一種用于確定高爐爐頂內(nèi)的低粉塵區(qū)域的方法以及裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種用于確定高爐爐頂內(nèi)的低粉塵區(qū)域的方法以及裝置。其中，所述方法包括：根據(jù)高爐爐頂內(nèi)煤氣流的特點以及結(jié)合高爐爐頂?shù)膶嶋H環(huán)境做出的合理假定建立得到高爐爐頂煤氣流流場模型；對高爐爐頂?shù)姆蹓m進行受力分析，并結(jié)合所述高爐爐頂煤氣流流場模型，建立得到高爐爐頂粉塵運動學模型；利用所述高爐爐頂粉塵運動學模型，對高爐爐頂內(nèi)部的粉塵的運動軌跡進行數(shù)值模擬，得到高爐爐頂內(nèi)的粉塵的分布規(guī)律；根據(jù)高爐爐頂內(nèi)的粉塵的分布規(guī)律確定高爐爐頂內(nèi)的低粉塵區(qū)域。通過本發(fā)明，對于一切避免高爐爐頂高粉塵區(qū)域、尋求低粉塵區(qū)域的爐頂操作具有非常重要的意義。
【專利說明】
一種用于確定高爐爐頂內(nèi)的低粉塵區(qū)域的方法以及裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及高爐粉塵區(qū)域確定領(lǐng)域，具體地，涉及一種用于確定高爐爐頂內(nèi)的低 粉塵區(qū)域的方法以及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 高爐煉鐵是鋼鐵冶煉過程的主流程工序之一，是一個連續(xù)生產(chǎn)過程。生產(chǎn)時，將含 鐵原料(燒結(jié)礦、球團礦）、燃料(焦炭等)及其輔助原料(石灰石等)按一定比例和布料周期 分批送入高爐爐頂，焦炭和礦石形成分層分布，同時從高爐下部的風口吹入熱風（1〇〇〇 - 1300°C)、噴入油、煤或天然氣等燃料，在高溫下，利用爐料下降和煤氣上升的相向運動，進 行傳熱、還原、溶化、脫炭等過程而生成生鐵，鐵礦石中的雜質(zhì)、焦炭及噴吹物中的灰分與加 入爐內(nèi)的石灰石等熔劑結(jié)合成渣，生成的鐵水和渣由高爐底部的鐵水溝排出，過剩的高爐 煤氣從爐頂導(dǎo)出，作為工業(yè)用煤氣。顯然，由于高爐下部鼓風、爐頂布料和內(nèi)部壓差的作用， 高爐頂部的煤氣中含有大量粉塵。
[0003] 某大型高爐爐頂十字測溫裝置以十字型方式安裝在高爐爐喉或封罩上，用于測量 高爐爐內(nèi)料面煤氣溫度，但是由于受到高爐爐頂粉塵的影響，工作一個月后十字測溫儀上 會覆蓋上一層厚厚的結(jié)痂，嚴重影響十字測溫儀的檢測精度與十字測溫儀的使用壽命。某 大型高爐紅外攝像儀安裝在高爐爐頂，但是受到粉塵的影響，成像不清晰，可以拍出來高爐 爐頂布料溜槽是否在布料，但是幾乎不能拍到料面。
[0004] 工程實際中很多領(lǐng)域，對粉塵的分布規(guī)律都有相關(guān)研究，但是對于高爐爐頂粉塵 分布的規(guī)律幾乎沒有相關(guān)方面的研究。而針對高爐檢測領(lǐng)域，檢測裝置安裝在高爐爐頂，尤 其對于粉塵敏感的檢測裝置，獲取準確的高爐爐頂粉塵分布規(guī)律對日后高爐檢測裝置的安 裝以及分布具有重要的指導(dǎo)意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種用于確定高爐爐頂內(nèi)的低粉塵區(qū)域的方法以及裝置。其 中，所述方法確定的高爐爐頂內(nèi)的低粉塵區(qū)域?qū)τ诟郀t爐頂設(shè)備的安裝具有重要的指導(dǎo)意 義，尤其是為了確定能回避高爐爐頂內(nèi)的高粉塵區(qū)域的安裝位置。
[0006] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種用于確定高爐爐頂內(nèi)的低粉塵區(qū)域的方法。 所述方法包括：
[0007] 根據(jù)高爐爐頂內(nèi)煤氣流的特點以及結(jié)合高爐爐頂?shù)膶嶋H環(huán)境做出的合理假定建 立得到高爐爐頂煤氣流流場模型；
[0008] 對高爐爐頂?shù)姆蹓m進行受力分析，并結(jié)合所述高爐爐頂煤氣流流場模型，建立得 到高爐爐頂粉塵運動學模型；
[0009] 利用所述高爐爐頂粉塵運動學模型，對高爐爐頂內(nèi)部的粉塵的運動軌跡進行數(shù)值 模擬，得到高爐爐頂內(nèi)的粉塵的分布規(guī)律；
[0010] 根據(jù)高爐爐頂內(nèi)的粉塵的分布規(guī)律確定高爐爐頂內(nèi)的低粉塵區(qū)域。
[0011] 可選地，所述根據(jù)高爐爐頂內(nèi)煤氣流的特點以及結(jié)合高爐爐頂?shù)膶嶋H環(huán)境做出的 合理假定建立得到高爐爐頂煤氣流流場模型之前，所述方法還包括：
[0012] 建立以高爐爐頂?shù)牧厦嬷悬c為坐標原點，豎直方向為Z軸方向，水平面上平行高爐 爐頂?shù)恼拭娴姆较驗閄軸方向，垂直于高爐爐頂?shù)恼拭娴姆较驗閅軸方向的三維坐標 系。
[0013] 可選地，所述高爐爐頂煤氣流流場模型為：
[0015] 其中，Ug表示高爐爐頂內(nèi)料面平面上煤氣流的流速大小，A表示脈動振幅，A = 5%， T表示煤氣流的脈動周期，R表示料面平面的半徑，R = 4.15m，umax表示料面平面上煤氣流的 最大流速，umax = 3.7m/s，t表示某一時刻，X表示料面平面上任意一點的橫坐標，y表示料面 平面上任意一點的縱坐標。
[0016] 可選地，所述高爐爐頂粉塵運動學模型為：
[0020] 其中，xP表示粉塵顆粒在X軸方向上的位移分量，ax表示粉塵顆粒在X軸方向上的加 速度分量，τ Ρ表示粉塵顆粒的松弛時間，f表示粉塵顆粒的阻力修正因子，ug表示煤氣流在X 軸方向上的速度分量，△ t表示預(yù)設(shè)時間段，uP表示粉塵顆粒在X軸方向上的速度分量，yP表 示粉塵顆粒在Y軸方向上的位移分量，a y表示粉塵顆粒在Y軸方向上的加速度分量，wg表示煤 氣流在Y軸方向上的速度分量，《 [)表示粉塵顆粒在Y軸方向上的速度分量，^表示粉塵顆粒在 Z軸方向上的位移分量，zg表示煤氣流在Z軸方向上的速度分量，^表示粉塵顆粒在Z軸方向 上的速度分量，a z表示粉塵顆粒在Z軸方向上的加速度分量，η表示常數(shù)。
