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激波稳定风量的新型高炉风口理论与实验研究VCD机芯

发布时间:2022-07-28 23:39:05 来源:罗田五金网

激波稳定风量的新型高炉风口理论与实验研究

激波稳定风量的新型高炉风口理论与实验研究 2011年12月09日 来源: THEORETICAL AND EXPERIMENTAL STUDY ON A NEWTYPE AIR VENT OF BLAST FURNACE WITH WIND RATESTABILIZED BY SHOCK WAVELiu Hengquan Chi Guangjun Zhao Guopeng Xu Guanghui Shang Shinan(Research Center for Chemical Engineering,Anshan Institute of Iron and Steel Technology)Abstract:A new type air vent of blast furnace is designed through research and analysis on pneumatics theory.The results show that the air vent can automatically adjust and resist surge of furnace back pressure by utilizing shock wave.Therefore,stabilizing air feed and stabilizing the operation of blast furnace are achieved.This air vent will become a renewed facility of iron-smelting industry.Keywords:an air vent of blast furnace shock wave supersonic speed balancing wind rate  目前,国内外炼铁行业采用的高炉送风装置,尽管在材质、制造工艺及其衔接方式等方面有了很大的提高,但是在内型结构上改进不大。就风口的内型结构而言,现在绝大多数是收缩型的。这种传统型的高炉风口的鼓风量不仅取决于风机的鼓风能力,而且还受炉内压力波动的影响,在风机能力一定时,风量也要随炉内压力波动而变化。  为适应炼铁工艺技术水平不断提高的要求,中外冶金工作者进行了一些有益的研究,宝钢炼铁厂为实现高强度的冶炼操作,在高炉送风系统设计中,采用了在送风支管的A-2管内浇注成文丘里管的结构,以测量送风支管的送风量。日本根据高炉喷煤的实际也在研究开发含有氧-煤燃烧器的高炉风口,我国冶金工作者也在研究适合大能力喷煤的长寿风口。  为真正充分开发送风装置的功能,既保证恒定平稳均匀地送风,又能热态计量,实现热调热控。鞍山钢铁学院经过两年的基础理论和实验研究,利用气体力学的等熵原理〔1〕,设计了一种新型送风装置,在内型结构上有别于传统风口的内型。实验结果表明:高炉炉内压力在一定范围内波动时,这种新型的送风装置能利用激波自动调节并抵制炉内压力的波动,使风量恒定,进而实现稳定供风,稳定高炉的操作。该种送风装置将成为炼铁行业高炉风口更新换代的新设备。1 基础理论研究与分析1.1 亚音速流与超音速流间的区别  气体力学研究表明,气体在流出时按其流出速度可分为亚音速(或音速)流和超音速流两种情况〔2〕。  两种气体在流动状态上,由于M(马赫数)不同、气体流速W、压力P、密度ρ、温度T的变化规律有明显不同。  从本文研究的目的出发,我们关心的是两种流动状态下,气体通过喷嘴流出时,其流量变化的不同。  亚音速气体流量V可按下述公式计算: (1)式中 P0——原始压力(或供风压力)   P——出口压力(可视为炉内压力或反压室压力)   F出——喷嘴出口断面面积   μ——流量系数   r——气体重度   g——重力加速度  从(1)式可看出,在喷嘴几何尺寸和温度T一定时,F出、T、μ、r均为定数,g为常数,气体流量V取决于喷嘴前后的压差(P0-P),即使原始供风压力P0不变,当出口压力P(可视为炉内压力或反压室压力)有变化时,气体流量V也随其变化而改变。传统的高炉风口绝大多数是收缩型,属亚音速喷嘴,因而,每个高炉风口的风量随炉内压力的波动而改变。  超音速气体流量可按下述公式计算: (2)式中 0.4——常数(空气介质)   μ——流量系数   F临——临界截面积   P0——原始压力(或供风压力)   T0——滞止温度  从(2)式可看出,在喷嘴几何尺寸和温度T0一定的情况下,F临、T0、μ均为定数,g为常数,气体流量V仅取决于原始压力P0,这是超音速气流在超音速喷嘴中流出的一个重要特点。高炉风口如采用超音速喷嘴,在供风压力P0不变的情况下,风口的风量应该是恒定的。1.2 激波的产生及其对流量的影响  开发和设计新型的高炉风口时,还必需考虑超音速气流在前进过程中,受到炉内压力的波动和障碍物(炉料)的影响而产生激波的情况。激波出现后,激波后的气体变成亚音速流,激波前仍为超音速流,由于气体流动的连续性,尽管激波后的气流变成了亚音速流,但只要激波前还存在超音速流,流量就与炉内压力无关,超音速高炉风口可在压力波动一定范围内流量保持不变,但并不是无限制的,究其原因,在于激波的位置和发展,它允许炉内压力波动有一最大值,即激波的位置移动到超音速风

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