鞍钢铜冷却壁高炉操作炉型管理模型开发与应用

对鞍钢铜冷却壁高炉操作管理模型的建立方法进行了阐述,并对在2号高炉上的实践进行了总结.根据经验知识和实验室热态模拟实验结果,利用传热模型反推计算,建立铜冷却壁高炉操作炉型管理模型,可对铜冷却壁热面渣皮厚度进行实时计算,实现操作炉型管理.鞍钢2号高炉应用结果表明,铜冷却壁操作管理模型可对渣皮脱落部位、炉腰和炉身下部铜冷却壁热面温度和渣皮厚度变化趋势进行判断,提示操作人员及时采取措施,控制渣皮厚度适宜并保持稳定,减少铜冷却壁区域热损失,并保证高炉操作炉型合理.     

高炉铜冷却壁渣皮生长传热分析

建立了高炉铜冷却壁非稳态传热分析模型,利用ANSYS单元生死技术模拟了冷却壁表面的渣皮再生行为,分析了渣皮脱落后的生长规律及壁体温度和热负荷的变化过程。结果表明,渣皮生长遵循幂函数规律。经过计算,渣皮脱落0.9 min时铜壁测量点温度达到最高值59℃,经过23.5 min趋于稳定。铜冷却壁承受的最高热负荷为107.8 kW/m2,热面最高温度达到123℃。     

高炉铜冷却壁炉墙监控

介绍了高炉铜冷却壁的一种监控方法，实现了对铜冷却壁炉墙热面温度和渣皮厚度进行监控和高炉炉墙内型的可视化。从实践的角度证明了铜冷却壁炉墙监控的必要性，给出了本监控方法的实现思路。在对铜冷却壁前段渣皮进行监控的过程中发现：通过监控可以在操作过程中防止铜冷却壁裸露、结瘤等异常发生；通过调整高炉操作维持适当厚度的渣皮，能实现高炉长寿和高效的结合，最优化高炉操作和最大化高炉生产。     

薄型铜冷却壁的研发

为了降低高炉铜冷却壁的造价,开发了一种厚度为90mm的薄型铜冷却壁.通过热态试验分别测量了冷却壁热面直接裸露在高温炉气下以及热面挂上30mm后的渣皮两种情况下冷却壁的温度分布,并与普通铜冷却壁的试验结果进行了比较.结果表明:薄型铜冷却壁热面温度略低于普通铜冷却壁,且能有效降低角部温度,能满足高炉长寿的要求.     

铜钢复合冷却壁稳态传热分析

建立了铜钢复合冷却壁的稳态传热模型,利用ANSYS单元生死方法模拟冷却壁表面渣皮熔化行为,分析冷却壁温度分布、渣皮厚度及热负荷。结果表明:复合冷却壁附近炉气温度是影响其传热行为和渣皮厚度的主要因素;渣皮在冷却壁表面分布不均匀,随着炉气温度升高渣皮不均匀性逐渐增加;提高水速和全铜质壁体可以有效降低壁体温度,但对热负荷、渣皮厚度影响较小;在炉气温度1 200~1 400℃范围内,复合冷却壁的铜壁最高温度为125℃,承受热负荷达到82.8 kW/m2,能够满足高炉高负荷区的冷却要求。     

高炉渣皮厚度的传热分析

通过有限元软件ANSYS建立高炉冷却壁三维传热模型,利用单元生死技术创立渣皮熔化迭代方法,分析稳态下工艺参数对渣皮厚度的影响.分析结果表明:高炉内炉气温度对渣皮厚度的影响最显著,而冷却水水速影响很小;降低冷却壁气隙宽度可以有效改善高温炉气下的挂渣情况;冷却壁上的渣皮厚度与冷却壁热电偶测定点温度及热负荷之间存在明显的对应关系.采用熔化迭代方法建立的数学模型优化了冷却壁传热分析,能够直接计算不同条件下高炉冷却壁上渣皮厚度.     

