Hot metal flow in a blast furnace hearth – model tests

Very recent operation measurements and test bore holes made in solidified blast furnace hearths indicate the presence of a downward-arching, convex-shaped coke zone in blast furnace hearths. By means of model tests using a two-dimensional electric simulator that stands out against previously used models because of its easy handling, simulations were made of the effects of this convex-shaped coke zone base on hot metal flows in blast furnace hearths. It was possible to detect a hot metal flow that has a different path to those known so far in the hearth bath and runs radially along the periphery of the hearth bottom to the tap hole. This flow path occurs when the coke zone rests partially on the hearth bottom centre. It causes increased stress on the refractory lining at the junction between the hearth bottom and hearth wall and in the long run can lead to extensive disintegration of the lining in these areas. When a coke zone with a convex base floats in the hearth bath, compared with a flat base, it produces no appreciable changes in the hot metal flows. As further tests showed, it is only possible to a limited extent to directly influence the hot metal flows by applying such operational measures as longer tap holes and a lower bath level.     

京唐2号高炉炉缸侧壁温度异常升高原因分析

炉缸的运行状况对高炉长寿起着决定性作用。首钢京唐2号高炉2017年8月开始炉缸侧壁温度急剧上升,对高炉的正常生产和人员安全提出了严峻考验。炉缸侧壁高温点的位置坐标表明,首钢京唐2号高炉炉缸侧壁温度异常升高的直接原因是炉缸内部铁水环流加剧对炉缸内衬的化学侵蚀和物理冲刷。进一步从铁水成分、炉底温度、铁口深度和铁水流速等因素分析,证实了2号高炉炉缸侧壁温度升高的根源在于炉缸活跃性恶化。此外,较高的硫负荷和焦炭灰分、较低的终渣碱度及水箱漏水等因素也在一定程度上促成了炉缸不活的状态。     

炉缸焦炭状态与炉况运行间关联性分析

为了研究炉缸内焦炭存在性状与炉况运行状态之间关系,采用炉内径向取样技术,通过对不同大型高炉炉缸区域所取焦炭的堆积程度、粒级存在状态、自身成分与结构以及热态性能等进行检测与分析,并统计出此阶段高炉运行指标,回归出炉缸焦炭存在状态与炉况运行指标间关联性规律。分析结果表明,炉缸内焦炭粒度每增加1 mm,约可提升喷煤量4.66 kg/t,降低燃料消耗4.77 kg/t,同时大型高炉要想获得较好的运行效果,死料柱内的渣、铁滞留量还应严格控制在45%以内。这也验证了良好高炉运行状态下,除应选用优质原燃料入炉,用以减轻炉内焦炭熔损程度,强化料柱功能外,还应在操作中贯彻以风量及风压为优先调剂举措,用于改善炉缸活跃程度。     

基于图像处理的高炉炉缸死铁层中焦粒信息分析

高炉铁口水平线下(死铁层区)死料堆的位置、大小、孔隙度、更新速度等直接决定铁水及炉渣在炉缸内的流动方式,同时影响炉缸传热、耐材的侵蚀、铁水及渣的排出速度等。使用图像处理技术对莱钢1 880m3高炉浸入死铁层中死料柱下部形状、孔隙度、焦粒尺寸、形貌分布等关键信息进行了提取。通过分析计算得到死料柱下部焦层二维孔隙度为56.73%。该区域焦粒平均粒度为15.3mm,缩减了约70%。通过形貌分析发现炉缸死铁层中焦炭更接近椭球状,该现象说明自炉顶装入后焦炭各方向消耗速度不一致,具有明显的取向性。该高炉内渣铁通过炉缸该区域死料柱焦粒过程中,水平方向与竖直方向冲刷程度较深。有助于对高炉炉缸"黑箱"进行信息解析,进一步加深操作者对于高炉冶炼过程中死料柱下部及炉缸工作状态的认知。     

榆钢2号高炉顽固性悬料的分析和处理

由于长时间连续滑尺崩料导致高炉料柱僵死,透气性急剧变差,边缘形成细小管道,处理不及时,最终导致高炉出现顽固性悬料,处理上采取休风堵风口,只留铁口两侧1#、14#风口,以增加鼓风动能,从局部逐渐烧出空间,待高炉顽固性悬料解除后由于炉缸长时间没有热量给予补充导致高炉出现炉凉,炉况顺行难以保证,后期大量集中加净焦尽快补充炉缸热量,并且采取小批重、轻负荷等措施恢复炉况,一周之后炉况逐步恢复,顺行趋于稳定。     

Numerical Simulation of Fluid Flow in Blast Furnace Hearth

SymbolList C———Coefficient,1inthepackedbedand0inother place; C1,C2,Cμ,σκ,σε———Empiricalconstant; d———Diameterofcokeparticle; H———Heightofpackedbed,m; P———Pressure,Pa; ui,uj———Velocityalongdirectioni,jrespectively,m·s-1; vA———Vel     