[0021] 可選地，所述利用所述高爐爐頂粉塵運動學模型，對高爐爐頂內(nèi)部的粉塵的運動 軌跡進行數(shù)值模擬，得到高爐爐頂內(nèi)的粉塵的分布規(guī)律，包括：
[0022] 利用所述高爐爐頂粉塵運動學模型，對位于高爐爐頂布料區(qū)域的布料粉塵源產(chǎn)生 的粉塵進行數(shù)值模擬，得到位于高爐爐頂布料區(qū)域的布料粉塵源產(chǎn)生的粉塵的第一分布規(guī) 律；
[0023] 利用所述高爐爐頂粉塵運動學模型，對位于高爐爐頂料面區(qū)域的料面粉塵源產(chǎn)生 的粉塵進行數(shù)值模擬，得到位于高爐爐頂料面區(qū)域的料面粉塵源產(chǎn)生的粉塵的第二分布規(guī) 律；
[0024] 分析高爐布料料流對所述第一分布規(guī)律和所述第二分布規(guī)律的影響，得到高爐爐 頂內(nèi)的粉塵的分布規(guī)律。
[0025] 相應(yīng)地，本發(fā)明還提供一種用于確定高爐爐頂內(nèi)的低粉塵區(qū)域的裝置。所述裝置 包括：
[0026] 第一建立單元，用于根據(jù)高爐爐頂內(nèi)煤氣流的特點以及結(jié)合高爐爐頂?shù)膶嶋H環(huán)境 做出的合理假定建立得到高爐爐頂煤氣流流場模型；
[0027] 第二建立單元，用于對高爐爐頂?shù)姆蹓m進行受力分析，并結(jié)合所述高爐爐頂煤氣 流流場模型，建立得到高爐爐頂粉塵運動學模型；
[0028] 數(shù)值模擬單元，用于利用所述高爐爐頂粉塵運動學模型，對高爐爐頂內(nèi)部的粉塵 的運動軌跡進行數(shù)值模擬，得到高爐爐頂內(nèi)的粉塵的分布規(guī)律；
[0029] 確定單元，用于根據(jù)高爐爐頂內(nèi)的粉塵的分布規(guī)律確定高爐爐頂內(nèi)的低粉塵區(qū) 域。
[0030] 可選地，所述裝置還包括：
[0031] 第三建立單元，用于建立以高爐爐頂?shù)牧厦嬷悬c為坐標原點，豎直方向為Z軸方 向，水平面上平行高爐爐頂?shù)恼拭娴姆较驗閄軸方向，垂直于高爐爐頂?shù)恼拭娴姆较驗?Y軸方向的三維坐標系。
[0032] 可選地，所述高爐爐頂煤氣流流場模型為：
[0034]其中，ug表示高爐爐頂內(nèi)料面平面上煤氣流的流速大小，A表示脈動振幅，A = 5%， T表示煤氣流的脈動周期，R表示料面平面的半徑，R = 4.15m，umax表示料面平面上煤氣流的 最大流速，umax = 3.7m/s，t表示某一時刻，X表示料面平面上任意一點的橫坐標，y表示料面 平面上任意一點的縱坐標。
[0035]可選地，所述高爐爐頂粉塵運動學模型為：
[0039] 其中，xP表示粉塵顆粒在X軸方向上的位移分量，ax表示粉塵顆粒在X軸方向上的加 速度分量，τ Ρ表示粉塵顆粒的松弛時間，f表示粉塵顆粒的阻力修正因子，ug表示煤氣流在X 軸方向上的速度分量，△ t表示預(yù)設(shè)時間段，uP表示粉塵顆粒在X軸方向上的速度分量，yP表 示粉塵顆粒在Y軸方向上的位移分量，a y表示粉塵顆粒在Y軸方向上的加速度分量，wg表示煤 氣流在Y軸方向上的速度分量，《 [)表示粉塵顆粒在Y軸方向上的速度分量，^表示粉塵顆粒在 Z軸方向上的位移分量，zg表示煤氣流在Z軸方向上的速度分量，^表示粉塵顆粒在Z軸方向 上的速度分量，a z表示粉塵顆粒在Z軸方向上的加速度分量，η表示常數(shù)。
[0040] 可選地，所述數(shù)值模擬單元，具體用于：
[0041] 利用所述高爐爐頂粉塵運動學模型，對位于高爐爐頂布料區(qū)域的布料粉塵源產(chǎn)生 的粉塵進行數(shù)值模擬，得到位于高爐爐頂布料區(qū)域的布料粉塵源產(chǎn)生的粉塵的第一分布規(guī) 律；
[0042] 利用所述高爐爐頂粉塵運動學模型，對位于高爐爐頂料面區(qū)域的料面粉塵源產(chǎn)生 的粉塵進行數(shù)值模擬，得到位于高爐爐頂料面區(qū)域的料面粉塵源產(chǎn)生的粉塵的第二分布規(guī) 律；
[0043] 分析高爐布料料流對所述第一分布規(guī)律和所述第二分布規(guī)律的影響，得到高爐爐 頂內(nèi)的粉塵的分布規(guī)律。
[0044] 通過上述技術(shù)方案，根據(jù)高爐爐頂內(nèi)煤氣流的特點以及結(jié)合高爐爐頂?shù)膶嶋H環(huán)境 做出的合理假定建立得到高爐爐頂煤氣流流場模型;對高爐爐頂?shù)姆蹓m進行受力分析，并 結(jié)合高爐爐頂煤氣流流場模型，建立得到高爐爐頂粉塵運動學模型；利用高爐爐頂粉塵運 動學模型，對高爐爐頂內(nèi)部的粉塵的運動軌跡進行數(shù)值模擬，得到高爐爐頂內(nèi)的粉塵的分 布規(guī)律;并根據(jù)高爐爐頂內(nèi)的粉塵的分布規(guī)律確定高爐爐頂內(nèi)的低粉塵區(qū)域，對于高爐爐 頂設(shè)備的安裝具有重要的指導(dǎo)意義，尤其是為了確定能回避高爐爐頂內(nèi)的高粉塵區(qū)域的安 裝位置。
【附圖說明】
[0045] 為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹。顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本 發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以 根據(jù)這些圖獲得其他的附圖。
[0046] 圖1是本發(fā)明一實施例提供的用于確定高爐爐頂內(nèi)的低粉塵區(qū)域的方法的流程 圖；
[0047] 圖2是高爐爐頂幾何結(jié)構(gòu)的示意圖；
[0048] 圖3是高爐布料初期高爐爐頂粉塵源粉塵分布情況的示意圖；
[0049] 圖4是高爐布料尾期高爐爐頂粉塵源粉塵分布情況的示意圖；
[0050] 圖5是布料料流對爐頂粉塵分布影響的示意圖；
[0051 ]圖6是空閑階段粉塵分布情況及設(shè)備最佳安裝區(qū)域的示意圖；
