本發(fā)明涉及非高爐煉鐵技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種COREX熔融氣化爐風(fēng)口回旋區(qū)長度的測定方法。

背景技術(shù)：

高爐煉鐵工藝有許多其它煉鐵設(shè)備無法比擬的優(yōu)點(diǎn)，如生產(chǎn)規(guī)模大、生產(chǎn)效率高、能耗低、使用壽命長、脫硫性能好以及適合于生產(chǎn)煉鋼鐵水等，因此到目前為止一直作為煉鐵的主要生產(chǎn)工藝。但是高爐煉鐵也存在很多不利因素，如投資規(guī)模大、環(huán)境污染嚴(yán)重、生產(chǎn)不靈活等，特別是其對焦炭生產(chǎn)嚴(yán)重依賴；隨著國家對環(huán)境保護(hù)要求的提高和焦煤資源的日益短缺，以不用或少用焦炭且低CO₂排放的非高爐煉鐵工藝日益得到重視，但是目前只有奧鋼聯(lián)開發(fā)的COREX工藝是熔融還原煉鐵工藝中唯一成功實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的新技術(shù)。

COREX煉鐵工藝的主要設(shè)備是預(yù)還原豎爐和熔融氣化爐，熔融氣化爐爐缸沿圓周方向設(shè)置多個(gè)風(fēng)口，用于向爐內(nèi)噴入常溫純氧，氧氣噴入熔融氣化爐后與半焦發(fā)生劇烈的燃燒反應(yīng)生成還原煤氣，因此熔融氣化爐風(fēng)口回旋區(qū)的形狀與尺寸是決定COREX爐冶煉工藝順行與否的重要因素。

國內(nèi)外的科技工作者對高爐風(fēng)口回旋區(qū)進(jìn)行了大量的研究，其中對于回旋區(qū)長度的測定方法有很多，如采用微波發(fā)射天線，將微波信號自高爐風(fēng)口窺視孔發(fā)至高爐風(fēng)口內(nèi)回旋區(qū)，再通過微波發(fā)射天線接收回波信號，送微波變送器轉(zhuǎn)化后，再送微波信號處理器進(jìn)行處理，然后由顯示器接收并進(jìn)一步處理成像，最終獲得高爐風(fēng)口內(nèi)回旋區(qū)深度數(shù)據(jù)；或者通過三維成像計(jì)算機(jī)將微波測量儀測得的距離數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)樽鴺?biāo)數(shù)據(jù)，并根據(jù)坐標(biāo)數(shù)據(jù)擬合成區(qū)內(nèi)死料柱的三維圖像，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對高爐回旋區(qū)深度的測量。但到目前為止，針對COREX熔融氣化爐風(fēng)口回旋區(qū)的研究還很少，對其回旋區(qū)長度的測量方法更是鮮有報(bào)道；且上述方法中采用的設(shè)備通常較昂貴，高爐生產(chǎn)中也較少配備。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種COREX熔融氣化爐風(fēng)口回旋區(qū)長度的測定方法，通過測量風(fēng)口焦炭試樣的空隙度來推算COREX熔融氣化爐回旋區(qū)長度，方法簡單易行，準(zhǔn)確可靠，可作為判定COREX熔融氣化爐爐況的依據(jù)。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種COREX熔融氣化爐風(fēng)口回旋區(qū)長度的測定方法，包括如下步驟：

1)取樣；在COREX熔融氣化爐風(fēng)口中心平面上，沿COREX熔融氣化爐的徑向，自風(fēng)口至COREX熔融氣化爐中心不同位置通過風(fēng)口取樣器分別取風(fēng)口焦炭試樣，并將所取得的風(fēng)口焦炭試樣進(jìn)行編號；

2)計(jì)算不同位置風(fēng)口焦炭試樣的空隙度，風(fēng)口焦炭試樣的空隙度是指全部粒度的空隙度；

3)以取樣點(diǎn)距風(fēng)口的距離為橫坐標(biāo)，以風(fēng)口焦炭試樣的空隙度為縱坐標(biāo)，繪制坐標(biāo)圖；

4)步驟3)所繪制的坐標(biāo)圖中，風(fēng)口焦炭試樣的空隙度存在一個(gè)突變點(diǎn)，該突變點(diǎn)對應(yīng)位置與風(fēng)口之間的距離即為COREX熔融氣化爐風(fēng)口回旋區(qū)長度；具體計(jì)算方法為：

由坐標(biāo)圖中空隙度的突變點(diǎn)確定其所對應(yīng)的取樣點(diǎn)位置，該位置是風(fēng)口取樣器上對應(yīng)取樣槽的縱向中心位置；將空隙度突變點(diǎn)對應(yīng)的取樣點(diǎn)位置加上1/2取樣槽長度，即為COREX熔融氣化爐風(fēng)口回旋區(qū)長度。

所述風(fēng)口焦炭試樣空隙度的具體測定方法如下：

1)在測定風(fēng)口焦炭試樣空隙度前，先將其進(jìn)行篩分，選擇其中粒度≥2.5mm的焦炭顆粒組成焦炭試樣，焦炭試樣在水中浸泡24h以上，使焦炭試樣中焦炭的氣孔中完全充滿水；具體步驟如下：

