考贝式热风炉蓄热室底部空腔冷风分布的数值模拟

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1、第5卷第5期过程工程学报Vol.5No.52005年10月TheChineseJournalofProcessEngineeringOct.2005考贝式热风炉蓄热室底部空腔冷风分布的数值模拟胡日君，程素森(北京科技大学冶金与生态工程学院，北京100083)摘要：利用大型商用计算流体力学软件CFX−4.3，应用k−ε双方程湍流模型和SIMPLE算法，对新余钢铁公司12003m高炉考贝式热风炉蓄热室底部空腔内冷风流场进行了三维数值模拟和比较分析.发现原有条件下冷风在蓄热室横截面上分布不均匀，降低了热风炉的效率和格子砖的利用率；而采用局部加设气流分配装

2、置的优化方法可以有效地改善气流分布.关键词：考贝式热风炉；冷风分布；数值模拟；k−ε双方程；SIMPLE算法中图分类号：TF777.1文献标识码：A文章编号：1009−606X(2005)05−0490−051前言2物理模型及参数考贝式热风炉是为高炉冶炼提供热风的设备.热图1是考贝式热风炉示意图.图2是经过简化处理风炉由燃烧期转入送风期后，冷风从热风炉下部鼓入炉的蓄热室底部空腔模型及其横截面示意图，其中XOY内，自下而上通过蓄热室格子砖被加热到高温，冷风在平面在空腔底面上，Z轴为高度方向.热风炉基本参数蓄热室格子砖横截面上分布的均匀与否对炉内换热的

3、见表1.6好坏有重要的影响.目前国内外的外燃式、考贝式和顶1.Combustionchamber2.Hot-blastpipeline燃式的热风炉，其鼓入的冷风在蓄热室内的分布不均，173.Hot-blastvalve4.Gaspipeline因而影响了热风温度的提高，降低了热风炉的效率，并5.Gasvalve使格子砖遭到破坏[1,2].86.Topdome7.Regenerator目前，解决冷气分布不均匀的方法主要有：(1)改8.Stovechecker2939.Partition造热风炉整体结构；(2)局部加设改善气流分布的装置.10.Lini

4、ngofhotstove10从生产实际考虑，前者对已投入生产的热风炉已难以实11.Bottomcavityofregenerator1112.Stanchions[3]现，而后者却相对简单易行，投资小，见效快.1213.Blastpipeline41314.Blastvalve本研究对新余钢铁公司1200m3高炉考贝式热风炉514蓄热室底部空腔内冷风分布进行数值模拟，模拟结果对图1考贝式热风炉示意图Fig.1TheCowperstove于设计施工有一定的指导意义.YStanchionZY33′11′ZX44′66′92277′′5105′XInle

5、t88′11InletInletInlet(a)Model(b)Crosssection图2考贝式热风炉蓄热室底部空腔Fig.2Thebottomcavityoftheregenerator收稿日期：2004−09−29，修回日期：2004−11−15基金项目：国家自然科学基金资助项目(编号：60472095)作者简介：胡日君(1978−)，男，内蒙古包头市人，硕士研究生，主要从事冶金过程数值计算等方面的研究；程素森，通讯联系人，Tel:010-62332353,E-mail:arthurhu@163.com.第5期胡日君等：考贝式热风炉蓄热室底部

6、空腔冷风分布的数值模拟4913表11200m高炉考贝式热风炉基本数据Table1TheparametersintheCowperstoveTransectareaofcombustionTransectareaTotalheight(m)Outsidediameter(m)Insidediameter(m)22chamberchannels(m)oftheregenerator(m)40.318.006.854.1825.153StanchionnumberStanchiondiameter(m)Stanchionheight(m)Blastvol

7、ume(m/min)Hotblasttemperature(℃)190.342.5029001200AnglebetweeninletaxesandsymmetricalDiameterofblastpipelineBlastpressure(MPa)Inletnumberaxisofcrosssectionofthestove(º)(m)0.392±401.30[5,6]动能和湍动能耗散能也为0，具体为3数学模型u=0,v=0,w=0,k=0,ε=0.3.1控制方程采用k−ε双方程模型，包括流体流动的连续性方程、(2)对壁面附近粘性底层中的流体采

8、用壁面函数法动量方程、湍动能方程(k)和湍动能耗散方程(ε)[4].[7]计算.对于三维稳态粘性不可压缩流动，其微分方程有