济钢高炉强动力冶炼技术实践

济钢高炉在立足济钢原燃料质量条件的基础上,通过对高炉炉内气体动力学的研究,以提升风量和鼓风动能、活跃炉缸为手段,逐步减少炉缸中心死焦堆的体积,增加循环区的面积,吹透炉缸中心,优化高炉工艺操作,实现高炉稳定顺行,炼铁成本低于全国行业平均水平的目标。     

焦炭质量对大型高炉稳定生产的影响

通过对太钢5号高炉的生产统计数据的分析,重点探讨了焦炭质量对大型高炉在提高煤比,降低焦比和燃料比,以及炉缸活性等方面的影响,认为焦炭质量对大型高炉在高炉腹煤气量指数生产时对炉况顺行度、透气性、焦比和炉芯温度等影响显著,并提出了大型高炉对焦炭质量指标的量化要求。     

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。     

炉缸煤气流分布的影响因素

 高炉大型化是炼铁发展的趋势,随着高炉炉缸直径的不断变大,中心不活跃区域越来越大,如何引导煤气到达炉缸中心已成为炼铁工作者关注的焦点。为了解决上述难题,通过建立炉缸煤气流动三维模型,应用CFX数值模拟软件计算煤气流速,分别研究了炉缸直径、焦炭粒径、空隙度以及鼓风动能对炉缸煤气流分布的影响。结果表明：即使炉缸内焦炭粒径及空隙度分布均匀,边缘煤气流速依然大于中心煤气流速,并且炉缸直径越大,中心煤气流越弱。炉缸内焦炭粒径和空隙度分布影响煤气流分布,提高炉缸中心焦炭粒径和空隙度有利于引导煤气到达炉缸中心。同时,为了保障高炉稳定顺行,鼓风参数必须和炉缸透气性协调一致,不能过于依靠提高鼓风动能吹透中心。     

宝钢2号高炉炉缸破损调查及机理研究

宝钢2号高炉停炉后,对炉缸破损情况进行了宏观调查和微观的分析,发现在铁口夹角之间的碳砖侵蚀最为严重,碳砖热面普遍存在脆裂带,炉缸内不同区域的化学成分有较大差异。2号高炉长寿主要原因是炉缸整体良好的导热性能和有凝铁层的保护。而导致炉缸破损的主要原因是热应力作用和铁水对碳砖的侵蚀。     

沙钢3号高炉炉缸安全评估分析

为探究沙钢3号高炉炉缸侧壁温度升高原因,对沙钢3号高炉开炉以来的热电偶温度数据及热流强度变化趋势进行统计,并计算了炭砖的残余厚度.结合3号高炉的死铁层深度及冷却系统设计等参数,对炉缸侧壁温度升高的原因进行了解析.结果表明,沙钢3号高炉炭砖侵蚀薄弱区域处于铁口下方1?2 m,最薄位置处于西铁口,炭砖残余厚度约为517 m...     

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.     

Model of Blast Furnace Hearth Drainage

The hearth plays an important role in the operation of the ironmaking blast furnace (BF). A simplified simulation model of the hearth based on the general principles of liquid drainage has been extended to make the model more practical and comprehensive. The tap rates of the liquids are determined by production and taphole conditions, including taphole diameter and length, and the tap‐end conditions are iteratively calculated to yield a quasi‐stationary tap cycle. The model, which considers both a sitting and a (partially) floating dead man, is illustrated with the use of a set of examples, where the effect of variables on the drainage behavior is studied. The model is finally validated by applying it to short‐term data from an industrial BF.     

方大特钢4号高炉炉缸异常开裂教训

方大特钢4号高炉因炉缸异常开裂被迫停炉,通过调查分析,其最主要原因是Zn对高炉内衬的严重侵蚀破坏作用,其次是碱金属Na的侵蚀和炭砖质量问题,Pb的渗入及渣口一侧冷却壁受损漏水是炉壳开裂过大的原因。此事故的深刻教训:高炉炉缸应采用材质为Q235B、厚度为50mm及以上钢板;新设计高炉取消渣口,炉底设置排Pb口;高炉开炉后应有一定护炉期,形成炉缸保护层;控制原燃料有害元素负荷,做好排Zn、Na、Pb研究工作;高炉炉缸多次开裂时,应有准备并及早彻底处理;采取炉顶加入钛矿结合风口喂线对高炉进行连续针对性护炉,延长高炉寿命。     

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。     

武钢1号高炉冶炼专家系统开发的新进展

武钢等单位开发的高炉专家系统已在武钢1号高炉投入生产运行.该专家系统的主要功能包括:高炉布料控制、炉温预报、高炉操作炉型的管理及控制、高炉炉缸炉底侵蚀的预测模型,以及理论焦比计算模型等.以上模型已在线运行一年多,对改善高炉操作发挥了重要作用.