[0052]圖7是具體實施實例安裝的示意圖；
[0053]圖8是本發(fā)明一實施例提供的用于確定高爐爐頂內(nèi)的低粉塵區(qū)域的裝置的結(jié)構(gòu)示 意圖。
【具體實施方式】
[0054]下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；?本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他 實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0055] 圖1是本發(fā)明一實施例提供的用于確定高爐爐頂內(nèi)的低粉塵區(qū)域的方法的流程 圖。如圖1所示，本發(fā)明一實施例提供的用于確定高爐爐頂內(nèi)的低粉塵區(qū)域的方法包括：
[0056] 在步驟S101中，根據(jù)高爐爐頂內(nèi)煤氣流的特點以及結(jié)合高爐爐頂?shù)膶嶋H環(huán)境做出 的合理假定建立得到高爐爐頂煤氣流流場模型。
[0057]其中，所述根據(jù)高爐爐頂內(nèi)煤氣流的特點以及結(jié)合高爐爐頂?shù)膶嶋H環(huán)境做出的合 理假定建立得到高爐爐頂煤氣流流場模型之前，所述方法還包括:建立以高爐爐頂?shù)牧厦?中點為坐標原點，豎直方向為Z軸方向，水平面上平行高爐爐頂?shù)恼拭娴姆较驗閄軸方向， 垂直于高爐爐頂?shù)恼拭娴姆较驗閅軸方向的三維坐標系。
[0058]具體地，所述高爐爐頂煤氣流流場模型為：
[0060]其中，七表示高爐爐頂內(nèi)料面平面上煤氣流的流速大小，A表示脈動振幅，A = 5%， T表示煤氣流的脈動周期，R表示料面平面的半徑，R = 4.15m，umax表示料面平面上煤氣流的 最大流速，umax = 3.7m/s，t表示某一時刻，X表示料面平面上任意一點的橫坐標，y表示料面 平面上任意一點的縱坐標。
[0061] 為推導(dǎo)出高爐爐頂煤球流場模型以及粉塵動力學模型，建立以高爐爐頂料面中點 為坐標原點，豎直方向為Z軸方向，水平面上平行高爐爐頂正剖面的方向為X軸方向，垂直于 高爐爐頂正剖面的方向為Y軸方向的三維坐標系。
[0062] 本申請首先通過分析高爐冶煉工藝，并結(jié)合現(xiàn)場經(jīng)驗，發(fā)現(xiàn)從料層表面溢出的煤 氣流會存在一些典型特點：
[0063] (1)在高爐工況穩(wěn)定時，從料面溢出的煤氣流在一段時間內(nèi)，將按照某個固定的頻 率一直在脈動；
[0064] (2)煤氣流脈動的頻率較低，脈動的幅度也較少，現(xiàn)場一般認為煤氣流脈動周期為 40~80分鐘左右，脈動幅度一般不超過原煤氣流速度的5% ;
[0065] (3)在高爐正常工況的情況下，從料面溢出的煤氣流總是料面中心和邊緣強，而其 它地方相對較弱；
[0066]再結(jié)合高爐爐頂?shù)膶嶋H環(huán)境，作如下合理假定：
[0067] (1)從高爐爐頂料面吹出的煤氣流為已確定的流場具有高爐煤氣流的典型特點， 粉塵顆粒都是具有相同直徑和相同密度的剛性球體且粉塵的運動不影響煤氣流的流速； [0068] (2)煤氣流沿X軸、Y軸以及Z軸方向的速度梯度，壓力梯度已知且恒定；
[0069] (3)粉塵受到的升力的方向沿Z軸的45°角；
[0070] (4)粉塵顆粒密度遠遠大于煤氣流密度，忽略浮力、附加質(zhì)量力和Basset力等其它 次要的力；
[0071] (5)粉塵顆粒相比于煤氣流而言屬于稀相，忽略顆粒之間的相互碰撞作用；
[0072]結(jié)合高爐爐頂內(nèi)煤氣流的特點及以上合理假定，選擇從料面吹出的煤氣流為以60 分鐘為周期脈動的平直流，脈動的振幅為5%，氣流的方向由下向上，于是，高爐爐頂煤氣流 流場模型可建立，用如下二維函數(shù)來描述在料面平面上氣流的流速大?。?br>[0074] 式中A = 5%為振幅，T為氣流脈動周期，R=4.15m為料面半徑，umax = 3.7m/s為料面 煤氣流的最大流速。同時限定煤氣流在X軸、Y軸以及Z軸方向的壓力梯度恒定為
[0075] 接著，在步驟S102中，對高爐爐頂?shù)姆蹓m進行受力分析，并結(jié)合所述高爐爐頂煤氣 流流場模型，建立得到高爐爐頂粉塵運動學模型。
[0076] 其中，所述高爐爐頂粉塵運動學模型為：
[0080]其中，Xp表示粉塵顆粒在X軸方向上的位移分量，ax表示粉塵顆粒在X軸方向上的加 速度分量，τΡ表示粉塵顆粒的松弛時間，f表示粉塵顆粒的阻力修正因子，ug表示煤氣流在X 軸方向上的速度分量，△ t表示預(yù)設(shè)時間段，uP表示粉塵顆粒在X軸方向上的速度分量，yP表 示粉塵顆粒在Y軸方向上的位移分量，a y表示粉塵顆粒在Y軸方向上的加速度分量，wg表示煤 氣流在Y軸方向上的速度分量，《 [)表示粉塵顆粒在Y軸方向上的速度分量，^表示粉塵顆粒在 Z軸方向上的位移分量，zg表示煤氣流在Z軸方向上的速度分量，^表示粉塵顆粒在Z軸方向 上的速度分量，a z表示粉塵顆粒在Z軸方向上的加速度分量，η表示常數(shù)。
[0081] 對布料時高爐爐頂?shù)姆蹓m進行受力分析：
[0082] a)st〇keS阻力$:, Stokes阻力是指粉塵顆粒在高爐煤氣中運動時所受到的阻力， 由壓差阻力和摩擦阻力兩部分組成，是粉塵顆粒與高爐煤氣之間相互作用的最基本形式；
[0084] 其中，式中dP為粉塵顆粒直徑，&分別為煤氣流和粉塵顆粒的流速，CD為顆粒的 阻力系數(shù)，ReP為顆粒的雷若數(shù)，μg表示摩擦系數(shù)。
[0085] b)壓力梯度力乾
[0088] c)Magnus力
[0089] Magnus力是指顆粒在運動過程中會發(fā)生旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)的顆粒帶動煤氣流一起運動， 顆粒相對速度較快的一邊煤氣流速度增加，壓強降低，而顆粒相對速度較慢的一邊煤氣流 速度減少，壓強增加，顆粒兩邊的壓力差使得顆粒向煤氣流速度較高地方運動，在高爐爐頂 內(nèi)，由于煤氣流強弱分布極不均勻，粉塵顆粒自轉(zhuǎn)速度能達到1000~3000轉(zhuǎn)每秒，所以 Magnus力對高爐爐頂內(nèi)粉塵運動軌跡影響較大。其表達式為
