高炉炉缸炉底合理结构研究

从传热学的角度出发,通过对炉缸炉底温度场的分析计算,论证了炉底全部砖层的热阻并不只是一个统一的整体,总热阻相同而结构不同的炉底,温度场分布也不同,阐明了全炭砖炉底和陶瓷杯复合炉缸炉底存在的弊端及其根本原因,进而根据铁水和冷却水的不同影响范围,提出"避热"和"扬冷"的概念.给出了"扬冷避热型梯度布砖法"的炉缸炉底设计,并经过计算分析论证了该类型的炉缸炉底利于可再生的"自保护"渣铁壳的形成和稳定存在,不但可以延长炉缸炉底的寿命,还可以降低其成本及热量损失.     

太钢新建4350 m~3高炉长寿炉缸炉底研究

以太钢新建4 350m3高炉为例,论述了为实现高炉炉缸炉底的长寿,从高炉的设计、选材和砌筑等方面采取的一系列措施。炉缸设计采用"传热法",炉底设计采用"隔热法",炉缸炉底整体设计采用了"扬冷避热梯度布砖法"。炉缸选材使用优质高导热系数的碳砖,为了克服冷却壁与碳砖之间捣打料带来较大热阻,砌筑过程中碳砖采用顶砌冷却壁方式,并且严格控制砖衬宽度;炉壳与冷却壁采用分段灌浆。通过建立炉缸炉底传热数学模型,进一步表明了该高炉炉缸炉底优良的性能,投产后1 150℃等温线位于炉缸砖衬热面附近,有利于渣铁壳的形成;同时碳砖内部温度普遍低于750℃,温度梯度较小,碳砖脆化及热应力对砖衬的破坏作用较轻,为日后实现长寿炉缸炉底创造了必要的条件。     

鞍钢7号高炉应用自焙碳砖的实践

鞍钢７号高炉应用自熵碳砖的实践证明,自焙碳砖能够避免因温差不同引起的碳砖环形断裂和炉底热应力造成的蒜头状蚀损。但自焙碳砖在一定条件下也能形成脆化层,原因是自焙烧不充分时,碱金属侵蚀和渗铁的双重作用。     

大型高炉合理炉缸冷却制度

合理的炉缸冷却制度是保证大型高炉长寿的基础,不同冷却制度对高炉炉缸的温度分布和侵蚀状况具有直接影响.结合某4000 m3级高炉,根据传热学理论建立了高炉炉缸、炉底温度场物理模型和数学模型,通过数值模拟对"大水量、小温差"和"小水量、大温差"这两种不同炉缸冷却制度进行了研究,分析了不同冷却制度对炉缸温度场、炉缸侵蚀状况及高炉寿命的影响.结果表明,在炉役初期砖衬较厚时,不同冷却制度对炉内温度分布的影响区别不大;随着砖衬的不断减薄,不同冷却制度对炉内温度分布的影响逐渐明显;当砖衬侵蚀到一定程度后,再好的冷却也无济于事,但采用"大水量、小温差"并加强冷却可以减缓砖衬的侵蚀,延长高炉寿命.      

影响高炉炉底炉缸炭砖使用寿命的因素

对影响高炉炉底、炉缸炭砖使用寿命的因素进行了分析，认为作为长寿高炉炉底、炉缸炭砖必须具备高抗热应力、高抗碱金属侵蚀、高抗CO分解侵蚀、高抗铁水渗透、高抗氧化性能以及高抗铁水溶蚀性能。     

莱钢3^#高炉炉缸炉底温度场和应力场模拟

莱钢3^#高炉的结构设计采用“陶瓷杯＋热模压小块碳砖”相结合的复合炉缸炉底结构,炉底采用低导热系数的陶瓷材料,炉缸侧壁为较薄的陶瓷杯＋UCAR／小块碳砖结构＋铜冷却壁结构。通过对炉缸炉底温度场及热应力计算可知,1150℃与870℃等温线处于陶瓷层内,减小了发生“蒜头状”侵蚀及碳砖脆化的可能;使用陶瓷材料也避免了热应力对炉缸炉底的侵蚀破坏。     

长寿高炉炉底传热学分析

 高炉侵蚀归根结底是动量传输、热量传输和质量传输这三传的问题。如果炉底热面凝结一层渣铁壳,将有利于高炉长寿。目前,虽然已经有了许多数值求解三维导热微分方程的软件,但对于设计人员来说,快速评估所设计炉底热面能否形成渣铁壳有重要意义。笔者利用一维温度场分析(热阻分析)方法,通过炉底各层对冷却水冷却能力及1 150 ℃等温线的影响,估测渣铁壳的形成。最终得到影响炉底侵蚀的限制性环节,为优化高炉炉底结构设计,提高高炉寿命奠定理论基础。     

