[发明专利]用于探究厚渣层铁浴炉内熔渣流动和混合行为的模拟方法

说明书

本发明涉及一种用于探究厚渣层铁浴炉内熔渣流动和混合行为的模拟方法，包括如下步骤：S1、配置模拟熔渣；S2、测定熔渣模拟液运动黏度；S3、倒入熔渣模拟液；S4、插入并固定侧吹喷枪；S5、打开侧吹喷枪；S6、加入饱和NaCl或KCl溶液；S7、分析均混时间。通过向定量的水中加入一定量的增稠剂，使溶液与熔渣的运动粘度相似，且溶液本身的导电性良好，可以向液体中加入示踪剂，来定量的描述模拟铁浴反应器的熔池内熔渣的流动和混合行为。其解决了现有的熔融还原炼铁工艺的物理模拟实验不适用于厚渣层的技术问题。

技术领域

本发明涉及冶金反应器技术领域，尤其涉及一种用于探究厚渣层铁浴炉内熔渣流动和混合行为的模拟方法。

背景技术

厚渣层铁浴熔融还原炼铁工艺是近年来提出的一种新型炼铁技术，铁浴反应器是厚渣层熔融还原炼铁工艺中的主要反应容器，该反应器的内腔盛装熔渣的部分为反应熔池，其特点是熔池中的渣层较厚。未经预还原或具有一定预还原度的铁矿石能够在反应熔池的厚渣层中完成最终的还原反应并进行渣铁分离。与此同时，粉煤和氧气通过喷枪喷吹到厚渣层中进行燃烧，产生大量的热和还原气体。为此，厚渣层内通常温度比较高且伴随存在着气-液-固多相化学反应。从冶金宏观动力学的角度分析。反应器内的化学反应总是伴随着物质和热量的传递，而物质和热量的传递又都与流体流动密切相关。也就是说，厚渣层内流体的流动和混合直接关系到化学反应速率的快慢。但对实际反应器来说，因冶炼环境比较复杂，无法直接观察和检测反应器内部的诸多现象和机理。为此，需要通过以相似原理为理论基础的物理模拟来直接观察和检测反应器内部的诸多现象和机理。

在熔融还原炼铁工艺的物理模拟实验当中，通常采用透明的有机玻璃按照一定的相似比例来模拟铁浴反应器；采用水来模拟铁液；采用与熔渣运动黏度相近的某种有机油来模拟熔渣。采用刺激-响应实验技术，即向水中加入示踪剂(常使用电解质)，来定量的模拟实际反应器熔池内铁水的流动和混合行为。对于现有的、一般的炼铁技术来说，熔渣层较薄且不是主要的化学反应场所，其次更主要的是有机油几乎不导电，无法采用刺激-响应实验技术进行实验。为此，在实验过程中就会导致忽略熔渣的流动和混合行为。为此，现有的熔融还原炼铁工艺的物理模拟实验不适用于厚渣层。

对于具有厚渣层的铁浴法熔融还原工艺来说，厚渣层是化学反应的主要场所，其流动和混合行为的研究尤为重要。为了得到铁浴反应器内厚渣层的流动和混合行为，也有采用具有导电性能的水来模拟厚渣层，但是水的黏度低于熔渣，此方法是忽略了黏度对流体流动的影响，致使实验数据的精确度较低。此外，对于具有厚渣层的铁浴炉来说，侧吹喷枪的枪口距渣液面的轴向插入深度对渣层内的流动混合行为的影响是不可忽略的。现有的铁浴炉物理模型，仅在侧壁上打圆孔用于插入侧吹喷枪。无法在不改变其它操作参数(角度、水平插入深度)的情况下改变侧吹喷枪的枪口距渣表面轴向插入深度，使得实验结果的精确度受到影响。因此，有必要开发出一种改进的厚渣层铁浴炉内熔渣流动和混合行为的物理模拟方法，获得熔渣流动和混合行为的精确描述，为铁浴炉的相关研究提供参考。

发明内容

(一)要解决的技术问题

鉴于现有技术的上述缺点、不足，本发明提供一种用于探究厚渣层铁浴炉内熔渣流动和混合行为的模拟方法，其解决了现有的熔融还原炼铁工艺的物理模拟实验不适用于厚渣层以及无法在不改变其它操作参数的情况下改变侧吹喷枪的枪口距渣表面轴向插入深度，使得实验结果的精确度受到影响的技术问题。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

一种用于探究厚渣层铁浴炉内熔渣流动和混合行为的模拟方法，包括如下步骤：

S1、配置模拟熔渣：用增稠剂和水配制运动黏度范围在10cSt-600cSt之间的溶液，作为熔渣模拟液；

S2、倒入熔渣模拟液：将步骤S1中的熔渣模拟液倒入模拟铁浴反应器中形成模拟熔池；