高炉风口面积对冶炼的影响

高炉风口面积对冶炼的影响
胡玉清
昆钢炼铁厂技术科
摘要：通过对风口回旋区的形态、影响回旋区的因素、回旋区分布对煤气流的影响进行分
析和探讨，得出改变风口面积不会使各风口的速度产生差异，但是对风口流量的进行了重新分配，从而影响煤气流的分布。

正常生产情况下，风口面积不宜经常变动。

关键字：高炉；风口；回旋区；面积
引言
高炉调节手段包括上部调剂和下部调剂，调节合理的煤气流分布应上下部调剂相结合，调节风口面积是高炉下部调剂的重要手段[1]。

当出现中心过吹、边缘煤气流过弱，或在中心煤气流太弱、边缘过于发展时均要调节风口面积。

通常认为：当总送风量不变时，缩小风口面积，风口速度就增大，鼓风动能相应增加，有利于发展中心气流；反之，当增大风口面积时，风口速度就减小，鼓风动能就降低，有利于发展边缘气流。

但上述结论是在假设各风口流量不变的情况下得到的。

事实上，下部调剂通常只改变一个或几个风口的面积，但高炉送风系统是个连通器，这样热风流量就会根据风口面积进行重新分配，面积小的风口则流量小，面积大的风口则流量大，从而使各风口的流量不再均匀。

鼓风动能与风口速度及风量有关，抑止还是发展中心或边缘煤气流，不仅与鼓风动能大小(表征鼓风向炉缸中心穿透的能力)有关，还与风口风量(决定炉缸煤气量的多少)相关，这样上述结论是否会发生改变。

本文通过阐述风口面积与鼓风参数的关系，并结合生产实际，分析和讨论了高炉风口面积对冶炼的影响。

1、高炉的风口回旋区
鼓风离开风口时所具有的的速度和动能，吹动着风口前焦炭，形成一疏松且近似椭圆形的区间，焦炭在这个区间进行回旋运动和燃烧，这个回旋区间就是回旋区。

回旋区形状和大小，反映了风口进风状态，影响气流和温度的分布，以及炉缸的均匀活跃程度。

回旋区形状和大小适宜，则炉缸周向和径向的气流和温度分布也合理。

高炉冶炼要求回旋区有个适宜的深度，过大或过小将造成中心或边缘气流发展。

然而回旋区的形状与风速或鼓风动能有关，回旋区形状当鼓风量比较小时，回旋区穿透深度较高度增加快呈椭圆形，但是当风量增大到一定值时，回旋区高度快速增大，并大于回旋区穿透深度，回旋区的竖直对称面呈圆形，随着鼓风量的无限增加，在深度方向上由于颗粒的不断堆积，气流阻力不断增大，使运动的颗粒在水平方向上逐渐达到力的平衡，所以在水平方向上回旋区穿透深度的增大速度逐渐减小，并且由于风口气流的不断鼓入，促使气流沿轴向朝上运动，当气流速度达到一定值时，炉料随气流上浮，因而回旋区高度快速增大，变为长轴在竖直方向的椭球形，高炉炉况难行出现崩料、连续崩料、管道等现象[2]。

所以，高炉生产过程中鼓风量要适宜，且在鼓风量相同的情况下，随风口直径的增大，回旋区穿透深度逐渐减小。

鼓风量较小时风口直径对回旋区穿透深度的影响较大，鼓风量较大时风口直径对回旋区穿透深度的影响变小。

原因在于，风口直径增大而鼓风量不变时，鼓风速度减小，不利于回旋区穿透深度和高度的增大。

回旋
区的大小还与料层的粒径与密度有关，料层的粒径与密度比越大时形成的回旋区穿透深度越小，反之越大。

2、风口面积对高炉冶炼的影响
高炉调节手段包括上部调剂和下部调剂，调节合理的气流分布应上下部调剂相结合。

当炉缸工作状态不合理、高炉操作炉型不规则导致炉缸中心不活跃、煤气边缘过于发展或者煤气长期偏行等情况时，调节风口面积是下部调剂经常采取的方法。

一般认为：当总送风量不变时，缩小风口面积，风口速度就增大，鼓风动能相应增加，回旋区伸向中心，中心气流发展；反之，当增大风口面积时，风口速度就减小，鼓风动能就降低，回旋区相对靠近边缘，边缘气流发展。

但在实际生产中，风口调剂并不是所有的风口都进行跟换，而是根据高炉的需要进行几个或局部更换，此时的风口面积对炉内冶炼影响将和常理不再一样。

根据鼓风动能的方程式：
3
2
3
2
273
2
1
2
1
2
1
⎪
⎪
⎪
⎭
⎫
⎝
⎛
⎪⎪
⎭
⎫
⎝
⎛
=
⎪
⎪
⎪
⎭
⎫
⎝
⎛
=
=
∑
∑i
i
o
o
i
o
i
i
O
i
i
i
i s
v
p
Tp
s
s
V
s
v
m
Eρ
ρ，
我们可以看出影响鼓风动能的因数有质量和风速，条件恒定质量可以看成风量，即影响鼓风动能的因数有风量和风速，还可看出当总风量不变时，单个风口的鼓风动能正比于该风口的面积与风口总面积的三次方的比值；而所有风口的总鼓风动能与风口总面积的平方成反比[3]。

