大型高炉炉缸死料柱行为及长寿原因分析

高炉炉缸死料柱的形貌尺寸、沉浮状态、空隙度及焦炭粒度粒级时刻影响着炉缸液态炉渣和铁水的流动情况，进一步影响着铁水对炉缸侧壁的冲刷侵蚀程度和炉缸活性。基于莱钢3号3 200 m³高炉的破损调查研究得到炉缸整体呈现“锅底状”侵蚀特征，其中炉缸侧壁的侵蚀程度较小、仍残余较为完整的炭砖结构，部分区域还保留少量的陶瓷杯结构，炉底陶瓷垫已被侵蚀完全至第3层超微孔炭砖。通过对炉缸死铁层残铁积存物的切割解体，并结合综合图像处理技术对炉缸死料柱进行分析。结果发现，死料柱根部为“圆弧状”并在炉缸中呈现明显的漂浮状态，高度约为0.45～1.34 m,死料柱直径约为10.01 m,占侵蚀后炉缸直径的71.91%,体积较小有利于浮起，同时降低铁水的环流现象对侧壁耐火材料的冲刷侵蚀。死料柱周围含有一段长度约为1.0 m的铁水通道，通过计算得到此区域铁水的对流换热系数较小，约为52.61 W/(m²·K),这说明铁水流速小，而使得耐火材料所承受的热应力小，可大幅度减缓炉缸炉衬的侵蚀速率。死料柱平均空隙度和焦炭平均粒度分别为54.57%和22.89 mm,较大的死料柱空隙度...     

高炉炉缸简易模拟模型

开发了一种用于模拟和分析高炉炉缸整体性能的模型.该模型基于一组有关铁水与炉渣的产生速度、排放速度以及出铁操作要点的假设.早期研究证明了这些假设适合模拟工业高炉炉缸的整体运行情况.该模型考虑了死料柱在铁水熔池内漂浮的情况,可以用该模型进行假设分析,例如分析炉缸几何学、渣铁深度、产量、渣比及出铁时间等对出铁过程的影响.同时提出了一组用于实例的简单方程式.举例说明了在该模型中界面和内部条件的变化对炉缸性能的影响.     

高炉炉缸活性状态的表征及改善途径

基于对宝钢2号高炉炉缸死料柱焦炭、渣铁等物相的取样分析结果,建立了表征死料柱透液性和炉缸活性的指数L。L与2号高炉炉底温度变化具有很好的对应关系,可用于高炉生产过程中对炉缸活性状态进行判断、监视和管理,并提出了改善炉缸活性、控制炉缸侧壁侵蚀的技术途径和措施。     

高炉死料柱状态及其对铁水流动的影响

 铁水环流是影响高炉炉缸侵蚀的重要原因，而导致铁水环流的主要因素是死料柱状态，通过对高炉料柱受力分析，判断高炉死料柱状态，为了判断高炉死料柱状态及其对铁水环流的影响。通过对高炉料柱受力分析，判断高炉死料柱状态，并在此基础上模拟死料柱状态对铁水流动的影响。研究结果表明，大型高炉正常出铁时，死料柱基本处于沉坐状态；当死料柱底部中心沉坐时，铁水在无焦区域相对活跃，流速更大，对炉缸侧壁剪切应力更大，对炉缸侧壁以及出铁口下方区域冲刷更加严重。     

关于高炉长寿若干关键问题及对策解析

从死铁层深度、炭砖侵蚀机理及炉缸活性等3个方面探讨了影响高炉长寿的共性问题及实际生产中的相应对策。国内高炉死铁层设计深度较浅,应适当加深,可通过调控死料柱空隙度调整实际死铁层深度;铁水溶蚀、碱金属侵蚀和铁水渗透、热应力作用分别是炭砖侵蚀的本质、直接原因、加剧手段,优化耐火材料的性能、采用高质量原料、加强冷却、保证风量及水量均匀性可预防炭砖不均匀及异常侵蚀现象;依据滞留率模型,提高炉缸活性应重点关注入炉焦炭粒度及质量,调整造渣制度,适当增大风量和采取中心加焦操作。     