不同工况下铸铁冷却壁热负荷分析

采用有限元软件ANSYS建立高炉冷却壁稳态传热模型,利用ANSYS单元生死技术模拟冷却壁表面渣皮熔化行为,以计算铸铁冷却壁在渣皮稳定、渣皮脱落、冷却壁烧损和冷却壁烧毁4种工况下的温度分布和热负荷。分析结果表明,冷却壁热负荷随着炉气温度的升高而增加,提高冷却水速度和壁体烧损变薄对热负荷的影响较小。渣皮脱落和冷却壁完全消失造成热负荷急剧增加。     

首钢股份高炉铜冷却壁使用维护技术

简要分析了铜冷却壁的破损形式和破损机理,并结合首钢股份3座高炉操作实践,重点总结了铜冷却壁使用维护技术。铜冷却壁使用维护技术的关键是铜冷却壁热面必须要有一定厚度的渣皮,而要维持稳定且有一定厚度渣皮,一是炉外要强化冷却效果,二是炉内要维持良好的挂渣环境。首钢股份高炉通过控制合理的冷却水进水温度、冷却水流量和边沿煤气流分布等,投产多年以来实现了铜冷却壁零损坏的良好业绩。     

铜冷却壁炉墙内型管理传热学反问题模型

铜冷却壁要长期安全地工作，在其热面必须有渣皮覆盖；同时铜冷却壁的高导热能力很可能导致炉墙结瘤，因此，对炉墙监控有利于高炉长寿，同时也是实现长寿和高效的结合点。结合首钢高炉的现场实际情况，采用传热学反问题的方法，开发了铜冷却壁炉墙内型管理模型，对渣皮状况进行跟踪，从而为高炉操作提供依据和条件，有利于避免铜冷却壁裸露、炉墙结瘤等异常发生。     

高炉冷却壁非稳态传热热态实验分析

 冷却壁安全工作是保证高炉长寿的基础。通过设计并建造冷却壁热态实验炉,研究了高炉铸铁冷却壁热面无渣皮和有渣皮时的非稳态传热过程,考察了不同炉气温度条件下冷却壁热电偶温度的变化规律。回归得到了炉气在升温阶段、稳定阶段、降温阶段时冷却壁热电偶温度随时间的变化关系式。计算得出了冷却壁热面在有无渣皮条件下的平均热流强度,回归得出了炉气平均对流换热系数随炉温的变化关系。结果表明,冷却壁热面在有渣皮时热电偶温度的变化速率显著低于无渣皮时的变化速率,冷却壁破损的主要原因是冷却壁温度的反复变化和渣皮的频繁脱落而产生的热应力。     

高炉铜冷却壁传热分析

利用自行开发的冷却器计算机软件,计算了铜冷却壁温度场。计算结果表明：铜冷却壁能够有效地降低炉内一侧冷却壁热面温度,使其表面能够迅速凝固一层渣铁壳,从而减小炉墙热量损失和延长冷却器寿命,最终延长高炉寿命。     

CaO-SiO2-Al2O3-Fe2O3渣系脱磷行为

利用Factsage软件计算了Al2O3含量对CaO-SiO2-Al2O3-Fe2O3四元渣系熔点和黏度的影响,并通过实验研究了在1 400℃时,CaO-SiO2-Al2O3-Fe2O3四元渣系对高磷铁水脱磷行为的影响.结果表明:渣中Al2O3的质量分数在3％～6％之间时,随着A12O3含量的增加,渣系的熔化温度迅速降低,进一步增加渣中的A12O3含量,渣系的熔化温度逐渐增加;Al2O3对CaO-SiO2-Al2O3-Fe2O3渣系的黏度影响不大;渣中Al2O3的质量分数在3％～6％之间变化时,渣系脱磷能力变化不是很大,脱磷率维持在91％左右,进一步增加渣系中A12O3的量,脱磷率逐渐下降;Al2O3对脱磷率产生影响可能是其改变了炉渣中液相所占比例,进而影响磷从铁水中向液相渣的传质过程.     

冶炼钒钛磁铁矿高炉的铜冷却壁挂渣分析

建立高炉铜冷却壁三维传热模型,利用有限元软件ANSYS进行稳态传热分析,研究了钒钛磁铁矿冶炼时挂渣特点。分析结果表明,由于含钒钛高炉渣铁珠含量高,使渣皮显著增厚导致渣皮稳定性下降。将铜冷却壁热电偶测量点温度控制在60～80℃,可以提高渣皮稳定性,保证铜冷却壁安全工作。在现有工艺条件下,把水速从2.3 m/s降低到1.5 m/s对挂渣影响很小。     

安钢7#高炉造渣制度的调整实践

选择合适的炉渣碱度和成分,是高炉炼铁得到合格铁水和保持炉缸良好工况的关键.安钢针对7#高炉原料条件的变化,通过在炉料中合理添加蛇纹石有效改变了炉渣中Al2O3含量高而MgO含量低的状况,得到了适宜的炉渣成分,保证了炉温、炉渣性能的稳定,为改善高炉的冶炼效果创造了有利条件.     