(1)測定量器體積；

將托盤放在天平上，清零；首先稱得量器的重量；然后將量器加滿水后，稱得量器和水的重量；兩次重量之差除以水的密度，即得量器的體積；

根據(jù)量器重量m_量、加滿水的量器重量m_滿和水的比重ρ_水，計(jì)算量器體積：

(2)測定焦炭體積、空隙體積；

將浸泡后的焦炭試樣瀝干后，裝入量器中并壓實(shí)，記錄裝有焦炭試樣的量器重量m_a；向裝有焦炭試樣的量器中加水至剛好淹沒全部焦炭試樣，記錄此時(shí)的量器重量m_b；根據(jù)V_量、m_a、m_b，計(jì)算焦炭試樣顆粒間隙所占體積：

向量器中繼續(xù)加水直至加滿，記錄此時(shí)的量器重量m_c；根據(jù)V_量、m_a和m_c，計(jì)算焦炭試樣體積：

根據(jù)V_空和V_焦，計(jì)算焦炭試樣即粒度≥2.5mm的風(fēng)口焦炭顆粒的空隙度ε_測定：

(3)計(jì)算風(fēng)口焦炭試樣全部粒度的空隙度；

計(jì)算風(fēng)口焦炭試樣全部粒度的空隙度時(shí)，需要考慮粒度＜2.5mm焦炭顆粒的影響，因此，風(fēng)口焦炭試樣全部粒度的空隙度ε計(jì)算如下：

ε_{計(jì)算的全部顆粒}＝(1-χ％)×ε_測定--公式5

式中，ε_{計(jì)算的全部顆粒}表示風(fēng)口焦炭試樣全部粒度的空隙度；χ％表示粒度＜2.5mm焦炭顆粒的百分含量。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

1)測定方法簡單，操作方便，易于實(shí)施；

2)測定結(jié)果準(zhǔn)確可靠，可作為判定COREX熔融氣化爐生產(chǎn)是否順行的依據(jù)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明所述取樣過程的示意圖。

圖2是本發(fā)明實(shí)施例中的坐標(biāo)圖。

圖中：1.COREX熔融氣化爐 2.風(fēng)口 3.風(fēng)口取樣槽 4.取樣槽

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步說明：

本發(fā)明所述一種COREX熔融氣化爐風(fēng)口回旋區(qū)長度的測定方法，包括如下步驟：

1)取樣；如圖1所示，在COREX熔融氣化爐風(fēng)口2中心平面上，沿COREX熔融氣化爐1的徑向，自風(fēng)口2至COREX熔融氣化爐1中心不同位置通過風(fēng)口取樣器3分別取風(fēng)口焦炭試樣，并將所取得的風(fēng)口焦炭試樣進(jìn)行編號；

2)計(jì)算不同位置風(fēng)口焦炭試樣的空隙度，風(fēng)口焦炭試樣的空隙度是指全部粒度的空隙度；

3)以取樣點(diǎn)距風(fēng)口的距離為橫坐標(biāo)，以風(fēng)口焦炭試樣的空隙度為縱坐標(biāo)，繪制坐標(biāo)圖；

4)步驟3)所繪制的坐標(biāo)圖中，風(fēng)口焦炭試樣的空隙度存在一個(gè)突變點(diǎn)，該突變點(diǎn)對應(yīng)位置與風(fēng)口2之間的距離即為COREX熔融氣化爐風(fēng)口回旋區(qū)長度；具體計(jì)算方法為：

由坐標(biāo)圖中空隙度的突變點(diǎn)確定其所對應(yīng)的取樣點(diǎn)位置，該位置是風(fēng)口取樣器3上對應(yīng)取樣槽4的縱向中心位置；將空隙度突變點(diǎn)對應(yīng)的取樣點(diǎn)位置加上1/2取樣槽4長度，即為COREX熔融氣化爐風(fēng)口回旋區(qū)長度。

所述風(fēng)口焦炭試樣空隙度的具體測定方法如下：

1)在測定風(fēng)口焦炭試樣空隙度前，先將其進(jìn)行篩分，選擇其中粒度≥2.5mm的焦炭顆粒組成焦炭試樣，焦炭試樣在水中浸泡24h以上，使焦炭試樣中焦炭的氣孔中完全充滿水；具體步驟如下：

(1)測定量器體積；

將托盤放在天平上，清零；首先稱得量器的重量；然后將量器加滿水后，稱得量器和水的重量；兩次重量之差除以水的密度，即得量器的體積；

根據(jù)量器重量m_量、加滿水的量器重量m_滿和水的比重ρ_水，計(jì)算量器體積：

(2)測定焦炭體積、空隙體積；

將浸泡后的焦炭試樣瀝干后，裝入量器中并壓實(shí)，記錄裝有焦炭試樣的量器重量m_a；向裝有焦炭試樣的量器中加水至剛好淹沒全部焦炭試樣，記錄此時(shí)的量器重量m_b；根據(jù)V_量、m_a、m_b，計(jì)算焦炭試樣顆粒間隙所占體積：

