基于死焦堆受力模型的高爐爐缸爐底溫度差異

李洋龍，程樹森，周生華

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基于死焦堆受力模型的高爐爐缸爐底溫度差異

李洋龍1, 2，程樹森1, 2，周生華3

(1. 北京科技大學(xué) 冶金與生態(tài)工程學(xué)院，北京，100083；2. 北京科技大學(xué) 鋼鐵冶金新技術(shù)國家重點實驗室，北京，100083；3. 山鋼股份萊蕪分公司煉鐵廠，山東 萊蕪，271104)

調(diào)研國內(nèi)2座大型高爐，發(fā)現(xiàn)爐缸與爐底溫度關(guān)系存在差異，高爐A爐缸、爐底溫度變化趨勢相反，而高爐B爐缸與爐底溫度變化趨勢一致。利用死焦堆受力平衡模型，分析國內(nèi)4座高爐的死焦堆浮起狀態(tài)、爐缸爐底溫度或者侵蝕的差異。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，高爐內(nèi)部死焦堆浮起高度會影響爐缸側(cè)壁、爐底溫度關(guān)系，進而影響其侵蝕形貌。高爐A死焦堆浮起高度明顯大于高爐B死焦堆浮起高度，導(dǎo)致高爐A和B爐缸、爐底溫度變化關(guān)系不一致。渣液面高度和死焦堆的空隙率會影響死焦堆的浮起高度，分析不同因素導(dǎo)致空隙率減小時的死焦堆浮起狀態(tài)。死焦堆沉坐爐底時，爐缸、爐底溫度變化趨勢相反；死焦堆小幅度浮起時，爐缸、爐底溫度變化一致；死焦堆大幅度浮起時，爐缸、爐底溫度變化趨勢相反。

高爐；爐缸爐底；死焦堆；死鐵層；侵蝕

隨著高爐大型化的發(fā)展，實現(xiàn)高爐長壽最關(guān)鍵因素之一是爐缸爐底的長壽[1?3]。高爐爐缸爐底的工作環(huán)境注定了爐缸爐底內(nèi)襯不可避免的受到侵蝕，爐缸爐底侵蝕的程度和速度往往決定了高爐一代爐役的長短。近些年，高爐爐缸爐底侵蝕加劇甚至燒穿現(xiàn)象時有發(fā)生，并且不同高爐的爐缸侵蝕位置和形貌存在一定差異；爐底中心溫度和爐缸側(cè)壁溫度之間也表現(xiàn)出復(fù)雜的關(guān)系，在某些高爐上二者協(xié)調(diào)一致，在某些高爐上變化趨勢相反，而這些問題是現(xiàn)場操作中極為關(guān)心的，又是急需解決的。爐缸死焦堆的狀態(tài)直接影響鐵水流動，進而影響高爐爐缸爐底侵蝕，通過死焦堆受力分析可以判斷死焦堆的沉浮狀態(tài)[4?5]。許多研究者通過高爐解剖、取樣分析，研究了爐缸爐底內(nèi)部渣鐵水流動和磚襯侵蝕形貌[6?8]。利用數(shù)值模擬[9?12]和高爐生產(chǎn)數(shù)據(jù)[13?17]，分析了影響侵蝕的因素以及控制侵蝕的措施。但是，死焦堆浮起狀態(tài)與爐缸爐底溫度變化的關(guān)系仍有待明確，理清爐缸側(cè)壁溫度與爐底溫度對應(yīng)關(guān)系有利于準(zhǔn)確判斷爐缸爐底內(nèi)部的活躍狀態(tài)和侵蝕程度，有效指導(dǎo)高爐設(shè)計操作。隨著高爐逐步采用經(jīng)濟爐料，原料品位逐漸降低，焦炭灰分逐漸增加，導(dǎo)致高爐渣量大幅度增加，死焦堆透氣透液性變差，是否對高爐死焦堆沉浮狀態(tài)產(chǎn)生影響值得深思。為了解決上述問題，本文作者基于死焦堆受力模型，以國內(nèi)4座容積不同的高爐為例，計算了爐缸死焦堆浮起所需的最小死鐵層深度和死焦堆的浮起高度，研究了渣液面高度及不同原因?qū)е滤澜苟芽障堵式档蛯λ澜苟殉粮顟B(tài)的影響，分析了爐缸側(cè)壁溫度與爐底溫度變化規(guī)律及二者的關(guān)系，討論了不同死焦堆浮起狀態(tài)對爐缸、爐底溫度的影響。

1 高爐死焦堆受力分析

高爐死焦堆的浮起與沉坐是由死焦堆的受力狀態(tài)決定的。朱進峰對高爐死焦堆受力進行分析[4?5]，死焦堆“浮起”的最小死鐵層深度計算式為

式中：min為死焦堆浮起滿足的最小死鐵層深度，m；m為料柱的平均密度，kg/m3，滿足