高炉炉缸部的传热过程

建立了高炉炉缸传热的数学模型，这一模型可精确地分析热中度与炉墙及渣皮厚度之间的定量关系，为合理调节炉缸部位冷却 度，以有效控制渣皮形成和砌筑薄炉墙奠定了理论基础，通过数值计算的结果表明，耐火砖的导热性对炉缸的传热过程及其寿命起着生命重要的作用，导热系数大的砖衬能流过大热流，承受较大范围的热流波动，并地形成相对稳定的渣皮，从而保护了炉衬。     

高炉炉缸炉底侵蚀预测数值模拟

基于3 200m3高炉炉缸炉底设计及生产过程中侵蚀的实际情况,利用ANSYS软件,从传热学的角度出发,建立了高炉炉缸炉底侵蚀二维物理模型,通过数值模拟的方法,研究该高炉从开炉初期、中期、中后期、后期高炉炉缸炉底温度场分布.模拟计算表明,1 150℃侵蚀线位于铁口下方区域和炉缸炉底交界处,但无明显“象脚状”侵蚀.对比高炉不同服役时期温度场和1 150℃侵蚀线分布,分析导致其变化的原因,同时对影响高炉炉缸内衬温度的若干因素进行探讨.     

高炉炉缸长寿维护实践

做为90年代比较流行的炉型设计,6#高炉炉缸有一定的特点,本文从侵蚀机理的角度出发,分析了6#炉炉缸侵蚀基本情况,总结出相应的维护和长寿措施,对后期炉役的生产有一定指导意义     

基于边界元法的高炉炉底炉缸侵蚀模型

通过边界元法建立了高炉炉底炉缸传热数学模型．采用基尔霍夫变换把非线性问题转化为线性问题，解决了利用边界元法建立高炉炉底炉缸侵蚀模型把导热系数看成常数而造成计算精度下降的问题．求解控制高炉炉底炉缸传热过程的热传导方程，再通过正交试验的方法确定满足实测边界温度分布的侵蚀边界．该模型可在线预测高炉炉底炉缸1150℃等温线的位置和形状，以了解和分析炉底炉缸的破损情况．结果表明，监测点热电偶温度值和模型计算值吻合较好．     

高炉炉缸炉底温度场和应力场模拟分析

为进一步研究高炉炉缸炉底在生产过程中的侵蚀成因,对某企业2 580 m3高炉建立二维传热模型,运用软件求解得到该高炉开炉初期和炉役末期的炉缸炉底温度场分布;对侧壁碳砖进行温度场求解并与应力场耦合得到其径向热应力分布。结果表明,该企业高炉"陶瓷杯+微孔炭砖"型复合炉缸炉底结构设计合理,死铁层的长期热应力作用导致侧壁炭砖发生崩角并加速形成环裂,是炉缸破损的主要原因之一。     

承钢高炉炉缸沉积物的形成机理

在热力学分析的基础上,研究了承钢高炉炉缸沉积物的形成机理。结果表明：承钢高炉炉缸沉积物中的高熔点物质主要为TiC及少量的Ti（N,C）、Ti（C,N）。炉渣中的TiO2与焦炭发生直接还原反应生成TiC,随着铁液的形成,渣中的TiC被铁滴吸附,包裹在铁滴周围。TiC包裹着铁液沉降到炉底形成炉缸沉积物;在渣-铁界面和铁水-炉底耐火材料界面,由于浓度梯度和温度梯度的存在析出Ti（N,C）、Ti（C,N）,铁水和炉渣团聚在炉缸中形成炉缸沉积物。     

不同冷却壁与炭砖组合结构高炉炉缸的温度场分布

本文以武钢高炉炉缸为基础,建立了不同冷却壁选型和炭砖结构炉缸的传热数学模型,并对各炉缸在烘炉、全炉役周期及炉缸自保护期的温度场进行模拟研究.结果表明,烘炉阶段通过调节冷却壁水速或水温均无法使炭捣料层温度达到其固结温度,需采用停水烘炉才能有效改善炭捣料层的固结效果;不同结构炉缸在炉役初期,当炉衬残余厚度相同时,炭砖热端温...     