向量器中繼續(xù)加水直至加滿，記錄此時(shí)的量器重量m_c；根據(jù)V_量、m_a和m_c，計(jì)算焦炭試樣體積：

根據(jù)V_空和V_焦，計(jì)算焦炭試樣即粒度≥2.5mm的風(fēng)口焦炭顆粒的空隙度ε_測定：

(3)計(jì)算風(fēng)口焦炭試樣全部粒度的空隙度；

計(jì)算風(fēng)口焦炭試樣全部粒度的空隙度時(shí)，需要考慮粒度＜2.5mm焦炭顆粒的影響，因此，風(fēng)口焦炭試樣全部粒度的空隙度ε計(jì)算如下：

ε_{計(jì)算的全部顆粒}＝(1-χ％)×ε_測定--公式5

式中，ε_{計(jì)算的全部顆粒}表示風(fēng)口焦炭試樣全部粒度的空隙度；χ％表示粒度＜2.5mm焦炭顆粒的百分含量。

以下實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。下述實(shí)施例中所用方法如無特別說明均為常規(guī)方法。

【實(shí)施例】

如圖1所示，本實(shí)施例中，取樣過程是在COREX熔融氣化爐風(fēng)口2中心平面上，沿COREX熔融氣化爐1的徑向，自風(fēng)口2至COREX熔融氣化爐1中心采用風(fēng)口取樣器3進(jìn)行取樣，風(fēng)口取樣器采用寶鋼研制的風(fēng)口取樣機(jī)，其取樣端為管狀，其上沿縱向設(shè)有多個(gè)取樣槽4，可一次對多個(gè)取樣點(diǎn)進(jìn)行取樣；取樣槽4的長度為L。

本實(shí)施例中，所取得的5組風(fēng)口焦炭試樣依次編號為1#～5#，對應(yīng)的取樣點(diǎn)距風(fēng)口距離分別為S₁＝0.25m；S₂＝0.75m；S₃＝1.25m；S₄＝1.75m；S₅＝2.25m。

按本發(fā)明所述方法計(jì)算5組風(fēng)口焦炭試樣的全部粒度的空隙度，計(jì)算結(jié)果見下表：

風(fēng)口焦炭試樣的空隙度測定是依據(jù)阿基米德原理，在已知容器體積中，由所加入風(fēng)口焦炭試樣排除同體積水確定其比重和空隙度。

焦炭顆粒表面有一定的孔隙，從爐頂加入后到達(dá)風(fēng)口前的過程中，焦炭表面孔隙度變小。由于空隙度測定過程中粒度＜2.5mm焦炭顆粒會(huì)飄在水面上隨水一同流失掉，另外可能發(fā)生“和泥”現(xiàn)象，因此在測定過程中只選擇最小粒度為2.5mm的焦炭顆粒組成焦炭試樣。但是由于粒度＜2.5mm的焦炭顆粒中含有較多的細(xì)粉末，可以將焦炭顆粒之間的空隙幾乎完全填滿，使得粒度＜2.5mm的焦炭顆粒中幾乎沒有空隙，從而對爐況造成較大影響。因此，風(fēng)口焦炭試樣空隙度的測定仍然要考慮粒度＜2.5mm的焦炭顆粒的影響，這也是規(guī)定風(fēng)口焦炭試樣空隙度為全部粒度空隙度的原因。

以取樣點(diǎn)距風(fēng)口的距離為橫坐標(biāo)，以風(fēng)口焦炭試樣的空隙度為縱坐標(biāo)，繪制坐標(biāo)圖如圖2所示；

從坐標(biāo)圖中可以看出，S₁對應(yīng)坐標(biāo)點(diǎn)與S₂對應(yīng)坐標(biāo)點(diǎn)的連線為一條接近水平的直線，S₃對應(yīng)坐標(biāo)點(diǎn)與S₄、S₅對應(yīng)坐標(biāo)點(diǎn)的連線也近似于一條水平的直線，而S₂對應(yīng)坐標(biāo)點(diǎn)與S₃對應(yīng)坐標(biāo)點(diǎn)之間存在較大落差，即2#風(fēng)口焦炭試樣與3#風(fēng)口焦炭試樣之間出現(xiàn)了明顯的突變點(diǎn)，表明風(fēng)口焦炭試樣中的焦炭空隙度發(fā)生了突變。這是由于焦炭在COREX熔融氣化爐1內(nèi)距離風(fēng)口2位置不同，其受氧氣噴吹及與氧發(fā)生反應(yīng)的程度不同導(dǎo)致焦炭的空隙度存在差異。該突變點(diǎn)的測定精度由風(fēng)口取樣器的取樣精度決定。

本實(shí)施例中，2#風(fēng)口焦炭試樣對應(yīng)的取樣點(diǎn)距離風(fēng)口S₂＝0.75m，取樣槽4長度L為0.30m,因此本實(shí)施例中COREX熔融氣化爐風(fēng)口回旋區(qū)長度為：

S₂+L/2＝(0.75+0.15)m＝0.90m。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。