首钢股份1号高炉炉缸侵蚀状况剖析

结合首钢股份1号高炉炉缸破损调查结果,从有害元素、焦炭质量、铁水含碳饱和度、死料柱及炉役后期频繁停炉的影响等方面,对炉缸侵蚀原因进行了剖析.破损调查结果表明,炉缸呈现出“象脚形”侵蚀,最为严重的侵蚀部位在铁口中心线下方2.1～2.4m之间,侵蚀最严重部位炭砖残余厚度330 mm,位于25号风口下方.认为炉役后期死铁层加...     

铁口数对高炉炉缸铁水环流的影响

高炉炉缸内高温液态渣铁的环流冲刷是造成炉缸、炉底侵蚀的重要原因之一。由于炉缸内状况属于"黑匣子",目前其内部铁水流动状况没有直接准确的测定方法。基于计算流体力学,在炉缸内不同死料柱的状态下,单、双铁口出铁时,对炉缸内铁水流动行为进行研究,得到炉缸内铁水流线、速度分布情况。模拟结果显示,单铁口或夹角为40°的双铁口出铁时,在死料柱沉坐且中心为碎焦的状态下,炉缸内铁水环流最严重;双铁口同时出铁时,选择铁口夹角为钝角的出铁方式,可以减少铁水对炉缸、炉底的冲刷;死料柱沉坐会加剧炉缸铁水环流,死料柱浮起有利于减缓炉缸铁水环流,但是加剧了其在炉底的流动。     

高炉内焦炭行为的理论研究

结合生产实践,研究了焦炭在炉内的行为及其对炉缸温度变化的影响,分析认为炉缸铁水的流动和死焦堆的变化影响炉缸的活跃度,进而影响炉底温度的变化。在高炉下部透气性方面,下部(炉腹—炉腰—炉身下部)边缘的焦炭粉末积聚会导致高炉透气性变差,进而导致炉况不稳定。     

高炉炉缸内铁水流动物理模拟研究

为了分析高炉炉缸内死料柱的悬浮高度及死料柱在特殊状态下对炉缸内铁水流动的影响,以1:12为模型比例,在实验室进行了3200 m3高炉炉缸内铁水流动特性的水模实验研究.结果表明,高炉炉缸内死料柱的悬浮高度降低,炉缸内铁水流场分布均匀,混匀效果好,但铁水流速加快,在一定程度上加剧了流动铁水对炉底的冲刷侵蚀;当死料柱在炉缸内处于倾斜状态时,炉缸内死区体积比降低,混合区体积比增加,铁水流速增大,加剧了铁水对炉缸壁以及炉底的冲刷侵蚀,亦不利于高炉长寿.     

炉缸“象脚型”侵蚀的分析和对策

高炉炉缸死铁层部位形成"象脚状"侵蚀是影响高炉炉缸寿命的关键。形成"象脚状"侵蚀的根本原因是炉缸死铁层部位没有持久的渣皮覆盖以及碳砖抗铁水侵蚀能力差;其对策主要是在碳砖砌体热面增加保护层和改善碳砖的有关性能。     

Application and analysis of slag holdup model in BF deadman

The operation of blast furnace is considerably influenced by slag performance, particularly in BF hearth. Slag holdup in deadman has negative effects on hearth, such as sharp peripheral flow of hot metal and carbon brick erosion. Therefore, it is urgent to monitor the slag holdup. In this paper, a slag holdup model was proposed to give a transient snapshot of the internal state of BF. Based on the analysis of practical example of Jingtang (Hebei, China) No. 1 blast furnace, three typical models and the slag holdup model were compared. Furthermore, the effects of slag basicity(CaO/SiO₂), MgO/Al₂O₃ ratio, temperature of hot metal, diameter of coke, shape factor of coke and voidage of deadman on slag holdup were investigated. The results show that current slag holdup model can timely predict the general trend of the permeability of the deadman and internal state of hearth. In addition, the influence extent of the six factors which affect the slag holdup is in the following order (from large to small effect): the voidage of deadman, shape factor of coke, diameter of coke, basicity(CaO/SiO₂), MgO/Al₂O₃ ratio, temperature of hot metal. The weighting ratio of these factors is 1:0.92:0.69:0.69:0.38:0.23.     