承钢高炉炉缸沉积物的形成机理

在热力学分析的基础上,研究了承钢高炉炉缸沉积物的形成机理。结果表明:承钢高炉炉缸沉积物中的高熔点物质主要为TiC及少量的Ti(N,C)、Ti(C,N)。炉渣中的TiO2与焦炭发生直接还原反应生成TiC,随着铁液的形成,渣中的TiC被铁滴吸附,包裹在铁滴周围。TiC包裹着铁液沉降到炉底形成炉缸沉积物;在渣-铁界面和铁水-炉底耐火材料界面,由于浓度梯度和温度梯度的存在析出Ti(N,C)、Ti(C,N),铁水和炉渣团聚在炉缸中形成炉缸沉积物。     

韶钢8号高炉炉缸侧壁温度升高的处理

韶钢8号高炉炉缸13扇区侧壁温度出现异常升高,影响高炉生产安全。经分析得出主要原因是侧壁存在气隙和铁水环流加剧造成的。通过采取降低冶强,休风堵风口,优化炉外、内操业和钻孔灌浆等措施,成功地解决了炉缸侧壁高的问题。     

有害元素对高炉炉缸侧壁碳砖的侵蚀

对湘钢2号高炉炉缸七个有代表部位的样品进行扫描电镜、能量色散谱、X射线衍射和原子吸收光谱分析,研究有害元素对高炉炉缸侧壁碳砖的侵蚀以及粉化断裂机理.结果表明,高炉炉缸不同部位的碳砖侵蚀机理不同.第一层以有害元素在碳素熔损反应中的催化作用及生成白榴石为主;上部碳砖侵蚀以K渗透到砖缝中,改变砖质为主;风口以Zn侵蚀为主;铁口K含量较多,另有Pb富集.同种有害元素在不同部位侵蚀碳砖的机理有所不同.K元素在最上部以催化作用为主,在下部以渗透到碳砖内部使碳砖改性为主;Zn在风口碳砖有明显的结晶,在炉缸炉底上部含有大量的Zn并没有结晶,而是附着在砖表面上部.     

Formation mechanism of the protective layer in a blast furnace hearth

A variety of techniques, such as chemical analysis, scanning electron microscopy-energy dispersive spectroscopy, and X-ray diffraction, were applied to characterize the adhesion protective layer formed below the blast furnace taphole level when a certain amount of titanium- bearing burden was used. Samples of the protective layer were extracted to identify the chemical composition, phase assemblage, and distribution. Furthermore, the formation mechanism of the protective layer was determined after clarifying the source of each component. Finally, a technical strategy was proposed for achieving a stable protective layer in the hearth. The results show that the protective layer mainly exists in a bilayer form in the sidewall, namely, a titanium-bearing layer and a graphite layer. Both the layers contain the slag phase whose major crystalline phase is magnesium melilite (Ca₂MgSi₂O₇) and the main source of the slag phase is coke ash. It is clearly determined that solid particles such as graphite, Ti(C,N) and MgAl₂O₄ play an important role in the formation of the protective layer, and the key factor for promoting the formation of a stable protective layer is reasonable control of the evolution behavior of coke.     

Formation mechanism of the graphite-rich protective layer in blast furnace hearths

A long campaign life of blast furnaces is heavily linked to the existence of a protective layer in their hearths. In this work, we conducted dissection studies and investigated damage in blast furnace hearths to estimate the formation mechanism of the protective layer. The results illustrate that a significant amount of graphite phase was trapped within the hearth protective layer. Furthermore, on the basis of the thermodynamic and kinetic calculations of the graphite precipitation process, a precipitation potential index related to the formation of the graphite-rich protective layer was proposed to characterize the formation ability of this layer. We determined that, under normal operating conditions, the precipitation of graphite phase from hot metal was thermodynamically possible. Among elements that exist in hot metal, C, Si, and P favor graphite precipitation, whereas Mn and Cr inhibit this process. Moreover, at the same hot-face temperature, an increase of carbon concentration in hot metal can shorten the precipitation time. Finally, the results suggest that measures such as reducing the hot-face temperature and increasing the degree of carbon saturation in hot metal are critically important to improve the precipitation potential index.     

高炉冷却壁冷却能力影响因素分析

通过对某厂生产的高炉铸铁冷却壁进行热阻分析,计算不同参数条件下冷却壁本体与冷却水之间的综合换热系数,从而探讨冷却水速、水垢厚度、涂层厚度、气隙厚度等因素对高炉冷却壁冷却能力的影响。结果表明,提高冷却水速、减少水垢、减小涂层厚度均可提高冷却壁本体与冷却水之间的综合换热系数;气隙热阻占总热阻的71.6%以上,是影响冷却壁冷却能力的限制性环节,减小气隙厚度可以明显提高综合换热系数。冷却壁本体与冷却水之间的综合换热系数在121.5~343.8 W/(m2·℃)范围内。     

高炉雷达料面测量信号处理系统改进

研制用于高温恶劣生产环境下新型冶金专用雷达.采用改进的调频连续波测量原理,提高了固体雷达料面测量的实时性.提出一种新的智能时变阈值信号处理方法,解决了因高炉内料面反射系数变化影响雷达测距精确性问题.实验室模拟仿真固粉态料面测量表明,该冶金雷达测量料面的跟踪延时在0.2 s以内,最大跟踪测量平均误差控制在0.05%.现场测试结果表明,测量平均误差0.95%,能够实时稳定地跟踪料面变化,满足高炉监控需求.     

