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。     

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。本文以流体力学有关理论为基础,建立炉缸炉底三维流体数学模型,应用FLUENT软件,针对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进行研究。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。     

高炉操作对炉缸侵蚀的影响

 沙钢宏发炼铁厂1号高炉因炉缸侵蚀于2011年1月进行大修。炉缸内第6、7层碳砖侵蚀最严重,呈异常三角形侵蚀。通过对炉缸碳砖的分析和操作条件的模拟,发现高炉锌负荷过高和铁水环流是加剧炉缸侵蚀的主要原因。宏发高炉的锌负荷偏高,使ZnO在炉缸第6、7层碳砖中严重富集,导致碳砖导热系数下降,热膨胀系数增加,加剧碳砖的熔蚀和热应力引起的侵蚀。另外,由于原料质量和操作原因,使得宏发高炉的铁口长度较短、无焦区偏小和死料柱的透气透液性有时较差,加剧了铁水环流对炉缸的侵蚀。可以通过控制入炉锌负荷,延长铁口长度、控制死料柱的尺寸、提高焦炭质量和控制合适的喷煤比来改善炉缸的侵蚀。     

高炉炉缸内衬结构分析

从讨论高炉炉缸内衬的破损因素着手，对传统在炭块或微孔大炭块，陶瓷杯及热压岩砖三种炉缸内衬结构进行了分析比较。作者认为，热压炭砖砌成的炉内衬是较为可靠的一种结构形式。     

高炉炉缸内衬的温度场设计及其状态与寿命研究

根据高炉炉缸在实际生产中的情况,将炉缸内衬划分为有限单元,采用能量平衡原理建立炉缸内衬温度分布模型,并应用于高炉炉缸内衬设计,进而对炉缸的工艺设计做必要的调整优化,以此获得合理的炉缸内衬温度分布。在此基础上,通过实际生产中的内衬温度推测炉缸内衬侵蚀程度,对炉缸内衬的寿命进行预测。研究结果表明:采用了温度场分布设计技术优化的碳砖-陶瓷杯炉缸内衬的高炉,陶瓷杯侵蚀速率很缓慢,推测蒜头状部位的陶瓷杯使用时间可达10 a以上。     

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。     

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。     

高炉炉缸耐火材料内衬的磨损机理

近年来,为了满足提高高炉利用系数等的需要,高炉炉缸铁水温度有所提高,这就导致了炉缸耐火材料内衬的极度磨损.虽然目前有很多关于炉缸耐火材料及其性能对比试验的报道,但几乎没有关于这些材料的反应机理和进一步变质方面的报道.对比了两种不同碳含量材料实验室实验结果,弄清了炉缸内衬耐火材料的各种反应机理和改善其恶化的措施.根据炉缸内衬的磨损机理,提出一些实际操作措施,以延长高炉寿命.     

生成结渣前后高炉炉缸流场的分析

为探究炉缸炉底在正常侵蚀的情况下和出现挂渣之后侵蚀的情况下炉缸内铁水流场的区别。以流体力学理论基础,建立了炉缸炉底在侵蚀前后铁水流场的三维数学模型和炉缸内生成结渣之后铁水流动对炉缸炉底的侵蚀情况的三维数学模型。利用CFX软件,研究不同时期炉缸炉底的速度矢量和不同位置的流线。结果表明,生成挂渣前后炉缸出现环流现象,但是由于挂渣粘附在炉缸上,对炉缸有一定的保护作用,同时炉缸内出现挂渣之后减小了炉缸的内部构造,使铁水流出出铁口的速度加快。在生产中可利用生成挂渣,加快出铁速度,同时依靠挂渣的保护作用,延长高炉炉缸的使用年限。     

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.     

国外高炉炉缸长寿技术研究

高炉长寿是系统工程。介绍了国外一批长寿高炉的经验。介绍了近20多年来对长寿高炉进行的解剖;提出了在日常生产中,延缓炉缸侵蚀的措施:如炉缸侧壁形成凝结层,改进出铁制度控制铁水环流;改变死料堆的内部结构避免局部侵蚀。还提出了在炉缸不同侵蚀阶段采用相应的具体措施。     

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In order to improve the accuracy of calculation for erosion of lining of blast furnace hearth and shorten the calculation time, quasi- 3D dimensional method was used for calculation of erosion for shaft section of lining of blast furnace hearth. The calculation used the correction item of circumferential heat transfer to replace circumferential heat transfer and gave the treatment method for correction item of circumferential heat transfer. The erosion model for axial section of lining of hearth was established by using ANSYS software. The successive approximation method was adopted to modify the boundary of erosion, then the steady- state calculation was done. The calculation steps of quasi three dimensional method was described. The difference between the models established by 2D method and quasi- 3D method was analyzed by actual example. The simulation results show that quasi- three- dimensional method has a smaller amount of calculation but higher accuracy than two- dimensional method, which verifies that quasi- three- dimensional method is suitable to analysis of erosion.     

炉缸炭砖侵蚀过程及基于AHP的界面反应调控

 为了延缓炉缸炭砖侵蚀,基于炉缸破损调查试样分析和试验结果,研究了炉缸炭砖侵蚀过程,提出了基于层次分析理论(analytic hierarchy process,AHP)的界面反应综合调控技术。结果表明,炭砖侵蚀经历3个过程:铁水润湿炭砖、铁水渗透炭砖和铁水溶解炭砖。非稳态下铁水对炭砖的润湿作用使界面迅速由气-固界面转变为液-固界面;铁水渗透在炭砖微晶结构的作用下呈现出树枝状特征,且渗透面积越大、渗透延展度越高,炭砖脆化现象就越明显;在铁水碳欠饱和度的作用下,脆化的炭砖易溶解进入铁水中,导致炭砖被侵蚀。基于AHP的界面反应综合调控技术可帮助高炉操作者明确调控方向和调控重点措施,应从铁水成分调控和炭砖性能调控的几个关键技术采取措施以延长炉缸寿命。     

高炉碳砖抗铁水溶蚀性能的研究

模拟高炉炉缸生产条件，研究了定量测定高炉碳砖的抗铁水溶蚀性能的方法。该方法实验证明，铁水温度升高、流动速度加快均能加速碳砖溶蚀，此外，碳砖质量对其溶蚀性能有极大的影响。提出了延长高炉寿命的措施。     

1800m3高炉炉缸炭砖侵蚀调查及机制分析

为延长高炉的使用寿命和掌握炉缸砖衬的侵蚀机制,结合绘制的炉缸侵蚀炉型图,并借助扫描电镜、EDS电子探针和X射线衍射仪等手段分析炉缸炭砖的形貌、元素和物相.研究表明:炉缸炭砖表面上有明显的白色絮状物,且炭砖表面出现疏松和粉化的现象,导致炭砖出现裂缝,加快炭砖侵蚀;富集在炭砖热面的钛化物起到了保护衬作用,使有害元素难以存在...