武钢6号高炉中修炉内残留焦炭分析

 为了进一步研究焦炭在高炉内的劣化行为,探索更加适合高炉的的焦炭评价指标,利用武钢6号高炉中修挖炉缸的机会,从炉内自上而下分层取出焦炭试样,测定分析经高温反应后的焦炭试样的各项理化性能。采用开元5E-MAG6700全自动工分仪测定其水分、灰分和挥发分,采用科翔XQK-2000型显气孔率测定仪测定其显气孔率和灰分。研究结果表明,炉内残留焦炭相对于入炉焦灰分质量分数较高,固定碳质量分数下降明显,焦炭孔隙内滞留大量炉渣。高炉内初渣中SiO2、Al2O3、CaO和MgO质量分数并不高,MnO和P2O5质量分数是终渣中几倍甚至10倍,有相当部分的造渣是在炉缸下部进行的。高炉内碱金属在炉腹下部至炉缸上部富集量最大,锌在炉缸上部富集量最大。通过对高炉中修残留焦炭的研究分析,对焦炭在高炉各部位的劣化行为规律认识更加深刻,并对高炉的特性把握更加准确,可用于指导高炉生产。     

Real-time blast furnace hearth liquid level monitoring system

A stable and efficient blast furnace operation requires proper control of hot metal and slag drainage from the hearth. Many operational problems such as non-dry casts, blow outs, excessive hearth lining wear and low-blast intake arise when the liquid level in the hearth exceeds the critical limit where hearth coke and deadman start to float. Since the direct measurement of the hearth liquid level is practically impossible due to high temperature and pressure inside the furnace, it is therefore important to estimate the liquid level in the hearth and display it to the operators on real-time basis for efficient cast management. This paper presents a system, called hearth liquid level monitoring (LLM), which simulates the liquid level and drainage behaviour of the furnace hearth. It is based on the theoretical hot metal and slag generation rate from the specific oxygen rate and the computed drainage rate from torpedo radar signals and the slag flow measurement system. The system advises the blast furnace operator when to initiate tapping and close the taphole when the liquid level is controlled. It also alerts operators when to use the larger drill bit diameter for opening the next cast.     

高炉炉缸铁水流场数值模拟

铁水环流是造成炉缸＂蒜头状＂侵蚀的主要原因,而导致铁水环流行程主要是由于炉缸内的死料柱引起的。为此,以流体力学有关理论为基础,建立了炉缸炉底三维流体数学模型,应用FLUENT软件,研究了高炉炉缸中不同死料柱位置、状态及出铁口尺寸对炉缸内铁水流动的影响。结果表明：死料柱有较小的浮起时造成炉底铁水流量较大对炉底产生较强的侵蚀。当中心死料柱尺寸大时自由铁水区的铁水流速较快,反之较慢。当出铁口直径增大时,铁水的质量流量增大,炉缸底部的铁水环流明显增大。     

Behavior of liquid passing through deadman:influence of slag/iron ratio and unburned pulverized coal

The ability of a blast furnace hearth liquid (iron and slag) passing through deadman characterizes the activity of the blast furnace hearth. To explore the infl...     