Al_2O_3-CaO-CaF_2渣系性能的研究

对Al_2O_3-CaO-CaF_2渣系的初晶温度、电导率以及物相组成进行了研究。研究结果表明:向CaO-Al_2O_3二元系中分别添加10%、15%以及20%的CaF_2时,Al_2O_3-CaO-CaF_2系的渣样电导率随着CaF_2含量的增加而增大,初晶温度不断降低;随着渣系的温度升高,该渣样的电导率也不断增大,当添加20%CaF_2时,Al_2O_3-CaO-CaF_2渣的初晶温度为1 468℃。A_2O_3-CaO-CaF_2渣系中主要物相组成为CaAl_2O_4、Ca_2Al_3O_6F、Ca_2AlF_7以及AlF_3。CaF_2添加量为10%时,熔渣中有大量的CaAl_2O_4物质,随着CaF_2添加量的增加,CaAl_2O_4物质越来越少,而Ca_2Al_3O_6F和Ca_2AlF_7物质越来越多。     

太钢3号铜冷却壁高炉定检快速恢复实践

 太钢3号高炉在炉腰至炉身下部安装了4层铜冷却壁,由于铜冷却壁的高导热性,使3号高炉在定检恢复时,多次出现渣皮脱落,热负荷波动频繁,严重时出现炉凉、崩料和煤气流失常等事故。针对定检后炉况难恢复的特点,3号高炉通过制订详细的定检休、送风计划,在送风后按目标节点恢复风、氧量,并对喷煤、风温、燃料比、渣铁热量和渣铁排放等进行量化控制,实现了定检35 h以上,20～24 h的成功快速恢复。     

铜钢复合冷却壁热力耦合分析

采用ANSYS建立铜钢复合冷却壁的传热和热应力模型,分析稳定挂渣及渣皮脱落后的温度和热应力分布.结果表明,炉气温度是影响壁体温度、渣皮厚度、热负荷和应力状态的主要因素.在稳定挂渣时,铜壁最高温度为124℃,热负荷81.1 kW/m2,变形量比铜质冷却壁有所减少.在渣皮脱落后,铜壁温度和应力快速上升,5 min后趋向稳定.在冷却壁裸露的情况下,铜壁和钢板之间仍然保持牢固结合.     

铜冷却壁冷却恢复技术的传热过程

 铜冷却壁在正常状态时由于良好的导热性,在其热面形成稳定的渣铁壳,起到保护冷却壁的作用。近几年,高炉的铜冷却壁水管损坏时有发生,而当冷却壁水管损坏1或2根时,冷却壁能否继续正常工作值得研究。计算了铜冷却壁在水管完好和部分水管损坏时的温度场分布,发现单根水管损坏使热面温度急剧升高近110℃,加剧冷却壁烧损,需及时恢复冷却壁的冷却能力。通过用金属软管修复破损水管,分析了软管直径、水速、水管填料的导热系数等因素对冷却壁温度场的影响。结果表明,软管在允许条件下应选用较大内径,选取较大导热系数的填料。利用软管修复单个水管后,壁体最高温度下降约90℃,对于损坏少数水管的冷却壁能有效修复。     

高炉铜冷却壁取样研究及破损原因分析

 在整个高炉结构中,炉身下部至炉腰炉腹位置是影响高炉寿命最薄弱环节之一,铜冷却壁应用该区域可形成“渣皮”作为永久性炉衬,有效延长高炉中部寿命,实现了高炉高效和长寿的统一。然而,在生产实践中渣皮频繁脱落,铜冷却壁热面裸露,导致铜冷却壁大面积破损,严重影响生产。针对鞍钢某高炉铜冷却壁破损情况进行了简单的介绍;采用金相分析、扫描电镜及能谱分析和化学分析方法,对破损的高炉炉腰段铜冷却壁进行取样研究。研究结果表明：在高炉内服役过程中,铜冷却壁中氧含量偏高,在受到高温煤气流冲蚀后,在其热面产生了“氢脆”现象,这是造成铜冷却壁破损的根本原因。提出了防止铜冷却壁破损的建议。