[0091] d)Saffman 升力 #s
[0092] Saffman升力是指粉塵顆粒在煤氣流場中運動時，當煤氣流的速度場梯度變化時， 粉塵顆粒受到的附加的作用力，Saffman力的大小和煤氣流的速度梯度密切相關(guān)，然而在正 常工況下，高爐爐頂內(nèi)煤氣流速度場分布也會隨著冶煉原料、高爐透氣性以及熱風爐的鼓 風動能等冶煉參數(shù)的輕微波動而劇烈波動，因此，Saffman升力是研究高爐爐頂內(nèi)粉塵運動 軌跡必須考慮的因素之一。其表達式為
[0097]式中，PP為粉塵顆粒的密度，彥,為重力加速度，由于在高爐爐頂內(nèi)的兩相流中，Pg〈〈 PP，浮力可忽略不計。
[0098] f)附加質(zhì)量力
[0099]附加質(zhì)量力是指當粉塵顆粒加速運動時，必定引起周圍煤氣流做加速運動。此時 煤氣流本身具有慣性就表現(xiàn)為對顆粒的一個反作用力，從而造成推動粉塵顆粒的力將大于 顆粒本身的慣性力，就猶如顆粒的質(zhì)量增加一樣。這部分大于顆粒本身慣性力的力稱之為 附加質(zhì)量力，其表達式為
[0101] g)Basset 力馬
[0102] Basset力是指由于煤氣流具有運動慣性，當顆粒加速或者減速時，煤氣流不能立 即發(fā)生加速或者減速，從而在粉塵顆粒表面的附面層不穩(wěn)定受到一個隨時間變化的作用 力，該作用力與顆粒的加速歷程有關(guān)，其表達式為
[0104] 式中，τ為張弛時間，to為顆粒加速的開始時刻，由于Basset力只發(fā)生在黏性流體 中，對于高爐煤氣而言，Basset力對粉塵運動軌跡幾乎沒有影響。
[0105] 此外，粉塵在煤氣流中還受到一些其它力，例如不均勻燃燒作用力、粉塵相互碰撞 力、靜電力、溫差熱致迀移力、電泳力和光泳力等，但在高爐爐頂環(huán)境中，這些力一方面難于 定量計算，另一方面對粉塵的運動和分布影響較小，忽略它們的影響。
[0106] 建立粉塵顆粒的動力學方程：
[0107]結(jié)合煤氣流流場模型，基于上述假定，考慮顆粒在煤氣流中主要受Stokes阻力、重 力、壓力梯度力、Saffman升力和Magnus力，在指定的三維空間中，利用Lagrangan坐標系，根 據(jù)牛頓第二定律，建立每個粉塵顆粒在煤氣流中受力平衡方程如下
[0109]式中，mP為粉塵顆粒的質(zhì)量，t為粉塵顆粒運動時間，6為粉塵顆粒受到的各種作 用力，代入6定量表達式，則可建立每顆粉塵沿X軸、Y軸以及Z軸方向的動力學方程分別如 下所示。
[0116]其中，111)，'\￥1)，21)、118，'\^，2 8分別為粉塵顆粒以及煤氣流在父軸、￥軸以及2軸方向的速 度分量，為進一步簡化，引入顆粒阻力修正引子f和顆粒松弛時間τΡ，其定義分別為
[0119]則粉塵顆粒沿X軸、Υ軸以及Ζ軸方向的動力學方程可簡化為如下形式，

[0123]為進一步方便計算，引入X軸、Y軸以及Z軸方向上由除Stokes阻力以外的力引起的 加速度ax，ay，az走乂為
[0127]則粉塵顆粒的動力學方程可簡化為下式所示，
[0131]對上式進行積分可求得單個顆粒在X軸、Y軸以及Z軸方向上的速度分量，
[0135]則單個顆粒在X軸、Y軸以及Z軸方向上的位移分量可表示如下，

[0139]式(28)-(30)即為粉塵運動學模型，反復(fù)利用以上模型，即可得出高爐爐頂內(nèi)的粉 塵分布規(guī)律。
[0140]緊接著，在步驟S103中，利用所述高爐爐頂粉塵運動學模型，對高爐爐頂內(nèi)部的粉 塵的運動軌跡進行數(shù)值模擬，得到高爐爐頂內(nèi)的粉塵的分布規(guī)律。
[0141] 具體地，該步驟包括:利用所述高爐爐頂粉塵運動學模型，對位于高爐爐頂布料區(qū) 域的布料粉塵源產(chǎn)生的粉塵進行數(shù)值模擬，得到位于高爐爐頂布料區(qū)域的布料粉塵源產(chǎn)生 的粉塵的第一分布規(guī)律;利用所述高爐爐頂粉塵運動學模型，對位于高爐爐頂料面區(qū)域的 料面粉塵源產(chǎn)生的粉塵進行數(shù)值模擬，得到位于高爐爐頂料面區(qū)域的料面粉塵源產(chǎn)生的粉 塵的第二分布規(guī)律;分析高爐布料料流對所述第一分布規(guī)律和所述第二分布規(guī)律的影響， 得到高爐爐頂內(nèi)的粉塵的分布規(guī)律。
[0142] 高爐爐頂內(nèi)的粉塵顆粒主要有兩個來源:一部分來自高爐煤氣流從礦層中吹出的 和料流砸到料面上形成的由下向上運動的粉塵;另一部分來自由高爐布料過程中料流與高 爐煤氣流相向運動形成的由上向下運動的揚塵。為方便模型計算，假定位于高爐上部的粉 塵源的粉塵顆粒的出射方向為向下隨機散射且初速度為〇.4m/s;將下部由煤氣流從礦層中 吹出和料流砸到料面上形成的粉塵作為面粉塵源，粉塵的出射方向為豎直向上，初速度與 煤氣流速度一致。同時由于總懸浮顆粒物(TSP)的粒徑一般小于100μπι，再結(jié)合現(xiàn)場的經(jīng)驗 和模型計算，可認為當粉塵顆粒粒徑大于400μπι時，將會在重力的作用下，快速沉降，能忽略 其對爐頂內(nèi)粉塵分布規(guī)律的影響，不予考慮。再進一步結(jié)合爐頂內(nèi)粉塵質(zhì)量粒徑含量規(guī)律， 粒徑小于Ιμηι的粉塵顆粒質(zhì)量含量不到粉塵總含量的0.5%，本申請將粉塵顆粒的的粒徑限 制在Ιμπι~400μηι之間，并設(shè)定顆粒自身旋轉(zhuǎn)速度為1000n/s。
