基于死焦堆受力模型的高炉炉缸炉底温度差异

李洋龙，程树森，周生华



基于死焦堆受力模型的高炉炉缸炉底温度差异

李洋龙1, 2，程树森1, 2，周生华3

(1. 北京科技大学 冶金与生态工程学院，北京，100083；2. 北京科技大学 钢铁冶金新技术国家重点实验室，北京，100083；3. 山钢股份莱芜分公司炼铁厂，山东 莱芜，271104)

调研国内2座大型高炉，发现炉缸与炉底温度关系存在差异，高炉A炉缸、炉底温度变化趋势相反，而高炉B炉缸与炉底温度变化趋势一致。利用死焦堆受力平衡模型，分析国内4座高炉的死焦堆浮起状态、炉缸炉底温度或者侵蚀的差异。研究结果发现，高炉内部死焦堆浮起高度会影响炉缸侧壁、炉底温度关系，进而影响其侵蚀形貌。高炉A死焦堆浮起高度明显大于高炉B死焦堆浮起高度，导致高炉A和B炉缸、炉底温度变化关系不一致。渣液面高度和死焦堆的空隙率会影响死焦堆的浮起高度，分析不同因素导致空隙率减小时的死焦堆浮起状态。死焦堆沉坐炉底时，炉缸、炉底温度变化趋势相反；死焦堆小幅度浮起时，炉缸、炉底温度变化一致；死焦堆大幅度浮起时，炉缸、炉底温度变化趋势相反。

高炉；炉缸炉底；死焦堆；死铁层；侵蚀

随着高炉大型化的发展，实现高炉长寿最关键因素之一是炉缸炉底的长寿[1−3]。高炉炉缸炉底的工作环境注定了炉缸炉底内衬不可避免的受到侵蚀，炉缸炉底侵蚀的程度和速度往往决定了高炉一代炉役的长短。近些年，高炉炉缸炉底侵蚀加剧甚至烧穿现象时有发生，并且不同高炉的炉缸侵蚀位置和形貌存在一定差异；炉底中心温度和炉缸侧壁温度之间也表现出复杂的关系，在某些高炉上二者协调一致，在某些高炉上变化趋势相反，而这些问题是现场操作中极为关心的，又是急需解决的。炉缸死焦堆的状态直接影响铁水流动，进而影响高炉炉缸炉底侵蚀，通过死焦堆受力分析可以判断死焦堆的沉浮状态[4−5]。许多研究者通过高炉解剖、取样分析，研究了炉缸炉底内部渣铁水流动和砖衬侵蚀形貌[6−8]。利用数值模拟[9−12]和高炉生产数据[13−17]，分析了影响侵蚀的因素以及控制侵蚀的措施。但是，死焦堆浮起状态与炉缸炉底温度变化的关系仍有待明确，理清炉缸侧壁温度与炉底温度对应关系有利于准确判断炉缸炉底内部的活跃状态和侵蚀程度，有效指导高炉设计操作。随着高炉逐步采用经济炉料，原料品位逐渐降低，焦炭灰分逐渐增加，导致高炉渣量大幅度增加，死焦堆透气透液性变差，是否对高炉死焦堆沉浮状态产生影响值得深思。为了解决上述问题，本文作者基于死焦堆受力模型，以国内4座容积不同的高炉为例，计算了炉缸死焦堆浮起所需的最小死铁层深度和死焦堆的浮起高度，研究了渣液面高度及不同原因导致死焦堆空隙率降低对死焦堆沉浮状态的影响，分析了炉缸侧壁温度与炉底温度变化规律及二者的关系，讨论了不同死焦堆浮起状态对炉缸、炉底温度的影响。

1 高炉死焦堆受力分析

高炉死焦堆的浮起与沉坐是由死焦堆的受力状态决定的。朱进峰对高炉死焦堆受力进行分析[4−5]，死焦堆“浮起”的最小死铁层深度计算式为

式中：min为死焦堆浮起满足的最小死铁层深度，m；m为料柱的平均密度，kg/m3，满足