Steady heat transfer in melt-irrigated blast-furnace zone

The steady heat transfer in the irrigated zone of the blast furnace is considered, taking account of the filtration of hot metal and slag through the coke bed. In this zone, the fluxes of coke, hot metal, and slag are heated simultaneously and exchange heat with one another, by both convection and radiation. Convection ensures heat treatment between the gas and all the batch materials and also between the slag and coke, since the slag running through the coke partially covers its surface. Radiant heat transfer develops among the coke, hot metal, and slag. It is more intense at higher temperatures. The heat transfer among the coke, hot metal, and slag in the irrigated zone of the blast furnace has a considerable influence on the temperature field in this zone. To calculate the heat transfer at the shoulder and hearth, information is required regarding the distribution of the thermal effects of direct reduction of iron, silicon, and manganese over the height of the irrigated zone and the proportion of the coke surface covered by slag.     

高炉焦炭在铁水中溶解行为研究现状及展望

 在当前及未来大型高炉高冶炼强度的条件下,加快焦炭在铁水中的溶解速率、提高高炉炉缸铁水的碳饱和度是削弱碳不饱和铁水对炉缸炉衬侵蚀、保证炉缸正常工作及延长高炉寿命的重要措施,同时可以为下游的炼钢工序提供部分热量来源。首先对国内外焦炭在铁水中溶解的试验和模拟研究方法进行了概括,然后对焦炭自身结构性能、焦炭中矿物质、铁水的物理性质等影响焦炭溶解速率的因素进行了详细分析。结果表明,碳结构的有序度和铁水温度的升高有利于焦炭的溶解,而焦炭中矿物质及铁水中硫、磷等元素的存在会抑制铁水的进一步渗碳。研究结果为高炉操作者理解焦炭在铁水中的溶解行为提供借鉴,指导钢铁工业的节能减排。     

高炉炉缸碳源渗碳性能及动力学

摘要：提高铁水碳饱和度,减弱侧壁炭砖侵蚀,实现炉缸长寿对高炉炼铁具有重要意义。利用静态法系统地研究了高炉系统中进入炉缸铁水的碳源的渗碳性能,并计算了表观反应速率常数K。研究结果表明,不同碳源的渗碳性能由强到弱为：NMA炭砖>碳棒>煤粉>焦炭>9RDN炭砖。碳源的渗碳性能随其石墨化程度的升高而降低。碳源中的灰分会极大影响其渗碳性能,但以团聚大颗粒形式存在的灰分并不能减弱其渗碳能力,同时Al2O3可明显降低碳源的渗碳速率。9RDN炭砖的渗碳性能低,预示着其可适应更加复杂的炉况条件。煤粉和焦炭渗碳性能偏差,煤粉以及炉料下行过程形成的焦粉进入炉缸会降低死料柱空隙度,造成炉缸不活跃,使得炉况波动频繁,并不利于死料柱渗碳和侧壁保护层的稳定。因此,要适当提升入炉焦炭粒度,增大风量,减弱未燃煤粉及焦粉对炉缸侧壁炭砖长寿的负面影响。     

焦炭床内铁水渗碳行为

摘要：高炉冶炼过程中铁水最终渗碳量接近饱和,相比而言,闪速炉中没有固体炉料的压迫作用,无法发生像高炉炉缸内死料柱根部与铁水之间的渗碳反应,最终渗碳量难以预料。为此,以电解铁和化学纯石墨为原料,利用管式电阻炉升温到1855K熔化铁块,以高纯Ar作为保护气体研究焦炭床内铁水渗碳行为,并对铁水渗碳行为进行数值模拟,为闪速炼铁工业化打下基础。实验结果表明,终铁C含量随焦炭粒度增大和渗碳床高度降低而减小,且铁水初始C含量对终铁C含量具有较大影响。对于不同条件下铁水渗碳反应中C元素的迁移规律,基于VB编程技术进行了数值模拟,模拟结果与高温实验结果较吻合,相对误差在3%以内。渗流速度控制因子始终控制在05左右,即铁水在焦炭床中的平均速度为初始滴落速度的一半左右。