[發(fā)明專利]一種高爐爐缸鐵水流動模擬裝置及方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410337584.1
• 申請日: 2014-07-16
• 公開（公告）號: CN105277334A
• 公開（公告）日: 2016-01-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 趙亮;張曉光;丁麗華;張洪宇;車玉滿;謝明輝;姚碩;孫鵬
• 申請（專利權(quán)）人: 鞍鋼股份有限公司
• 主分類號: G01M10/00
• 分類號: G01M10/00;C21B5/00
• 代理公司: 鞍山華惠專利事務(wù)所 21213
• 代理人: 趙長芳

1.一種高爐爐缸鐵水流動模擬裝置，其特征在于，包括有機玻璃容器、頂蓋、水流分配器、電導(dǎo)率測試儀、數(shù)據(jù)采集器及死料柱；所述死料柱由金屬框架、紗網(wǎng)和硬質(zhì)球組成，圓筒形金屬框架外圓周及底部均安設(shè)有紗網(wǎng)，紗網(wǎng)內(nèi)裝填硬質(zhì)球；在圓筒形有機玻璃容器內(nèi)壁上部等間距固定有至少3個倒“L”形支撐臺，支撐臺內(nèi)側(cè)下部開有直徑8～15mm的圓孔，圓孔內(nèi)通過螺紋連接有固定桿，支撐臺上面安放有圓形水流分配器，水流分配器上均勻分布700～750個直徑為1～3mm小孔；有機玻璃容器上端設(shè)有頂蓋，頂蓋中間設(shè)有溶液加入口，頂蓋一側(cè)連接注水管；在有機玻璃容器外壁垂直方向標(biāo)注有以毫米為單位的刻度，有機玻璃容器內(nèi)且與其同心設(shè)置有模擬用死料柱，有機玻璃容器底部設(shè)有排水管，側(cè)下部均布有至少2個出水管，出水管根部裝有檢測頭，檢測頭通過導(dǎo)線連接電導(dǎo)率測試儀，電導(dǎo)率測試儀與數(shù)據(jù)采集器相連。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高爐爐缸鐵水流動模擬裝置，其特征在于，所述硬質(zhì)球為兩種空心球體，直徑分別為30～50mm與8～15mm。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高爐爐缸鐵水流動模擬裝置，其特征在于，所述有機玻璃容器上沿與頂蓋連接部位設(shè)有密封圈。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高爐爐缸鐵水流動模擬裝置，其特征在于，所述固定桿的長度為10～15mm。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高爐爐缸鐵水流動模擬裝置，其特征在于，所述出水管設(shè)置在有機玻璃容器底面向上220～320mm位置。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高爐爐缸鐵水流動模擬裝置，其特征在于，所述死料柱裝填硬質(zhì)球后的空隙度為0.3～0.4。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高爐爐缸鐵水流動模擬裝置，其特征在于，所述圓筒形有機玻璃容器尺寸為：高1000～1050mm，直徑為1000～1100mm。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高爐爐缸鐵水流動模擬裝置，其特征在于，所述圓筒形金屬框架尺寸為：高800～850mm，直徑為850～900mm。

9.一種應(yīng)用權(quán)利要求1所述高爐爐缸鐵水流動模擬裝置的方法，其特征在于，具體步驟為：

（1）通過注水管從頂蓋向有機玻璃容器內(nèi)注水，水流經(jīng)過水流分配器均勻滴落到死料柱上方，當(dāng)液位達(dá)到400～420mm后，打開出水管，降低注入水流量，使液面保持穩(wěn)定；

（2）通過頂蓋溶液加入口瞬時加入1000ml飽和KCl示蹤溶液，同時在出水口處進(jìn)行液體電導(dǎo)率測試并采集示蹤劑在模型內(nèi)的理論停留時間t_a、示蹤劑開始響應(yīng)時間t_min、示蹤劑濃度達(dá)到最大響應(yīng)時間t_max以及示蹤劑在模型內(nèi)的平均停留時間t_m數(shù)據(jù)；

（3）當(dāng)測試電導(dǎo)率值與未加入KCl溶液時的電導(dǎo)率值相差2%時，認(rèn)為示蹤劑完全流出，一組模擬實驗結(jié)束；

（4）將采集的數(shù)據(jù)代入流動區(qū)體積比計算公式：

活塞區(qū)體積比V_p=(θ_min+θ_max)/2

死區(qū)的體積比V_d=1-θ_AV

全混合區(qū)體積比V_m=1-V_p-V_d

式中：θ_min為示蹤劑開始出現(xiàn)時的無因次時間，θ_min=t_min/t_a；

θ_max為示蹤劑達(dá)到最大濃度時的無因次時間，θ_max=t_max/t_a；

示蹤劑在模型內(nèi)的理論停留時間t_a=[中間罐液體總?cè)莘eV]/[液體體積流量Q_m]；

θ_AV為示蹤劑平均濃度時的無因次時間，θ_AV=t_m/t_a；

計算后得到容器內(nèi)流體的活塞區(qū)、死區(qū)以及全混合區(qū)所占體積比，從而得

到容器內(nèi)流體區(qū)域的流動狀態(tài)。