发现裂纹、翘皮等明显缺陷,如图 4 所示。

                图片7 

                2. 3 煤枪的冷却

                高炉煤枪长期处于 1 200 ℃ 的热风中,工作环境恶劣,主要依靠煤击杀那些仙君实力粉载气来冷却,输送煤粉的载气为氮气,不超过 100 ℃。通常载气流量决定了煤↑枪的冷却状况,若煤枪载气流量目光炯炯偏低,则会引起煤枪的冷】却不充分,导致过热变形。高炉经大修后,煤粉的载气流量没有变化,但调查发现,大修后为※了提高喷煤量,煤枪∞的内径由 13 mm 增加到了 26 mm,若载气流量没有变化,载气流速则降低到原来↘的 1 /4,煤枪的∑ 冷却受到影响。据此对大修前后不同载也不好叫对方起来气流速下,煤枪的温度场分布进行●了模拟计算。 计算模型㊣如图 5 所示。采他在静静用流固耦合方式,模型外侧为固体( 煤枪) ,材质为不锈钢; 内侧为流体△( 载气) ,为氮气。模型煤枪长度为 1 m,厚度为 4. 5 mm,内径分别为 13 和 26 mm。计算使用 ANSYS FLUENT 软件,数学模型包括连续性方程( 式( 1) ) 、标准 k-ε 湍流模型( 式( 2) ~ 式( 3) ) 和能量方○程[7]( 式( 5) ) :

                图片8 

                式中: keff是有效热传导系数; Jj’是组分 j’的扩散通量。

                方程( 5) 右侧的前 3 项分别描述了热传ㄨ导、组分扩散和粘性耗『散带来的能量输运。Sh 包括了化学反应热以及用户定义的体积热源项。

                图片9 

                模型参数和实际高炉操作参数一致,边界条件设定♀为:

                ( 1) 氮气的入口温度为 353 K;

                ( 2) 热风点了点头温度为 1 473 K;

                ( 3) 氮气∩流速分别为 30 和 7. 5 m /s;

                ( 4) 煤枪外壁与热风之间的热交换系数由迪 贝斯-贝尔特公式计算得出:

                图片10 

                式中: λ 是热∞风导热系数; d 是风口内径; Re 是雷诺 数; Pr 是普朗特↘数; ρ 是热瞬间就朝风密度; u 是实际风速; l 是风口内径; μ 是热风的动力粘卐度; Cp 是热风的比热 容。

                计算所取物性参数( 1 200 ℃) 如表3 所示。

                图片11 

                计算结果如图 6 所示,载气流量不变,煤枪直径为 13 mm 时,载气流速为 30 m /s,煤枪温度※约1 000 K; 当煤枪直径联手增大至 26 mm 时,载气流速→下降至 7. 5 m /s,煤枪温度提高至 1 200 K 左右。这说明决定煤枪冷却状况的主要因素为载⌒气流速。煤枪直径增大神铁后,若载╱气流量不变,流速减小,煤△枪的冷却减弱。由于 SUS310S 不锈钢的软化温度约 1 123 K,由以上计算※结果可知,煤枪直径增大后,枪体㊣ 的温度高于其软化温度,因此易发〗生过热变形。

                图片12 

                煤粉载气流量不就算是绝世天才变,煤枪直增大●后,载气流速降低,是造成煤¤枪冷却不足、受热变形的主要原因。煤枪过热变『形,直接导致煤枪出】口偏离风口中心线,造成风口内壁磨损。

                2. 4 措施

                经化¤学分析和数值模拟,发现在材质ξ合格、煤粉流量一定的前提下,造成煤枪变形〓的主要原因是煤枪内径增大后,载气流速过低,冷却不足,煤枪温︽度过高,超过了该材料的软化温度,导致煤枪过热变形。因此提出改进☉建议:

                (1))提高输粉的神魂载气流量,使煤枪温度低于软化温度。

                (2) 更〗换煤枪材料,使用更高级别的耐热金墨麒麟看着周围属材料。

                对沙钢 2 500 m高炉采取了第( 1) 种措施,即提高载气流量,增强煤枪的冷却,结果当月变形煤好枪的数量大幅度降低,风口磨损也随后直接朝外面飞速窜了出去得到了明显改善。

                3 结论

                沙钢 2 500 m3高炉风口磨损是由煤粉轨迹偏离风口中心线、摩擦风口内壁所引起的,而煤枪过热变形是导致煤粉轨迹偏离▓中心线的主要原因。经数值模拟计算得出,煤枪变形的主要原因是煤粉载气流【量偏小、煤枪冷却不足。提高煤粉载气流量后,煤枪变形明显减「小,风口小套内壁磨损得到解决。

                参考文献

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