氧气高炉回旋区内煤粉燃烧行为的数值模拟

炉顶煤气循环-氧气鼓风高炉炼铁新技术的工艺特点决定了煤粉在其回旋区内的燃烧条件与传统高炉相比将发生很大变化.本文建立了氧气高炉直吹管—风口—回旋区下部煤粉流动和燃烧的数学模型,研究了入口布置方式、氧含量、循环煤气温度以及H2 O和CO2含量对煤粉燃烧的影响.模拟结果表明：三种引入方式中,假想的循环煤气和氧气混合进入方式明显优于循环煤气和氧气单独进入方式.当氧的体积分数由80%增加到90%,相应的煤粉燃尽率由87.525%提高到93.402%.循环煤气温度对煤粉燃尽率的影响并不显著.循环煤气中H2 O和CO2的体积分数提高5%,风口轴线上气体的最高温度分别降低124 K和113 K.     

氧气高炉多流体数值模拟与分析

为研究不同氧气高炉操作流程及操作参数对高炉内部过程产生的影响,预测氧气高炉流程各参数的变化规律,基于多流体理论、冶金传输原理、冶金反应动力学与热力学理论以及计算流体力学建立了普通高炉多流体模型,并在此基础上修改边界条件及内部相关参数,建立氧气高炉多流体数学模型。通过建立的模型分别对普通高炉和气化炉氧气高炉(GF-FOBF)流程中的氧气高炉进行了模拟计算,得到两种工艺流程下高炉内温度场、浓度场和速度场等典型参数的分布情况。通过对计算结果的对比,分析了氧气高炉操作条件下炉内状态的主要特征和相对于普通高炉发生的变化,发现氧气高炉内部速度场、温度场均发生变化,特别是气相组分的均匀分布问题明显。本模型可为氧气高炉流程试验及流程开发提供参考。     

高炉炉缸死焦堆受力分析与计算

建立了一个特殊情况下死焦堆在炉缸中的受力模型,推导出了最小死铁层深度的计算公式,并用某高炉解剖数据进行了验证,结果表明该模型可靠.在此基础上提出了一般条件下的死料柱受力模型,推出了一个用于估算一般情况下死焦堆浮起高度的公式,并讨论了死焦堆浮起高度与炉渣液面高度的关系.     

高炉喷吹煤粉的粉体流动性与煤质相关性

利用Carr粉体流动指数法评价高炉喷吹煤粉的流动特性及喷流特性,研究了煤岩显微组分、变质程度等煤质特性对高炉喷吹煤粉流动性的影响.研究发现,流动特性与喷流特性几乎呈负相关.煤变质程度对煤粉流动特性及喷流特性都有显著影响.变质程度低的烟煤,流动特性差,喷流特性好;变质程度高的无烟煤,流动特性好,喷流特性差.镜质组体积分数为60%～70%时,流动特性指数较差;体积分数在83%～95%,由于影响因素较多,流动特性与镜质组没有相关性.丝质组与喷流特性正相关,与流动特性负相关.矿物质与煤粉流动性无相关性.     

无钟高炉炉料分布预测模型

为提高无钟高炉炉喉料面的预测精度,建立了考虑炉料运动的炉料分布数学模型.在分析炉料运动的基础上,指出了炉料运动是影响炉料堆积过程的重要因素,采用尺寸比1:10的无钟布料器模型试验分析了不同炉料分速度对炉料堆积行为的影响,建立了考虑炉料运动因素的料堆轮廓预测模型,并通过数值方法确定了料堆的位置和料面轮廓曲线,应用于料面形状的预测.结果表明:炉料的运动是造成料堆两侧堆积角差异、料堆横截面面积变化以及料面轮廓改变的重要原因,料堆轮廓采用直线段和曲线相结合的方式进行构造,炉料的堆积角和曲线过渡区域长度作为重要的模型参数均考虑了炉料速度的影响,模型构造的轮廓接近真实料堆形状,应用该模型实现了炉喉料面的准确预测.