高炉炉缸黏滞层物相及形成机理

通过对高炉炉缸黏滞层化学成分分析、XRD、SEM-EDS分析及对炉缸用碳复合砖性能、微观结构的研究,探明了炉缸黏滞层的形成机理.结果表明:碳复合砖本身致密的微观结构使其具有优良的抗渣铁侵蚀性能,且具备自护炉机制,能够形成石墨-C层、高铝渣层、石墨层多相体系.并通过计算得出高炉炉缸侧壁石墨碳析出热力学条件,表明在一定的铁水流动条件下,石墨碳与铁水存在溶解析出平衡,从而隔离开铁水与砖衬的直接接触,延缓砖衬侵蚀,实现高炉炉缸长寿.     

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.     

高炉炉缸三维稳态出铁模型

根据热流体力学原理和计算流体力学热焓-多孔介质方法,建立了包含铁水凝固相变的高炉炉缸三维稳态出铁数值计算模型.计算中采用等效对流换热系数的方法对炉缸、炉底的冷却条件进行了合理转化.结合实际高炉炉缸对其流场、温度场和渣皮形貌进行了数值计算和分析.给出了不同高炉容积利用系数和冷却条件下的炉缸铁水流动特征和结渣情况数据,可为现场操作提供技术参考.     

高炉炉缸炭砖脆化层的形成及防止

高炉炉缸炭砖脆化层的形成是危及高炉寿命的重要原因之一。调查表明，脆化层处于环裂缝外侧，环裂缝与热面间炭砖结构致密。脆化层中渗铁量低、孔隙度高、灰分未增加、碳结构的晶面距小。研究指出，脆化层是由于炭砖中的沥青粘结剂炭化后的炭框架氧化所致。为提高炭质耐火材料质量，除采用高温煅烧无烟煤，改进生产工艺外，应开发新型粘结剂。     

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。     

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     

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。     

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．     

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。     

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.     

高炉炉缸死焦堆对渣滞留率的影响

采用三维动量守恒方程、标准k-ε双方程模型、VOF多相流模型以及多孔介质模型模拟计算了不同死焦堆状态下炉缸内的渣滞留量.结果表明:炉渣滞留主要集中在死焦堆中,死焦堆外围焦炭分布是决定渣滞留率的关键;最低渣-铁界面以下区域的状态对总渣滞留率影响很小.由于铁口附近渣铁水流速远大于死料柱中流速,形成了向铁口倾斜的气-渣界面,当铁口来风时需停止出铁,导致部分炉渣来不及排出炉缸,因此改善死料柱透液性是减少渣滞留量的有效手段.     

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.     

高炉理论燃烧温度的计算

理论燃烧温度是反映炉缸热状态的重要参数之一. 提出了新的理论燃烧温度计算模型及详细的参数说明,并编制相关的计算程序. 解析结果表明:与传统的理论燃烧温度计算模型相比,新理论燃烧温度计算模型更能有效地反映炉缸热状态.     

Fe-Si particles on the surface of blast furnace coke

This study investigates the surface of unpolished samples of blast furnace (BF) coke drilled from the tuyere zone, which hosts Fe-Si particles (mostly Fe₃Si) that vary in size, shape, depth of submersion (penetration) into the coke matrix, and contact features with the surface. Based on the shape of the particles and the extent of their contact with the coke matrix, they have been grouped into three major types: (I) sphere-like droplets with limited contact area, (Ⅱ) semi-spheres with a larger contact area, and (Ⅲ) irregular segregations with a spherical surface, which exhibit the largest contact area among the three types of particles. Considering the ratio between the height (h) of the particles and half of their length at the surface level (l) along the cross-section, these three types can be characterized as follows: (I) h > l, (Ⅱ) h ≈ l, and (Ⅲ) h < l. All the three types of particles can be found near each other. The shape and the extent of the contact depend on the degree of penetration of the material into the matrix, which is a function of the composition of the particles. Type (I) particles were initially saturated with Si at an earlier stage and, for that reason, they can react less with carbon in the coke matrix than type (Ⅱ) and (Ⅲ), thereby moving faster through the coke cone. Thermodynamic calculations have shown that the temperature interval of 1250–1300℃ can be considered the starting point for Si entering into molten iron under quartz-dominated coke ash. Accordingly, the initial pick-up of Si by molten iron can be assumed to be mineral-related. In terms of BF practice, better conditions for sliding Fe-Si droplets through the coke cone are available when they come into contact with free SiO₂ concentrated into small grains, and when the SiO₂/ΣMe_xO_y mass ratio in the coke ash is high.     

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.     

高炉专家系统中的基础数学模型

介绍了唐山国丰钢铁有限公司1#高炉专家系统中基础数学模型的特点,主要包括配料模型、理论燃烧温度计算模型、炉热指数计算模型及高炉操作线模型,同时分析了这些模型在高炉生产中的应用状况。结果表明,基础数学模型在高炉专家系统中具有重要的作用,可以有效帮助操作人员了解高炉状况并提供实时指导,从而实现高炉稳定顺行。     

高炉长寿技术分析

高炉长寿是炼铁技术发展的一个趋势,亦是炼铁界长期关注和研究的重点课题。因高炉寿命直接关系到钢铁企业的经济效益和生产成本,尤其是进入二十一世纪,市场经济竞争十分激烈,高炉寿命直接关系到钢铁企业的生存和发展,长寿技术的作用就显得更加重要了。酒钢2号高炉于1989年12月16日建成投产,经过10年9个月的安全运行,于2000年9月13日顺利停炉,采用先进的“炉体整体推移”进行大修。作者借拆炉机会对炉体破损情况做了详细调查,本文结合酒钢2号高炉分析高炉破损原因,探讨高炉长寿措施。     

高炉布料过程中焦炭坍塌现象的模型研究

为了精确预测高炉炉料分布，开发了高炉布料数学模型。运用土力学边坡稳定理论，定量表示了焦炭向高炉中心的坍塌量。模拟结果与实测结果比较符合，证明此模型是适用的。结果表明，由于坍塌焦炭的积累，阻碍了矿石滚向高炉中心，明显改变了高炉边缘到中心的矿焦比。焦炭层的坍塌程度受布料模式、焦炭层的料面形状、矿石种类及配比、矿石批重和煤气流速等因素的影响，因此随着炉况的变化，焦炭层的坍塌状况也随之发生变化。