鞍钢4号高炉炉缸炉底破损调查

鞍钢4号高炉采用自焙炭砖加陶瓷砌体的复合炉缸炉底结构,大修时对炉缸炉底的破损情况进行调查,结果如下：炉缸环形炭砖断裂基本不存在,蒜头状侵蚀较轻。破损的主要原因是渣铁熔蚀、冲刷和渗铁。     

Numerical Prediction of Iron Flow and Bottom Erosion in the Blast Furnace Hearth

The blast furnace (BF) campaign life, which is limited by the hearth erosion, will be decisive for the process to maintain its dominance in ore‐based iron production, so timely prediction of the hearth erosion and proper measures to protect the hearth are important issues. The erosion at the hearth bottom has not received much attention, even though the region is believed to be the most vulnerable part of the hearth. A computational fluid dynamic (CFD) model has been developed to deepen the understanding of iron flow and refractory erosion at the bottom of the hearth. Key boundary and internal conditions, such as slag–iron interface and dead man state, are provided by a BF drainage model which reproduces the tapping process. Simulations with the CFD model illustrate how different factors affect the flow pattern, hearth erosion profile, and bottom breakage ratio. It is shown that the dead man state plays an important role for the flow behavior and erosion conditions in the hearth. The model is demonstrated to predict two erosion types that are commonly encountered in practice.     

宝钢2号高炉炉缸侧壁侵蚀原因及控制实践

通过分析宝钢2号高炉炉缸侧壁温度屡次升高的原因和操作实践的总结,证实铁水环流加剧是大型高炉炉缸侧壁侵蚀的主要原因.通过在正常生产中实施活跃炉缸操作、强化中心气流、控制炉底温度下降和加强铁口维护等操作方法,2号高炉成功地解决了炉缸侧壁侵蚀难题,效果显著.同时表明,加钛矿对维护炉底作用显著,而对控制侧壁侵蚀效果不大.     

鞍钢2580 m3高炉喂线护炉实践

针对鞍钢2580 m3高炉炉缸局部砖衬温度升高的情况,采取了从风口喂入含钛包芯线的措施进行护炉.实践表明,风口喂线能够对炉缸局部起到护炉作用,减缓了铁水对砖衬的侵蚀速度,同时具有护炉成本低、不影响高炉顺行的优点.     

济钢1750m~3高炉炉役后期炉缸侵蚀分析及对策

炉役后期的护炉生产实践以及炉缸侵蚀模型表明,济钢2#1 750 m3高炉炉缸侧壁呈现为较大蘑菇型侵蚀。分析认为炉缸侵蚀的主要原因是铁水环流的影响以及炉缸局部热流强度过高;另外,90°的铁口夹角布置以及长期频繁使用洗炉剂也加剧了炉缸的侵蚀。通过改进灌浆操作,开发局部强化冷却技术,提高了炉缸的冷却效果。同时优化操作制度,有效减缓了砖衬的侵蚀,保证了炉役后期炉缸工作本质安全。     

加档坝后高炉炉缸内剪应力对侵蚀的影响

炉缸内铁水流动产生的剪应力对炉缸内衬的侵蚀有重要影响。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CFX软件,研究了不同时期的炉缸剪应力的变化;由于铁水环流对炉缸的侧壁以及炉缸侧壁与炉底交界部位的冲刷作用较强,因此在炉缸侧壁和炉底位置修砌一道环形档坝,观察其对炉底剪应力的影响。结果表明,炉底出铁口近端受到的剪应力较大,而在出铁口远端炉底剪切应力最小;炉底剪应力随着死铁层深度的增大而减小;增加档坝可以有效地减轻炉底受到的剪应力,炉底剪应力越大,增加档坝后减轻的炉底受到的剪应力值越大。     

高炉炉缸的安全预警机制

 近年国内外多座高炉面临着炉缸侵蚀加剧的问题甚至发生了炉缸烧穿事故,炉缸寿命已成为现代高炉安全高效生产的限制性环节,但目前由于缺乏系统和量化地研究,炉缸安全预警机制尚未明确。笔者依据对不同容积、结构及耐材选择的多座高炉炉缸进行的传热学计算、热负荷及侵蚀监测,比较分析了不同类型炉缸的热负荷及侵蚀特点,对炉缸监测的一次检测元件、软件模型、评判标准、预警方法进行了探讨,提出了现代高炉炉缸安全预警机制建议。     