[0143] 在上面假定的條件下，以高爐爐頂內(nèi)料面以上的空間作為研究對象，選擇高爐料 面中心為原點，建立與粉塵運動模型一致的三維坐標系，即可利用前面推導(dǎo)的顆粒的動力 學模型，對高爐爐頂內(nèi)部的粉塵的運動軌跡進行數(shù)值模擬。數(shù)值模擬仿真的高爐的幾何結(jié) 構(gòu)1:1于真實高爐爐頂結(jié)構(gòu)，由一個圓柱體和一個圓錐體構(gòu)成，且在錐面上存在均勻分布的 四根孔徑相同的煤氣流上升管將高爐煤氣導(dǎo)出高爐。具體細節(jié)，如圖2所示，其中爐頂布料 裝置將自動產(chǎn)生不同大小的球團礦顆粒從爐頂自由落下，再通過長為4.23m，寬為0.78m，傾 角為38°的布料溜槽布到料面上;爐頂錐面的底面直徑為9m，頂面直徑為3. lm，高為2.9m，錐 面傾角為45°，壁厚為0.2m;錐面上均勻分布的四根上升管的直徑為1.22m，與豎直方向的夾 角為31°;爐頂柱面的底面直徑為9.6m，高為2.5m，壁厚為0.65m;爐頂錐面和柱面的交接斜 面的傾角為71°，斜面長度為1.08m，壁厚為0.25m;高爐爐頂?shù)撞康母郀t料面的直徑為8.3m。
[0144] 本申請從以下三個角度對高爐爐頂粉塵進行仿真。首先，針對高爐爐頂和爐底兩 個不同粉塵源產(chǎn)生的粉塵，對其運動軌跡進行仿真，研究兩個粉塵源產(chǎn)生的粉塵分布規(guī)律； 其次，在獲得兩個粉塵源的粉塵分布規(guī)律后，再分析高爐布料料流對爐內(nèi)粉塵分布的影響； 最后，分析獲得當布料完畢后，爐內(nèi)的粉塵的分布規(guī)律，從而獲得高爐爐頂內(nèi)的低粉塵區(qū) 域。下面依次給出三種情況對應(yīng)的仿真結(jié)果。
[0145] 首先是針對高爐爐頂和爐底兩個不同粉塵源產(chǎn)生的粉塵進行仿真分析，即位于高 爐爐頂布料區(qū)域的布料粉塵源和位于高爐爐頂料面區(qū)域的料面粉塵源。對于料面粉塵源， 選擇布料初期進行仿真，當料流剛剛進入溜槽時，此時高爐爐頂內(nèi)主要是料面粉塵源產(chǎn)生 的粉塵，此時爐頂粉塵分布情況如圖3所示。從圖3可看出，當只有料面粉塵源時，此時的粉 塵在向上運動煤氣流的影響下，迅速上行，且快速向中間聚集，粉塵的分布區(qū)域如圖中紅色 曲線所示;對于布料粉塵源，選擇一批布料的尾期，當一批布料結(jié)束時，此時是由布料粉塵 源產(chǎn)生的粉塵量最大，由圖4所示。由圖4可知，布料粉塵源產(chǎn)生的粉塵大部分均聚集在圖中 的上粉塵區(qū)域，從而形成了圖中所示的高密度粉塵區(qū)。
[0146] 針對高爐布料料流對爐內(nèi)粉塵分布的影響的問題，選擇布料中期，且當溜槽分別 處于高爐爐頂?shù)膬蓚?cè)時，仿真出爐頂內(nèi)粉塵的分布規(guī)律。其仿真結(jié)果如圖5右圖所示，當布 料溜槽處于高爐爐頂?shù)挠覀?cè)時，此時由于溜槽的布料的影響，使得高爐的右側(cè)的粉塵度明 顯增加，但從仿真結(jié)果來看，高爐爐頂左側(cè)的粉塵分布受右側(cè)布料的影響較小，存在如圖5 右圖所示的低粉塵區(qū)域。當布料溜槽處于高爐爐頂?shù)淖髠?cè)時，從仿真結(jié)果來看，高爐爐頂左 側(cè)的粉塵度明顯增加，而高爐爐頂右側(cè)粉塵分布受影響較小，也存在如圖5左圖所示的低粉 塵區(qū)域?；谝陨戏治?，當高爐進行布料時，爐頂內(nèi)部的粉塵分布將跟隨布料溜槽的運動而 發(fā)生改變，布料溜槽所到之處，由于布料料流與煤氣流的相向運動，使得溜槽所在的爐頂區(qū) 域，粉塵濃度迅速上升，而遠離溜槽的爐頂區(qū)域粉塵則在爐頂切向壓力差和上升管的抽風 除塵作用下，迅速往高爐爐頂中心聚集，形成低粉塵區(qū)域。
[0147]根據(jù)高爐冶煉的布料工藝及布料操作手冊，高爐爐頂內(nèi)部粉塵的分布存在兩個不 同階段，即布料階段和空閑階段。對于空閑階段的粉塵分布還具有一個特點，由于此時已停 止布料，布料粉塵源不再產(chǎn)生新的粉塵，同時在上升管的抽風除塵作用下，爐頂內(nèi)部的粉塵 濃度將越來越小?；诖?，為了真實反應(yīng)空閑階段高爐爐頂內(nèi)部的粉塵分布規(guī)律，尋找到爐 內(nèi)的低粉塵區(qū)域，本申請選擇此階段粉塵濃度最大的時刻，即當一批布料剛剛結(jié)束時，進行 模擬仿真，并以此時高爐爐頂內(nèi)部的粉塵分布情況來代表高爐空閑時粉塵分布情況，其仿 真結(jié)果如圖6所示，顯然從圖6中可看出，當處于空閑階段時，爐頂內(nèi)部的粉塵基本上聚集在 爐頂中心的柱體內(nèi)部和爐頂?shù)腻F面下方，而在中心柱體以外的爐頂?shù)目臻g則為低粉塵區(qū) 域。
[0148] 綜上，高爐爐頂內(nèi)部的粉塵分布規(guī)律，表現(xiàn)在以下兩個方面:一方面，高爐爐頂不 管是由爐頂布料粉塵源還是料面粉塵源產(chǎn)生的粉塵，均會聚集在高爐中和爐頂?shù)腻F面下 方，而在高爐的兩側(cè)形成粉塵度較低的低粉塵區(qū)域;另一方面，高爐爐頂不管是處于布料階 段還是空閑階段，高爐爐頂?shù)膬蓚?cè)的低粉塵區(qū)域均能穩(wěn)定存在，受布料操作的影響相對較 小。
[0149] 最后，在步驟S104中，根據(jù)高爐爐頂內(nèi)的粉塵的分布規(guī)律確定高爐爐頂內(nèi)的低粉 塵區(qū)域。
[0150] 高爐爐頂?shù)姆蹓m主要是影響爐頂設(shè)備安裝及設(shè)備運行，爐頂檢測設(shè)備的傳統(tǒng)安裝 位置，如圖6所示，位于高爐爐頂錐面上，煤氣流上升管附近，設(shè)備探頭處于高爐爐頂內(nèi)粉塵 度最大的區(qū)域，無法回避高爐爐頂內(nèi)高粉塵的對測量精度影響又極易結(jié)痂堵塞檢測孔，不 適合安裝爐頂檢測設(shè)備。
[0151] 由本申請獲得的高爐爐頂?shù)头蹓m區(qū)域?qū)τ诟郀t爐頂設(shè)備安裝有莫大的指導(dǎo)意義， 尤其是為了確定能回避高爐爐頂內(nèi)部高粉塵區(qū)域的安裝位置。仿真結(jié)果可知回避高粉塵區(qū) 域的安裝位置可位于爐頂柱面上或者柱面和錐面的交接面上，從兩者的結(jié)構(gòu)來看，高爐爐 頂柱面不但非常厚達〇.65m，且包含多層如:爐殼、填充層、冷卻水管、冷卻壁和耐火磚等，這 就導(dǎo)致在高爐柱面上開檢測孔，不但難度極大，而且極易給高爐運行帶來安全隱患;而高爐 爐頂?shù)闹婧湾F面的交接面，結(jié)構(gòu)簡單只有一層爐殼，厚度也只有0.25m，即容易開孔，又不 會影響高爐運行安全，又能回避高爐的高粉塵區(qū)域，如圖6所示的最佳設(shè)備安裝區(qū)域，是比 較適合的爐頂檢測設(shè)備安裝的位置。
