流道阻力型壓力分渣器

張 明，柳寶軍

（1.威海科興鑄造機械有限公司，山東威海市 264205；2.長春一汽鑄造有限公司，吉林長春市 130011）

流道阻力型壓力分渣器

張 明1，柳寶軍2

（1.威海科興鑄造機械有限公司，山東威海市 264205；2.長春一汽鑄造有限公司，吉林長春市 130011）

引用研究流體運動學的伯努利方程，分析了流道阻力型壓力分渣器的工作原理。

沖天爐；壓力分渣器

電力工業出版社在2010年出版的《沖天爐及其熔煉技術》，將沖天爐的連續出鐵出渣裝置歸納為連續出鐵槽、爐內出渣裝置、壓力分渣器等三種類型，并詳細介紹了其工作原理、結構與其他特性。該書中所介紹的壓力分渣器，其使用僅見于遼寧撫順某球墨鑄管廠，存在著結構龐大、耐火材料用量大、可靠性差等缺陷。現介紹一種利用渣液流道阻力型壓力分渣器，作為對該書的補充。

圖1為渣液流道阻力型壓力分渣器的結構展平圖。在目前出版的國內外有關沖天爐方面的著述中，一般引用帕斯卡（Pascal）定律描述該裝置渣口的工作原理。實際上，該壓力分渣器的出渣口，利用了渣液的流動阻力，必須用伯努利（Bernoulli）方程才能說明其工作原理。

伯努利方程考慮了流體運動的速度及其產生的阻力，比帕斯卡定律具有更廣泛的意義。如果流體的運動速度為零或可以忽略，則由伯努利方程可以得到帕斯卡定律。上述書中介紹的壓力分渣器，其出渣口與出鐵口均可用帕斯卡定律進行解析。但圖1所示的壓力分渣器的出渣口，必須考慮爐渣液流動速度及其產生的阻力，描述流體靜力學的帕斯卡定律無法解析該渣口的工作原理。

現引用研究流體運動學的伯努利方程，分析該分渣器出渣口的工作原理。在圖1中，渣液從分渣器內的渣面（截面1）流動到出口（截面2），其以壓頭表示的能量方程如下：

式中：Z1、Z2——渣液在分渣器內（截面1）與出口處（截面2）的位置水頭/m；

p——渣液在分渣器內（截面1）的壓力，Pa；

p0——渣液在出口（截面2）的壓力，即大氣壓力，Pa；

u1、u2——渣液在分渣器內（截面1）與出口處（截面 2）的速度，m/s；

ρ——渣液的密度，kg/m3；

g——重力加速度，9.81m/s2；

hw——渣液從分渣器內（截面1）流至出口（截面2）的阻力水頭，m。

由于壓力分渣器正常工作期間，渣面（截面1）處于平衡狀態，即爐渣流動的速度為零（u1=0），同時按照圖1中的標識：Z2-Z1=hz，如忽略渣液在出口處（截面2）的速度，即令u2=0，則可將上式整理為：

上式中的hw為渣液從分渣器內流至出口的阻力水頭。該式說明，如果能夠增大爐渣流動的阻力hw，則可以減少爐渣壓頭hz，降低渣口的結構高度Hz。在圖1所示的壓力分渣器中，阻力水頭hw主要表現為通道d處的局部阻力。按照流體力學，局部阻力與通道d處的當量直徑及其長度有關，當量直徑越小、長度越長，阻力越大。

圖1所示的壓力分渣器正常工作期間，由于鐵液與爐渣間密度差的原因，通道局部d處的下部由鐵液填充、上部為狹窄的渣液通道。在渣液流量一定的條件下，如果提高分渣器內鐵液面的高度，則局部通道d處的過流面積變小，渣液流速增高、局部阻力增大。由于爐渣經過d處需要克服較大的局部阻力，因此該渣口的結構高度Hz較低。

由于渣口的結構高度Hz較小，因此整個壓力分渣器的外形尺寸相對較小、耐火材料的用量較少。同時由于出渣口的結構高度較低，渣液在渣口中的流動距離較短，因此渣液不容易凝結在渣口中，渣口的故障率低、可靠性高。

如果d處通道的耐火材料受到侵蝕，渣口的結構高度Hz減小，d處通道變大、渣液通過該處受到的局部阻力減小，渣口有可能噴渣。此時可以臨時停風，快速墊高出鐵槽的槽底，通過增加出鐵口的結構高度Ht，使壓力分渣器內的鐵液面上升，d處的渣液過流通道面積減小，克服渣口噴渣。

與上述書中介紹的壓力分渣器相比，流道阻力型壓力分渣器利用了不同的工作原理，通過渣液通道中的局部阻力，降低了渣口的結構高度，渣口故障率低、可靠性高，因此性能更優良。該壓力分渣器所利用的工作原理，可以移植于爐內分渣裝置，有利于降低爐內分渣裝置的渣口高度，改善其性能。

圖2為某汽車制造廠15t/h與20t/h沖天爐使用的該種壓力分渣器的結構尺寸圖。該分渣器用搗打料修砌，使用壽命為一周。其中出鐵槽底與分渣器底間的高度差為300mm，出渣槽底與分渣器底間的高度差為380mm，兩者相差80mm；出鐵口通道截面為正方形（100mm×100mm），水平段長度258mm；出渣口通道截面為矩形（150mm×100mm），水平段長度較大、為386mm。

Resistance Type Pressurized Slag Separator

ZHANG Ming1，LIU BaoJun2
(1.Weihai Kexing Found ry Machinery Co，Ltd.，Weihai 264205，Shandong China；2.found ry Co.Ltd.，Changchun 1st Automotive Manufacturer，Changchun 130011，Jilin China）

The working p rincip le of resistance type p ressurized slag separator in runner has been analysed w ith hyd ro kinematic Bernoulli Equation.

Cupola；Pressurized slag separator

TG232.7;

B；

1006－9658（2011）02－2

2010－10－12

2010－150

張明（1958-），男，工學學士。目前主要從事沖天爐技術研究與工程項目的設計、規劃與施工