在高炉中，当总送风量不变时，减小一个或几个风口的直径，会使这些风口的风量减小，由于各风口的热风都从同一个总管流入，即总能量都相同，在风口处位能和静压都相同，因此各风口的速度增大，且增大相同值，即改变风口面积不会使各风口的速度产生差异。

其实质是调整风口面积是对风口流量的重新分配，而不是对速度的重新分配。

当总风量不变时，由于缩小一个或少数几个风口的截面积，所有风口的速度都增大，但缩小了面积的风口的流量也减小，因此缩小风口截面积的风口鼓风动能减小，气流趋于发展边缘，而其它风口的鼓风动能增加，气流趋于发展中心，高炉整体气流发展中心为主；反之，增大了截面积的风口鼓风动能增加，流趋于发展中心，其它的减小，气流趋于发展边缘，高炉整体气流发展边缘为主。

此外，各风口总的鼓风动能或者说平均鼓风动能的变化刚好相反，即缩小风口面积，总鼓风动能增加，发展中心气流；增大风口面积，总鼓风动能减小，发展边缘气流。

当热风总流量不变时，多个风口面积变化时情况有所不同，多个风口面积缩小时，面积不变的风口的鼓风动能比面积改变了的风口增加更多，反之，当多个风口面积增大对，面积不变的风口的鼓风动能比改变了的减少更多。

即调整风口面积，不仅会使面积变化了的风口鼓风参数发生改变，而且面积不变的风口的鼓风鼓风参数也会变化，而且改变得更多。

其实质是改变风口面积，会使总鼓风动能改变，且总鼓风动能根据各风口面积大小重薪分配。

这在实际操作中是不希望发生的，因此各风口的面积应尽量保持相同，面积变化不能过多。

3、实际生产中风口面积的使用
生产实践表明，在一定的冶炼条件下，每座高炉都有个适宜的冶炼强度和鼓风动能，进风面积主要由鼓风动能确定。

依据有以下方面：（1）原燃料强度提高，粒度均匀，粉沫和渣量少时，炉料透气性改善，则有可能接收较高鼓风动能和压差操作，否则相反。

（2）喷吹燃料使煤气体积增大，促使高炉边缘气流发展，应随煤比增加适当缩小风口面积等。

（3）高炉失常时，长期慢风操作而造成炉缸堆积，炉缸工作状态出现异常。

尽快消除失常，发展中心气流，活跃炉缸，应采取缩小风口面积或堵死部分风口措施。

（4）炉缸直径、风口数目都是确定风口进风面积依据。

风口直径已知鼓风动能时可用用下列公式进行计算：
风速风口数目总风量风口v n d 0.786V [4]
风口面积和长度对进风状态起着决定作用。

一般情况下，风口面积不宜经常变动，但是生产条件波动较大时，可根据波动因素的特点，进行风口面积调整。

风口布局的原则如下：
（1）炉墙结厚的部位应该用大风口，短风口；（2）铁口难以维护时，铁口两侧应该用小风口、长风口；（3）煤气流分布不均，炉料偏行时，下料快的方位应适当缩小风口面积；（4）炉缸工作不均匀时，进风少的区域应该选择大风口，增加进风量。

4、结论
（1）回旋区的形状与风速或鼓风动能有关，回旋区形状当鼓风量比较小时，回旋区穿透深度较高度增加快呈椭圆形，但是当风量增大到一定值时，回旋区高度快速增大，并大于回旋区穿透深度，回旋区的竖直对称面呈圆形，随着鼓风量的无限增加，在水平方向上回旋区穿透深度的增大速度逐渐减小，炉料随气流上浮，因而回旋区高度快速增大，变为长轴在竖直方向的椭球形。

（2）改变风口尺寸不会使各风口的速度产生差异，但是对风口流量的进行了重新分配，从而影响煤气流的分布。

（3）在实际生产中，当高炉送风量不变时，缩小一两个风口的面积之所以能抑止边缘气流，是缩小风口面积使其风量明显减少而导致回旋区产生煤气量明显减少所致。

缩小风口面积，不论一个或多个，都有利于抑止这些风口附近边缘气流，同时使其它风口的边缘和中心气流都有所增加；反之，增大一个或多个风口的面积，有利于促进这些风口附近边缘气流的发展，同时使其它风口的边缘和中心气流都减弱。

（4）在一定的冶炼条件下，每座高炉都有个适宜的冶炼强度和鼓风动能，一般情况下，风口面积不宜经常变动。

参考文献
[1] 周传典.高炉炼铁生产技术手册[M].北京：冶金工业出版社，2002．
[2] 张生富，温良英，白晨光,等．高炉风口回旋区影响因素的冷态试验分析[J]．重庆大学学报：自然科学版，2008，31(7)：804—808．
[3] 吴狄峰,程树森,赵宏博,王子金. 关于高炉风口面积调节方法的探讨[J]. 中国冶金:2007.12:55一59.
[4] B.N.JIiornhob 等.高炉风口的最佳参数[J]. 首钢科技:1989,8:20—28.。