[0152] 本實例中基于高爐低粉塵區(qū)域應(yīng)用技術(shù)的平行低光損內(nèi)窺鏡安裝國內(nèi)某大型高 爐爐頂平行低光損內(nèi)窺鏡安裝方法：
[0153] 1)確定此高爐的料面直徑為8.3m，選定內(nèi)窺鏡鏡頭的視場角為90°，視向角30°，內(nèi) 窺鏡設(shè)備直徑為80mm，拍攝料面的理想距離為1.2m。
[0154] 2)在如圖7所示的高爐爐頂?shù)男∑露刃泵?上，選擇正南方向的距離高爐爐頂小坡 度斜面下端焊接處160mm處為第一個內(nèi)窺鏡的安裝位置即圖7所示的A點，再在同一平面上 以120°為間隔，確定另外兩個內(nèi)窺鏡的安裝位置。
[0155] 3)根據(jù)內(nèi)窺鏡鏡頭拍攝料面的理想距離1.2m，以及通過理論溜槽布料料流模型確 定的安全區(qū)域，確定內(nèi)窺鏡鏡頭在高爐爐內(nèi)所處的位置B點即離高爐料面2距離為1.2m，離 高爐爐壁距離為1.15m。
[0156] 4)根據(jù)圖7所示的已經(jīng)確定的A、B兩點，確定定制的內(nèi)窺鏡在高爐內(nèi)部的長度為 2054mm，內(nèi)窺鏡的實際長度為2.5m，以及安裝內(nèi)窺鏡時的斜插角度為39°，再按照此角度在 已選開孔點進行開孔作業(yè)。
[0157] 5)將所有內(nèi)窺鏡按照正面俯視料面的要求，逐一插入高爐爐內(nèi)，當內(nèi)窺鏡插入高 爐內(nèi)的長度為2054mm停止插入。
[0158] 6)分別同軸旋轉(zhuǎn)各個內(nèi)窺鏡，同時啟動內(nèi)窺鏡，實時觀測獲取的料面圖像，當能夠 清晰獲取高爐的整個料面圖像時，停止同軸旋轉(zhuǎn)操作，對各個內(nèi)窺鏡進行琺瑯固定密封。 [0159] 7)在高爐爐頂爐殼外面上安裝好數(shù)據(jù)采集單元，并且將其與現(xiàn)場總線和內(nèi)窺鏡連 通，完成數(shù)據(jù)采集單元的安裝。
[0160] 8)在高爐總控室配置一臺與現(xiàn)場總線連通的上位機，并且在其上安裝好計算機成 像系統(tǒng)所需的相關(guān)軟件后，完成整個基于平行低光損背光高溫工業(yè)內(nèi)窺鏡的高爐全料面光 學成像系統(tǒng)的安裝和搭建工作。
[0161] 此設(shè)備安裝如圖6所示的低粉塵區(qū)域，在整個實驗期間，平穩(wěn)正常運行平穩(wěn)正常運 行兩個多月，沒有結(jié)痂堵塞攝像頭的現(xiàn)象，也沒有出現(xiàn)被料流砸到的問題。
[0162] 本實例證明，基于高爐爐頂?shù)头蹓m區(qū)域應(yīng)用技術(shù)的平行低光損內(nèi)窺鏡的安裝方 法，能夠使內(nèi)窺鏡平穩(wěn)運行兩個多月，直至試驗結(jié)束，而且，本實驗中的內(nèi)窺鏡拍攝出清晰 度較高的高爐料面照片，成功地規(guī)避了結(jié)痂堵塞攝像頭、粉塵污染成像區(qū)域的問題，避免了 高爐布料料流砸到設(shè)備的問題，減少了粉塵對攝像頭成像的干擾。
[0163] 對于方法實施例，為了簡單描述，故將其都表述為一系列的動作組合，但是本領(lǐng)域 技術(shù)人員應(yīng)該知悉，本發(fā)明實施例并不受所描述的動作順序的限制，因為依據(jù)本發(fā)明實施 例，某些步驟可以采用其他順序或者同時進行。其次，本領(lǐng)域技術(shù)人員也應(yīng)該知悉，說明書 中所描述的實施例均屬于優(yōu)選實施例，所涉及的動作并不一定是本發(fā)明實施例所必須的。
[0164] 圖8是本發(fā)明一實施例提供的用于確定高爐爐頂內(nèi)的低粉塵區(qū)域的裝置的結(jié)構(gòu)示 意圖。如圖8所示，本發(fā)明一實施例提供的用于確定高爐爐頂內(nèi)的低粉塵區(qū)域的裝置包括：
[0165] 第一建立單元202,用于根據(jù)高爐爐頂內(nèi)煤氣流的特點以及結(jié)合高爐爐頂?shù)膶嶋H 環(huán)境做出的合理假定建立得到高爐爐頂煤氣流流場模型；
[0166] 第二建立單元203,用于對高爐爐頂?shù)姆蹓m進行受力分析，并結(jié)合所述高爐爐頂煤 氣流流場模型，建立得到高爐爐頂粉塵運動學模型；
[0167] 數(shù)值模擬單元204,用于利用所述高爐爐頂粉塵運動學模型，對高爐爐頂內(nèi)部的粉 塵的運動軌跡進行數(shù)值模擬，得到高爐爐頂內(nèi)的粉塵的分布規(guī)律；
[0168] 確定單元205,用于根據(jù)高爐爐頂內(nèi)的粉塵的分布規(guī)律確定高爐爐頂內(nèi)的低粉塵 區(qū)域。
[0169] 在本發(fā)明一可選實施例中，所述裝置還包括：
[0170]第三建立單元201，用于建立以高爐爐頂?shù)牧厦嬷悬c為坐標原點，豎直方向為Z軸 方向，水平面上平行高爐爐頂?shù)恼拭娴姆较驗閄軸方向，垂直于高爐爐頂?shù)恼拭娴姆较?為Y軸方向的三維坐標系。
[0171]在本發(fā)明一可選實施例中，所述高爐爐頂煤氣流流場模型為：
[0173] 其中，ug表示高爐爐頂內(nèi)料面平面上煤氣流的流速大小，A表示脈動振幅，A = 5%， T表示煤氣流的脈動周期，R表示料面平面的半徑，R = 4.15m，umax表示料面平面上煤氣流的 最大流速，umax = 3.7m/s，t表示某一時刻，X表示料面平面上任意一點的橫坐標，y表示料面 平面上任意一點的縱坐標。
[0174] 在本發(fā)明一可選實施例中，所述高爐爐頂粉塵運動學模型為：
[0178] 其中，xP表示粉塵顆粒在X軸方向上的位移分量，ax表示粉塵顆粒在X軸方向上的加 速度分量，τ Ρ表示粉塵顆粒的松弛時間，f表示粉塵顆粒的阻力修正因子，ug表示煤氣流在X 軸方向上的速度分量，△ t表示預(yù)設(shè)時間段，uP表示粉塵顆粒在X軸方向上的速度分量，yP表 示粉塵顆粒在Y軸方向上的位移分量，a y表示粉塵顆粒在Y軸方向上的加速度分量，wg表示煤 氣流在Y軸方向上的速度分量，《 [)表示粉塵顆粒在Y軸方向上的速度分量，^表示粉塵顆粒在 Z軸方向上的位移分量，zg表示煤氣流在Z軸方向上的速度分量，^表示粉塵顆粒在Z軸方向 上的速度分量，a z表示粉塵顆粒在Z軸方向上的加速度分量，η表示常數(shù)。