高炉炉缸耐火材料应用现状及重要技术指标

 从高炉长寿的角度,讨论了炉缸部位选用优质耐火材料的重要性;介绍了3种高炉炉缸耐火材料,分别是炭砖、刚玉质砖、碳复合砖,并介绍了这3种耐火材料的国内外发展情况;揭示了针对炉缸部位耐火材料的4项重要性能指标作用机理,包括热导率、铁水溶蚀指数、抗炉渣侵蚀性和微气孔化指标,并对比分析了3种耐火材料的上述性能指标。表明碳复合砖的综合性能指标优于炭砖和陶瓷杯;应用在高炉炉缸部位的耐火材料不能追求某一指标的发展,应注重各项指标协调综合提高;碳复合材料是新一代炉缸耐火材料的发展趋势。     

太钢高炉炉底炉缸长寿探讨

通过分析计算确定了太钢3号高炉侵蚀预测数学模型。为了保障高炉生产的安全,根据太钢3号高炉热电偶历史最高数据预测了炉缸炉底侵蚀状况。同时应用该软件分析铁水流动、耐材导热系数、死铁层深度和高炉异常对炉缸炉底的侵蚀影响,并得出炉缸炉底长寿的若干推论,对评价目前侵蚀状况和护炉及未来太钢长寿高效高炉的建设提出若干参考意见。     

高炉炉缸长寿与事故处理

 延长高炉寿命、提高单炉产量、降低燃料比是推动当代炼铁技术进步的主要动力。高炉使用铜冷却壁后,高炉寿命的限制性环节逐渐从炉身下部、炉腰、炉腹等高热负荷区域转向炉缸。通过对炉缸温度场、流场以及灌浆过程应力分布的模拟,系统研究了近年来国内外连续发生的多起炉缸炉底烧穿事故,结果表明：铁口两侧下方300~500mm是铁水冲刷最严重的部位;炉缸结构不合理、冷却系统不匹配、耐火材料质量差以及炉缸监测缺失是影响炉缸寿命的主要因素;减小灌浆压力及灌浆面积有利于减小砖衬热面的应力。此外对炉缸烧穿后的挖补给出了操作指导。     

2500m3高炉炉底碳砖多芯铠装热电偶修复方法

文章介绍了八钢公司2500m3高炉,因炉前泥炮液压油管泄漏引起着火,致使部分炉底碳砖及炉缸碳砖温度检测元件热电偶及补偿导线被烧毁的问题。因其是在砌筑炉体时一次性埋入的,无法抽出更换多芯型铠装热,根据现场实际情况,制定了现场损坏的多点铠装热电偶进行修复的方法。     

COREX熔融气化炉炉缸流场研究

COREX是目前应用最多、最成功的熔融还原炼铁工艺，也是唯一实现工业化生产的熔融还原炼铁工艺.与高炉炉缸相同，COREX熔融气化炉炉缸的工作状况也是影响其寿命的关键.因此，对炉缸内铁水流场进行分析是十分必要的.本文采用FLUENT对炉缸内铁水流动状态进行数值模拟与分析，得到了一些因素对铁水流场的影响规律:死料柱沉坐与浮起对流场影响较大，浮起时，通过炉底的铁水流量明显增加，对炉底的冲刷增强，但减少了对炉缸侧壁以及“象脚”部位的冲刷侵蚀；死料柱孔隙度越小，炉缸侧壁和炉缸底部无焦区铁水流速越大, 炉缸侵蚀越严重；适当减小出铁口直径，能有效降低侵蚀速度；此外出铁口角度对铁水流场影响较小.      

Design and Operation Control for Long Campaign Life of Blast Furnaces

At the beginning of 1990s, Shougang blast furnaces (BFs) No. 2, No. 4, No. 3 and No. 1 were rebuilt sequently for new technological modernization in succession. The campaign life of BFs No. 1, No. 3 and No. 4 reaches 16. 4, 17. 6 and 15. 6 years, respectively, and the hot metal output of one campaign reaches 33. 8, 35. 48 and 26. 37 Mt, respectively; the hot metal output of BF effective volume of one campaign reaches 13328, 13991 and 12560 t/m³, respectively, which reaches the international advanced level of BF high efficiency and long campaign life. In BF designing, several advanced BF long campaign technologies were adopted. BF proper inner profile was optimized, reasonable inner profile was adopted, and closed circulating soften water cooling technology was applied in 4 BFs. Double row cooling pipe high efficiency cooling stave was developed which could prolong the service life of bosh, belly and stack. Hot pressed carbon brick and ceramic cup hearth lining structure were applied and optimized. BF operation was improved continuously to ensure stable and smooth operation of BF. Hearth working condition control was strengthened, burden distribution control technology was applied to achieve reasonable distribution of gas flow, and heat load monitoring was strengthened to maintain BF reasonable working inner profile. Proper maintenance at the end of BF campaign was enhanced. Hearth and bottom service life was prolonged by adding titaniferous material and enhancing hearth cooling. Gunning of lining was carried out periodically for the area above tuyere zone.