低過(guò)熱度澆注的中間包烘烤技術(shù)優(yōu)化

□喬 燕

一、研究背景

在鋼水運(yùn)轉(zhuǎn)中有一個(gè)至關(guān)重要的工具——中間包，中間包是用來(lái)盛鋼水的貯運(yùn)罐，它在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中主要起貯存、保溫等功效。所以說(shuō)完善中間包烘烤制度，對(duì)于鋼鐵行業(yè)節(jié)能生產(chǎn)有著重要的意義。

濟(jì)鋼第一煉鋼廠的展軍［1］等人通過(guò)不懈努力，改造了連鑄機(jī)中間包烘烤工藝。劉學(xué)君［2］等人改進(jìn)了本鋼一期連鑄引進(jìn)的中間包烘烤裝置。歐儉平［4，5，6］在鋼包的烘烤過(guò)程運(yùn)用了高溫空氣燃燒技術(shù)，并且還對(duì)蓄熱式鋼包烘烤過(guò)程進(jìn)行了數(shù)值模擬，詳細(xì)探討了高溫空氣燃燒技術(shù)的燃燒特性。因此，本文探討的重點(diǎn)是如何使中間包烘烤工藝達(dá)到最好的效果。

二、研究?jī)?nèi)容

目前，烘烤工藝依然存在烘烤時(shí)間長(zhǎng)、烘烤溫度均勻性差、烘烤效率低等問(wèn)題，針對(duì)這些問(wèn)題建立了中間包烘烤數(shù)學(xué)模型，對(duì)中間包烘烤過(guò)程進(jìn)行了瞬態(tài)模擬，使用的軟件是STAR-CD這類商業(yè)數(shù)值模擬軟件，將新設(shè)計(jì)的72分鐘烘烤方案與傳統(tǒng)120分鐘方案進(jìn)行了對(duì)比，并通過(guò)模擬得以驗(yàn)證。

三、中間包烘烤幾何模型的尺寸及邊界條件

兩流連鑄中間包被選為本模型的研究對(duì)象，并且對(duì)其進(jìn)行數(shù)值模擬，圖1是中間包的形狀和尺寸:

圖1 中間包的形狀和尺寸

入口部分使用的是Dirichlet邊界條件，入口速度可以直接設(shè)定，煤氣流量和空氣流量都是標(biāo)準(zhǔn)狀下流量，計(jì)算時(shí)需將其用理想氣體方程換算為相應(yīng)溫度下的流量。采用燃?xì)鉃檗D(zhuǎn)爐煤氣，其熱值為7，413kJ/m3，空氣過(guò)剩系數(shù)為1.1，環(huán)境壓力101.325kPa，計(jì)算區(qū)域的初始速度為0，初始溫度為293K，燃料和空氣預(yù)熱溫度為1，273K，轉(zhuǎn)爐煤氣主要成分有:60.2%的一氧化碳，14.6%的二氧化碳，1.3%的氫氣，18.%的氮?dú)猓?.2%的氧氣，5.7%的水蒸氣。

蓄熱式中間包的燒嘴是成對(duì)布置的，煤氣入口的尺寸是220×110毫米，空氣入口的尺寸是280×150毫米，空氣與煤氣入口的距離是427.5毫米，入口與出口間的尺寸是957.0毫米，換向周期是3分鐘。

中間包內(nèi)襯按導(dǎo)熱固體邊界條件進(jìn)行處理，燃料和空氣預(yù)熱溫度為1，273K，表面黑度為0.8，中間包外表面設(shè)定固定溫度353K，近壁面采用壁面函數(shù)法加以求解，包襯內(nèi)無(wú)熱源，溫度變化由包襯材料的導(dǎo)熱系數(shù)確定。

出口的部分使用標(biāo)準(zhǔn)邊界條件，速度、溫度和組分為充分發(fā)展的狀態(tài)。

四、中間包烘烤終點(diǎn)結(jié)果分析

圖2 烘烤終點(diǎn)包底溫度分布圖

圖3 烘烤終點(diǎn)寬包壁溫度分布圖

圖4 烘烤終點(diǎn)窄包壁溫度分布圖

圖2為中間包烘烤結(jié)束時(shí)包底溫度分布圖。通過(guò)烘烤終點(diǎn)包底溫度分布可以看出，三幅溫度分布圖的燃燒軌跡非常相似，并且溫度最高、分布最均勻的位置是在中間包底部，之所以會(huì)這樣主要有兩方面的原因:一是直接接觸火焰外焰的是中間包底部，而烘烤時(shí)主要靠火焰的外焰進(jìn)行加熱，所以烘烤效果最好;二是包底溫度分布更為均勻主要是受包底強(qiáng)烈的煙氣回流作用影響。

