[發明專利]一種熱態高爐模型的幾何設計方法

在審

• 申請號: 201911170998.9
• 申請日: 2019-11-26
• 公開（公告）號: CN110929404A
• 公開（公告）日: 2020-03-27
• 發明（設計）人: 張浩;韋光超;安希忠
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F119/08;G06F119/14;C21B7/00
• 代理公司: 北京易捷勝知識產權代理事務所(普通合伙) 11613
• 代理人: 韓國勝

1.一種熱態高爐模型的幾何設計方法，根據實際工業高爐的內型尺寸和鼓風參數，利用幾何相似原理確定了高爐模型的幾何尺寸，通過理論推導確定了以弗勞德數為無量綱準則的模化理論，并根據該準則數給出涉及模型鼓風溫度、鼓風密度、顆粒直徑、顆粒密度、風口截面風速、鼓風量的推演過程；模化過程中要保證模型內料層與氣體的密度比與原型相應的密度比相等；根據上述確認的高爐模型參數包括幾何尺寸，鼓風溫度、鼓風密度、顆粒直徑、顆粒密度、風口截面風速、鼓風量來構建實驗室規模熱態高爐模型本體，其中模型本體前壁面使用紅外線透過率在94％以上的紅外測溫成像玻璃制作，其余壁面采用厚高硼硅玻璃制作。

2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述高爐的內型尺寸包括爐缸直徑、爐腰直徑、爐喉直徑、死鐵層高度、爐缸高度、爐腹高度、爐腰高度、爐身高度、爐喉高度、爐腹角、爐身角、高徑比、風口直徑、風口數、鐵口數、有效高度和風口高度。

3.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述熱態高爐模型的幾何尺寸是通過相似原理對某實際工業高爐進行1/30的縮小而確定的，則相應的速度比例尺為該模型僅取沿Y軸等于20mm的扁槽形。

4.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述模型鼓風溫度是考慮當前實驗條件，選取80℃模擬鼓風預熱空氣，所述模型鼓風密度是根據公式(10)確定的，所述模型顆粒密度是根據公式(11)確定的，所述模型顆粒直徑是根據δ_l＝30:1確定的；

式中：ρ_gm表示模型中的熱風密度，ρ’表示標況下空氣密度，T’表示標況下空氣溫度，P’表示標況下空氣壓力，P_gm表示模型進口熱風壓力，T_gm表示模型進口熱風溫度，ρ_pm表示模型中顆粒密度，ρ_po表示原型中實際顆粒密度，ρ_go表示原型中實際熱風密度。

5.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述熱態高爐模型的鼓風參數包括模型空氣溫度、模型空氣密度、單風口風速及鼓風量是以實際工業高爐的實際鼓風參數為參考，并根據公式(12)確定高爐截面風速v_go，根據公式(13)確定模型單風口截面風速v_gm，根據公式(14)確定模型單風口鼓風量Q_gm；

式中：v_go、Q_go、n、d_o、分別表示實際高爐截面風速、鼓風量、風口數、風口直徑，T_gm表示模型進口熱風溫度，v_gm、Q_gm、d_m、δ_l分別表示模型單風口截面風速、風口鼓風量、風口直徑和線性比例尺。

6.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述紅外測溫成像玻璃的厚度為6mm。

7.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述高硼硅玻璃的厚度為6mm。

8.如權利要求1所述的方法，其特征在于，在所述熱態高爐模型的進風口及后壁面一側等距設置有多個壓力及溫度數據采集口，模型對稱位置的左半側安裝有壓力探針，模型對稱位置的左半側安裝有熱電偶。

9.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述熱態高爐模型的構建過程中，采用熱成像儀拍攝模型內顆粒的熱成像變化過程以及溫度場的熱量分布，以及采用高速攝像機實時記錄捕捉風口前緣回旋區的形成及演變過程。

10.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述熱態高爐模型的風口為兩側正對橫向進氣，可同時研究正對風口不同氣速下彼此的影響規律，以及進一步探究對熱傳遞過程的影響特性。