一种用于确定高炉炉顶内的低粉尘区域的方法以及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种用于确定高炉炉顶内的低粉尘区域的方法以及装置。其中，所述方法包括：根据高炉炉顶内煤气流的特点以及结合高炉炉顶的实际环境做出的合理假定建立得到高炉炉顶煤气流流场模型；对高炉炉顶的粉尘进行受力分析，并结合所述高炉炉顶煤气流流场模型，建立得到高炉炉顶粉尘运动学模型；利用所述高炉炉顶粉尘运动学模型，对高炉炉顶内部的粉尘的运动轨迹进行数值模拟，得到高炉炉顶内的粉尘的分布规律；根据高炉炉顶内的粉尘的分布规律确定高炉炉顶内的低粉尘区域。通过本发明专利技术，对于一切避免高炉炉顶高粉尘区域、寻求低粉尘区域的炉顶操作具有非常重要的意义。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及高炉粉尘区域确定领域，具体地，涉及一种用于确定高炉炉顶内的低粉尘区域的方法以及装置。
技术介绍
高炉炼铁是钢铁冶炼过程的主流程工序之一，是一个连续生产过程。生产时，将含铁原料(烧结矿、球团矿)、燃料(焦炭等)及其辅助原料(石灰石等)按一定比例和布料周期分批送入高炉炉顶，焦炭和矿石形成分层分布，同时从高炉下部的风口吹入热风(1000－1300℃)、喷入油、煤或天然气等燃料，在高温下，利用炉料下降和煤气上升的相向运动，进行传热、还原、溶化、脱炭等过程而生成生铁，铁矿石中的杂质、焦炭及喷吹物中的灰分与加入炉内的石灰石等熔剂结合成渣，生成的铁水和渣由高炉底部的铁水沟排出，过剩的高炉煤气从炉顶导出，作为工业用煤气。显然，由于高炉下部鼓风、炉顶布料和内部压差的作用，高炉顶部的煤气中含有大量粉尘。某大型高炉炉顶十字测温装置以十字型方式安装在高炉炉喉或封罩上，用于测量高炉炉内料面煤气温度，但是由于受到高炉炉顶粉尘的影响，工作一个月后十字测温仪上会覆盖上一层厚厚的结痂，严重影响十字测温仪的检测精度与十字测温仪的使用寿命。某大型高炉红外摄像仪安装在高炉炉顶，但是受到粉尘的影响，成像不清晰，可以拍出来高炉炉顶布料溜槽是否在布料，但是几乎不能拍到料面。工程实际中很多领域，对粉尘的分布规律都有相关研究，但是对于高炉炉顶粉尘分布的规律几乎没有相关方面的研究。而针对高炉检测领域，检测装置安装在高炉炉顶，尤其对于粉尘敏感的检测装置，获取准确的高炉炉顶粉尘分布规律对日后高炉检测装置的安装以及
分布具有重要的指导意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种用于确定高炉炉顶内的低粉尘区域的方法以及装置。其中，所述方法确定的高炉炉顶内的低粉尘区域对于高炉炉顶设备的安装具有重要的指导意义，尤其是为了确定能回避高炉炉顶内的高粉尘区域的安装位置。为了实现上述目的，本专利技术提供一种用于确定高炉炉顶内的低粉尘区域的方法。所述方法包括：根据高炉炉顶内煤气流的特点以及结合高炉炉顶的实际环境做出的合理假定建立得到高炉炉顶煤气流流场模型；对高炉炉顶的粉尘进行受力分析，并结合所述高炉炉顶煤气流流场模型，建立得到高炉炉顶粉尘运动学模型；利用所述高炉炉顶粉尘运动学模型，对高炉炉顶内部的粉尘的运动轨迹进行数值模拟，得到高炉炉顶内的粉尘的分布规律；根据高炉炉顶内的粉尘的分布规律确定高炉炉顶内的低粉尘区域。可选地，所述根据高炉炉顶内煤气流的特点以及结合高炉炉顶的实际环境做出的合理假定建立得到高炉炉顶煤气流流场模型之前，所述方法还包括：建立以高炉炉顶的料面中点为坐标原点，竖直方向为Z轴方向，水平面上平行高炉炉顶的正剖面的方向为X轴方向，垂直于高炉炉顶的正剖面的方向为Y轴方向的三维坐标系。可选地，所述高炉炉顶煤气流流场模型为： υ g = ( 1 - A | s i n ( π T ) t | ) ( - υ max R 2 ( x 2 + y 2 ) + υ m a x ) ]]>其中，υg表示高炉炉顶内料面平面上煤气流的流速大小，A表示脉动振幅，A＝5％，T表示煤气流的脉动周期，R表示料面平面的
半径，R＝4.15m，υmax表示料面平面上煤气流的最大流速，υmax＝3.7m/s，t表示某一时刻，x表示料面平面上任意一点的横坐标，y表示料面平面上任意一点的纵坐标。可选地，所述高炉炉顶粉尘运动学模型为： x p n + 1 = x p n + ( a x τ p f + u g n ) Δ t + τ p ( u p n - u g n - a x τ p f ) ( 1 - exp ( - f Δ t τ p ) ) ]]> y p n + 1 = y p n + ( a y τ p f + w g n ) Δ t + τ p 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于确定高炉炉顶内的低粉尘区域的方法，其特征在于，所述方法包括：根据高炉炉顶内煤气流的特点以及结合高炉炉顶的实际环境做出的合理假定建立得到高炉炉顶煤气流流场模型；对高炉炉顶的粉尘进行受力分析，并结合所述高炉炉顶煤气流流场模型，建立得到高炉炉顶粉尘运动学模型；利用所述高炉炉顶粉尘运动学模型，对高炉炉顶内部的粉尘的运动轨迹进行数值模拟，得到高炉炉顶内的粉尘的分布规律；根据高炉炉顶内的粉尘的分布规律确定高炉炉顶内的低粉尘区域。