寬包壁溫度分布圖(達(dá)到烘烤終點(diǎn)時(shí))見(jiàn)圖3，圖上只顯示了一邊寬包壁溫度，因?yàn)榘Q是對(duì)稱的。通過(guò)圖3可以看出，達(dá)到烘烤終點(diǎn)時(shí)，在相同的位置，新設(shè)計(jì)的72分鐘烘烤溫度明顯高于傳統(tǒng)120分鐘烘烤，并且新設(shè)計(jì)的72分鐘烘烤方案下高溫區(qū)域明顯擴(kuò)大，烘烤溫度分布均勻性也較好。

從烘烤終點(diǎn)寬包壁溫度分布來(lái)看，溫度最高的地方是在寬包壁的中心位置，隨著位置越來(lái)越遠(yuǎn)離中心，溫度也越來(lái)越低，之所以會(huì)這樣是因?yàn)閷挵谥行奈恢秒x火焰最近，溫度也最高，自然遠(yuǎn)離火焰的位置溫度也會(huì)比較低。

圖4為達(dá)到烘烤終點(diǎn)時(shí)，窄包壁溫度分布圖，通過(guò)烘烤終點(diǎn)窄包壁溫度分布可以看出，經(jīng)由改進(jìn)的烘烤制度進(jìn)一步擴(kuò)大了高溫區(qū)，但是相比較寬包壁，窄包壁離烘烤火焰較遠(yuǎn)，導(dǎo)致加熱不夠充分，造成了窄包壁的溫度整體低于寬包壁及包底的烘烤終點(diǎn)溫度的結(jié)果。

傳統(tǒng)120分鐘烘烤煤氣流量使用分析如下:烘烤時(shí)間為0～30分鐘時(shí)，煤氣流量為每小時(shí)200立方米，煤氣使用量為100立方米。烘烤時(shí)間為30～50分鐘時(shí)，煤氣流量為每小時(shí)500立方米，煤氣使用量為167立方米。烘烤時(shí)間為50～70分鐘時(shí)，煤氣流量為每小時(shí)700立方米，煤氣使用量為233立方米。烘烤時(shí)間為70～120分鐘時(shí)，煤氣流量為每小時(shí)800立方米，煤氣使用量為667立方米。煤氣使用總量為1，167立方米。

改進(jìn)后72分鐘烘烤煤氣流量使用分析如下:烘烤時(shí)間為0～15分鐘時(shí)，煤氣流量為每小時(shí)300立方米，煤氣使用量為75立方米。烘烤時(shí)間為15～45分鐘時(shí)，煤氣流量為每小時(shí)800立方米，煤氣使用量為400立方米。烘烤時(shí)間為45～57分鐘時(shí)，煤氣流量為每小時(shí)1，000立方米，煤氣使用量為200立方米。烘烤時(shí)間為57～72分鐘時(shí)，煤氣流量為每小時(shí)1，200立方米，煤氣使用量為300立方米。煤氣使用總量為975立方米。

五、結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)烘烤終點(diǎn)包襯溫度分布圖的對(duì)比可以得出，相比較于傳統(tǒng)的120分鐘烘烤制度，新設(shè)計(jì)的72分鐘烘烤制度的優(yōu)點(diǎn)主要有:烘烤溫度均勻性好，明顯擴(kuò)大了高溫區(qū)域。在煤氣用量方面，新設(shè)計(jì)的72分鐘烘烤制明顯少于傳統(tǒng)的120分鐘烘烤制度，并且縮短了烘烤時(shí)間，烘烤效果也比傳統(tǒng)烘烤要好。現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際烘烤過(guò)程可以參考新設(shè)計(jì)的烘烤制度。

［1］展軍，康雯雯.連鑄機(jī)中間罐烘烤改造［J］.山東冶金，2004，26(1)

［2］劉學(xué)君，黃小東，黃國(guó)龍等.中間罐烘烤裝置的改進(jìn)［J］.冶金能源，2001，20(2)

［3］職建軍，鄭貽裕，崔健等.寶鋼連鑄中間包熱狀態(tài)測(cè)試和分析［J］.鋼鐵，2002，37(1)

［4］歐儉平，詹樹(shù)華.蓄熱式鋼包烘烤器鋼包內(nèi)襯溫度分布數(shù)值分析［J］.礦冶，2003，12(4)

［5］歐儉平，蔣紹堅(jiān).蓄熱式鋼包烘烤過(guò)程中包內(nèi)高溫低氧特性的數(shù)值模擬［J］.過(guò)程工程學(xué)報(bào)，2004，4(3)

［6］歐儉平，詹樹(shù)華.蓄熱式鋼包烘烤的數(shù)值模擬［J］.鋼鐵研究學(xué)報(bào)，2005，17(1)