[0179] 在本發(fā)明一可選實施例中，所述數(shù)值模擬單元204,具體用于：
[0180] 利用所述高爐爐頂粉塵運動學模型，對位于高爐爐頂布料區(qū)域的布料粉塵源產(chǎn)生 的粉塵進行數(shù)值模擬，得到位于高爐爐頂布料區(qū)域的布料粉塵源產(chǎn)生的粉塵的第一分布規(guī) 律；
[0181] 利用所述高爐爐頂粉塵運動學模型，對位于高爐爐頂料面區(qū)域的料面粉塵源產(chǎn)生 的粉塵進行數(shù)值模擬，得到位于高爐爐頂料面區(qū)域的料面粉塵源產(chǎn)生的粉塵的第二分布規(guī) 律；
[0182] 分析高爐布料料流對所述第一分布規(guī)律和所述第二分布規(guī)律的影響，得到高爐爐 頂內(nèi)的粉塵的分布規(guī)律。
[0183] 需要說明的是，對于本發(fā)明提供的用于確定高爐爐頂內(nèi)的低粉塵區(qū)域的裝置還涉 及的具體細節(jié)已在本發(fā)明提供的用于確定高爐爐頂內(nèi)的低粉塵區(qū)域的方法中作了詳細的 說明，在此不在贅述。
[0184] 應(yīng)當注意的是，在本發(fā)明的系統(tǒng)的各個部件中，根據(jù)其要實現(xiàn)的功能而對其中的 部件進行了邏輯劃分，但是，本發(fā)明不受限于此，可以根據(jù)需要對各個部件進行重新劃分或 者組合，例如，可以將一些部件組合為單個部件，或者可以將一些部件進一步分解為更多的 子部件。
[0185] 本發(fā)明的各個部件實施例可以以硬件實現(xiàn)，或者以在一個或者多個處理器上運行 的軟件模塊實現(xiàn)，或者以它們的組合實現(xiàn)。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當理解，可以在實踐中使用 微處理器或者數(shù)字信號處理器(DSP)來實現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明實施例的系統(tǒng)中的一些或者全部部 件的一些或者全部功能。本發(fā)明還可以實現(xiàn)為用于執(zhí)行這里所描述的方法的一部分或者全 部的設(shè)備或者裝置程序(例如，計算機程序和計算機程序產(chǎn)品）。這樣的實現(xiàn)本發(fā)明的程序 可以存儲在計算機可讀介質(zhì)上，或者可以具有一個或者多個信號的形式。這樣的信號可以 從因特網(wǎng)網(wǎng)站上下載得到，或者在載體信號上提供，或者以任何其他形式提供。
[0186] 應(yīng)該注意的是上述實施例對本發(fā)明進行說明而不是對本發(fā)明進行限制，并且本領(lǐng) 域技術(shù)人員在不脫離所附權(quán)利要求的范圍的情況下可設(shè)計出替換實施例。在權(quán)利要求中， 不應(yīng)將位于括號之間的任何參考符號構(gòu)造成對權(quán)利要求的限制。單詞"包含"不排除存在未 列在權(quán)利要求中的元件或步驟。位于元件之前的單詞"一"或"一個"不排除存在多個這樣的 元件。本發(fā)明可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于適當編程的計算機來實 現(xiàn)。在列舉了若干裝置的單元權(quán)利要求中，這些裝置中的若干個可以是通過同一個硬件項 來具體體現(xiàn)。單詞第一、第二、以及第三等的使用不表示任何順序?？蓪⑦@些單詞解釋為名 稱。
[0187] 以上實施方式僅適于說明本發(fā)明，而并非對本發(fā)明的限制，有關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的普通 技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以做出各種變化和變型，因此所有 等同的技術(shù)方案也屬于本發(fā)明的范疇，本發(fā)明的專利保護范圍應(yīng)由權(quán)利要求限定。
【主權(quán)項】
1. 一種用于確定高爐爐頂內(nèi)的低粉塵區(qū)域的方法，其特征在于，所述方法包括： 根據(jù)高爐爐頂內(nèi)煤氣流的特點以及結(jié)合高爐爐頂?shù)膶嶋H環(huán)境做出的合理假定建立得 到高爐爐頂煤氣流流場模型； 對高爐爐頂?shù)姆蹓m進行受力分析，并結(jié)合所述高爐爐頂煤氣流流場模型，建立得到高 爐爐頂粉塵運動學模型； 利用所述高爐爐頂粉塵運動學模型，對高爐爐頂內(nèi)部的粉塵的運動軌跡進行數(shù)值模 擬，得到高爐爐頂內(nèi)的粉塵的分布規(guī)律； 根據(jù)高爐爐頂內(nèi)的粉塵的分布規(guī)律確定高爐爐頂內(nèi)的低粉塵區(qū)域。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于確定高爐爐頂內(nèi)的低粉塵區(qū)域的方法，其特征在于，所述 根據(jù)高爐爐頂內(nèi)煤氣流的特點以及結(jié)合高爐爐頂?shù)膶嶋H環(huán)境做出的合理假定建立得到高 爐爐頂煤氣流流場模型之前，所述方法還包括： 建立以高爐爐頂?shù)牧厦嬷悬c為坐標原點，豎直方向為Z軸方向，水平面上平行高爐爐頂 的正剖面的方向為X軸方向，垂直于高爐爐頂?shù)恼拭娴姆较驗閅軸方向的三維坐標系。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于確定高爐爐頂內(nèi)的低粉塵區(qū)域的方法，其特征在于，所述 高爐爐頂煤氣流流場模型為：其中，％表示高爐爐頂內(nèi)料面平面上煤氣流的流速大小，A表示脈動振幅，A = 5%，T表示 煤氣流的脈動周期，R表示料面平面的半徑，R=4.15m，umax表示料面平面上煤氣流的最大流 速，u max = 3.7m/s，t表示某一時刻，X表示料面平面上任意一點的橫坐標，y表示料面平面上 任意一點的縱坐標。