【技术特征摘要】
1.一种用于确定高炉炉顶内的低粉尘区域的方法，其特征在于，所述方法包括：根据高炉炉顶内煤气流的特点以及结合高炉炉顶的实际环境做出的合理假定建立得到高炉炉顶煤气流流场模型；对高炉炉顶的粉尘进行受力分析，并结合所述高炉炉顶煤气流流场模型，建立得到高炉炉顶粉尘运动学模型；利用所述高炉炉顶粉尘运动学模型，对高炉炉顶内部的粉尘的运动轨迹进行数值模拟，得到高炉炉顶内的粉尘的分布规律；根据高炉炉顶内的粉尘的分布规律确定高炉炉顶内的低粉尘区域。2.根据权利要求1所述的用于确定高炉炉顶内的低粉尘区域的方法，其特征在于，所述根据高炉炉顶内煤气流的特点以及结合高炉炉顶的实际环境做出的合理假定建立得到高炉炉顶煤气流流场模型之前，所述方法还包括：建立以高炉炉顶的料面中点为坐标原点，竖直方向为Z轴方向，水平面上平行高炉炉顶的正剖面的方向为X轴方向，垂直于高炉炉顶的正剖面的方向为Y轴方向的三维坐标系。3.根据权利要求1所述的用于确定高炉炉顶内的低粉尘区域的方法，其特征在于，所述高炉炉顶煤气流流场模型为： υ g = ( 1 - A | s i n ( π T ) t | ) ( - υ max R 2 ( x 2 + y 2 ) + υ m a x ) ]]>其中，υg表示高炉炉顶内料面平面上煤气流的流速大小，A表示脉动振幅，A＝5％，T表示煤气流的脉动周期，R表示料面平面的半径，R＝4.15m，υmax表示料面平面上煤气流的最大流速，υmax＝3.7m/s，t表示某一时刻，x表示料面平面上任意一点的横坐标，y表示料面平面上任意一点的纵坐标。4.根据权利要求1所述的用于确定高炉炉顶内的低粉尘区域的方法，其特征在于，所述高炉炉顶粉尘运动学模型为： x p n + 1 = x p n + ( a x τ p f + u g n ) Δ t + τ p ( u p n - u g n - a x τ p f ) ( 1 - exp ( - f Δ t τ p ) ) ]]> y p n + 1 = y p n + ( a y τ p f + w g n ) Δ t + τ p ( w p n - w g n - a y τ p f ) ( 1 - exp ( - f Δ t τ p ) ) ]]> z p n + 1 = z p n + ( a y τ p f + z g n ) Δ t + τ p ( z p n - z g n - a z τ p f ) ( 1 - exp ( - f Δ t τ p ) ) ]]>其中，xp表示粉尘颗粒在X轴方向上的位移分量，ax表示粉尘颗粒在X轴方向上的加速度分量，τp表示粉尘颗粒的松弛时间，f表示粉尘颗粒的阻力修正因子，ug表示煤气流在X轴方向上的速度分量，Δt表示预设时间段，up表示粉尘颗粒在X轴方向上的速度分量，yp表示粉尘颗粒在Y轴方向上的位移分量，ay表示粉尘颗粒在Y轴方向上的加速度分量，wg表示煤气流在Y轴方向上的速度分量，wp表示粉尘颗粒在Y轴方向上的速度分量，zp表示粉尘颗粒在Z轴方向上的位移分量，zg表示煤气流在Z轴方向上的速度分量，zp表示粉尘颗粒在Z轴方向上的速度分量，az表示粉尘颗粒在Z轴方向上的加速度分量，n表示常数。5.根据权利要求1所述的用于确定高炉炉顶内的低粉尘区域的方法，其特征在于，所述利用所述高炉炉顶粉尘运动学模型，对高炉炉顶内部的粉尘的运动轨迹进行数值模拟，得到高炉炉顶内的粉尘的分布规律，包括：利用所述高炉炉顶粉尘运动学模型，对位于高炉炉顶布料区域的布料粉尘源产生的粉尘进行数值模拟，得到位于高炉炉顶布料区域的布料粉尘源产生的粉尘的第一分布规律；利用所述高炉炉顶粉尘运动学模型，对位于高炉炉顶料面区域的料面粉尘源产生的粉尘进行数值模拟，得到位于高炉炉顶料面区域的料面粉尘源产生的粉尘的第二分布规律；分析高炉布料料流对所述第一分布规律和所...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋朝辉，肖精灵，桂卫华，陈致蓬，阳春华，谢永芳，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43