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于確定高爐爐頂內(nèi)的低粉塵區(qū)域的方法，其特征在于，所述 高爐爐頂粉塵運動學模型為：其中，xP表示粉塵顆粒在X軸方向上的位移分量，ax表示粉塵顆粒在X軸方向上的加速度 分量，τΡ表示粉塵顆粒的松弛時間，f表示粉塵顆粒的阻力修正因子，ug表示煤氣流在X軸方 向上的速度分量，△ t表示預(yù)設(shè)時間段，uP表示粉塵顆粒在X軸方向上的速度分量，yP表示粉 塵顆粒在Y軸方向上的位移分量，a y表示粉塵顆粒在Y軸方向上的加速度分量，wg表示煤氣流 在Y軸方向上的速度分量，《 [)表示粉塵顆粒在Y軸方向上的速度分量，^表示粉塵顆粒在Z軸 方向上的位移分量，Zg表示煤氣流在Z軸方向上的速度分量，z P表示粉塵顆粒在Z軸方向上的 速度分量，az表示粉塵顆粒在Z軸方向上的加速度分量，η表示常數(shù)。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于確定高爐爐頂內(nèi)的低粉塵區(qū)域的方法，其特征在于，所述 利用所述高爐爐頂粉塵運動學模型，對高爐爐頂內(nèi)部的粉塵的運動軌跡進行數(shù)值模擬，得 到高爐爐頂內(nèi)的粉塵的分布規(guī)律，包括： 利用所述高爐爐頂粉塵運動學模型，對位于高爐爐頂布料區(qū)域的布料粉塵源產(chǎn)生的粉 塵進行數(shù)值模擬，得到位于高爐爐頂布料區(qū)域的布料粉塵源產(chǎn)生的粉塵的第一分布規(guī)律； 利用所述高爐爐頂粉塵運動學模型，對位于高爐爐頂料面區(qū)域的料面粉塵源產(chǎn)生的粉 塵進行數(shù)值模擬，得到位于高爐爐頂料面區(qū)域的料面粉塵源產(chǎn)生的粉塵的第二分布規(guī)律； 分析高爐布料料流對所述第一分布規(guī)律和所述第二分布規(guī)律的影響，得到高爐爐頂內(nèi) 的粉塵的分布規(guī)律。6. -種用于確定高爐爐頂內(nèi)的低粉塵區(qū)域的裝置，其特征在于，所述裝置包括： 第一建立單元，用于根據(jù)高爐爐頂內(nèi)煤氣流的特點以及結(jié)合高爐爐頂?shù)膶嶋H環(huán)境做出 的合理假定建立得到高爐爐頂煤氣流流場模型； 第二建立單元，用于對高爐爐頂?shù)姆蹓m進行受力分析，并結(jié)合所述高爐爐頂煤氣流流 場模型，建立得到高爐爐頂粉塵運動學模型； 數(shù)值模擬單元，用于利用所述高爐爐頂粉塵運動學模型，對高爐爐頂內(nèi)部的粉塵的運 動軌跡進行數(shù)值模擬，得到高爐爐頂內(nèi)的粉塵的分布規(guī)律； 確定單元，用于根據(jù)高爐爐頂內(nèi)的粉塵的分布規(guī)律確定高爐爐頂內(nèi)的低粉塵區(qū)域。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于確定高爐爐頂內(nèi)的低粉塵區(qū)域的裝置，其特征在于，所述 裝置還包括： 第三建立單元，用于建立以高爐爐頂?shù)牧厦嬷悬c為坐標原點，豎直方向為Z軸方向，水 平面上平行高爐爐頂?shù)恼拭娴姆较驗閄軸方向，垂直于高爐爐頂?shù)恼拭娴姆较驗閅軸方 向的三維坐標系。8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于確定高爐爐頂內(nèi)的低粉塵區(qū)域的裝置，其特征在于，所述 高爐爐頂煤氣流流場模型為：其中，％表示高爐爐頂內(nèi)料面平面上煤氣流的流速大小，A表示脈動振幅，A = 5%，T表示 煤氣流的脈動周期，R表示料面平面的半徑，R=4.15m，umax表示料面平面上煤氣流的最大流 速，u max = 3.7m/s，t表示某一時刻，X表示料面平面上任意一點的橫坐標，y表示料面平面上 任意一點的縱坐標。9. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于確定高爐爐頂內(nèi)的低粉塵區(qū)域的裝置，其特征在于，所述 高爐爐頂粉塵運動學模型為：其中，Xp表示粉塵顆粒在X軸方向上的位移分量，ax表示粉塵顆粒在X軸方向上的加速度 分量，τΡ表示粉塵顆粒的松弛時間，f表示粉塵顆粒的阻力修正因子，ug表示煤氣流在X軸方 向上的速度分量，△ t表示預(yù)設(shè)時間段，uP表示粉塵顆粒在X軸方向上的速度分量，yP表示粉 塵顆粒在Y軸方向上的位移分量，a y表示粉塵顆粒在Y軸方向上的加速度分量，wg表示煤氣流 在Y軸方向上的速度分量，《 [)表示粉塵顆粒在Y軸方向上的速度分量，^表示粉塵顆粒在Z軸 方向上的位移分量，Zg表示煤氣流在Z軸方向上的速度分量，z P表示粉塵顆粒在Z軸方向上的 速度分量，az表示粉塵顆粒在Z軸方向上的加速度分量，η表示常數(shù)。10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于確定高爐爐頂內(nèi)的低粉塵區(qū)域的裝置，其特征在于，所 述數(shù)值模擬單元，具體用于： 利用所述高爐爐頂粉塵運動學模型，對位于高爐爐頂布料區(qū)域的布料粉塵源產(chǎn)生的粉 塵進行數(shù)值模擬，得到位于高爐爐頂布料區(qū)域的布料粉塵源產(chǎn)生的粉塵的第一分布規(guī)律； 利用所述高爐爐頂粉塵運動學模型，對位于高爐爐頂料面區(qū)域的料面粉塵源產(chǎn)生的粉 塵進行數(shù)值模擬，得到位于高爐爐頂料面區(qū)域的料面粉塵源產(chǎn)生的粉塵的第二分布規(guī)律； 分析高爐布料料流對所述第一分布規(guī)律和所述第二分布規(guī)律的影響，得到高爐爐頂內(nèi) 的粉塵的分布規(guī)律。
【文檔編號】C21B5/00GK105950806SQ201610325551
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年5月17日
【發(fā)明人】蔣朝輝, 肖精靈, 桂衛(wèi)華, 陳致蓬, 陽春華, 謝永芳
【申請人】中南大學