CN108220513A - 高炉节能护炉方法 - Google Patents

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祝和利
唐志宏
陈汝刚
钱海涛
黄树生
李宏玉
王�华
曾庆
杨章和
欧奕秋
谢伟荣
邓志成
孙鸿言
莫凯洪
李兆军
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Abstract

本发明提供了一种高炉节能护炉方法，所述高炉节能护炉方法包括：步骤A：判断炉缸侵蚀状态；步骤B：根据炉缸侵蚀状态决定是否采取护炉措施、以及采取什么样的护炉措施；其中，步骤A中，采用插入式热电偶测量炉缸温度来判断炉缸侵蚀状态，所述插入式热电偶的插入位置为炉缸侧壁的炭砖中，炉缸侧壁由里到外分别为：炭砖、捣打料层、冷却壁和炉壳；所述插入式热电偶能更换的插入到炉缸侧壁中；根据炉缸冷却壁水温与热电偶测温计算炭砖的热通量q。本发明能够实现高冶炼强度下的高产量、低燃料消耗的护炉生产。

Description

高炉节能护炉方法
技术领域
本发明涉及冶金高炉炼铁技术领域，具体涉及钢铁厂一种高炉炉缸侵蚀状态下节能高效长寿综合护炉方法，尤其是一种高炉节能高效长寿综合护炉方法，即一种高炉节能护炉方法。
背景技术
高炉炉缸区域是高炉最易侵蚀区域，炉缸绝大部分时间处在高温铁水的渗泡中，尤其是到高炉炉龄的末期，热面温度过高，难以形成稳定渣铁壳，导致炉缸侧壁炭砖厚度变薄，有炉缸穿漏事故的风险。
高炉为防止炉缸进一步侵蚀采用护炉生产方式。传统护炉生产主要有以下技术措施：1、堵侵蚀侧上方风口；2、增加侵蚀侧冷却水冷却强度；3、控制冶炼强度；4、形成耐高温渣皮层。
现有的炉缸侵蚀重的高炉往往找不到护炉规律不当采用护炉措施，造成高炉炉前渣铁难流、炉前工人劳动强度大、后道工序转炉冶炼消耗高、高炉产量低和燃料消耗高等。现有的高炉护炉方法已不能很好的满足高炉炼铁以及炼钢-炼铁工序高效率低消耗生产的要求。
综上所述，现有技术中存在以下问题：现有的高炉护炉方法效果不好，难以满足高炉炼铁以及炼钢-炼铁工序高效率低消耗生产的要求。
发明内容
本发明提供一种高炉节能护炉方法，以解决现有的高炉护炉方法效果不好的问题。
为此，本发明提出一种高炉节能护炉方法，所述高炉节能护炉方法包括：
步骤A：判断炉缸侵蚀状态；
步骤B：根据炉缸侵蚀状态决定是否采取护炉措施、以及采取什么样的护炉措施；
其中，步骤A中，采用插入式热电偶测量炉缸温度来判断炉缸侵蚀状态，所述插入式热电偶的插入位置为炉缸侧壁的炭砖中，炉缸侧壁由里到外分别为：炭砖、捣打料层、冷却壁和炉壳；所述插入式热电偶能更换的插入到炉缸侧壁中；
步骤A的判断依据为：
A1：根据炉缸冷却壁水温与热电偶测温计算炭砖的热通量q：
单位为W/m2；
其中，T6为热电偶测定的炉缸的炭砖温度，单位为℃；T1为炉缸冷却壁水温，即高炉炉缸第三层冷却壁的出水温度，单位为℃；L0为气隙厚度，在冷却壁和炭砖之间的捣打料层，时间久后，捣打料会脱落，产生气隙，该气隙的厚度即为L0，单位为m；L1为冷却壁靠碳砖一侧厚度，单位为m；L2为高炉炉缸冷却壁与炭砖之间的捣打料厚度，单位为m；L3为热电偶钻入炭砖深度，单位为m；λ1是冷却壁的导热系数，λ2是捣打料的导热系数，λ3是气隙的导热系数，λ4是炭砖的导热系数；λ1，λ2，λ3，λ4的单位均是W/m·℃；
A2：计算测温点到侵蚀点的距离，即测温点到Fe的凝固温度点的距离L4：
其中，T5为炭砖侵蚀温度，也为Fe的凝固温度，为1150℃；L4：测温点到侵蚀点，即测温点到Fe的凝固温度点的距离，单位为m；
A3：计算残余炭砖长度；
残余炭砖长度L＝L3+L4，单位为m。
进一步的，所述步骤B具体为：
步骤B1：如果残余炭砖长度L小于或等于0.6m，则采取护炉措施；
步骤B2：如果残余炭砖长度L大于0.6m，则无需采取护炉措施。
进一步的，高炉有效容积为1000-2500m3，步骤B1中，所述护炉措施包括：在高炉配料中添加30～60kg/t Fe的含钛球团矿。
进一步的，使所述含钛球团布在炉喉靠边缘的位置。
进一步的，步骤B1中，控制高炉生产的生铁中Si和Ti的总含量在0.6～0.8％，生铁中S含量在0.01～0.02％。
进一步的，步骤B1中，选择布料方式使十字测温控制靠炉喉边缘温度在80～130℃范围，十字测温次中心点温度控制在300～400℃范围。
进一步的，通过使所述含钛球团布在炉喉靠边缘的位置，使含钛球团矿的下料顺序为第二序，烧结矿的下料顺序为第一序。
进一步的，高炉有效容积为1000-2500m3。
进一步的，步骤B1中，选择的布料方式包括：高炉鼓风动能控制在140-160kg/s。
进一步的，步骤B1中，选择的布料方式还包括：；调整炉喉半径方向上的矿焦比。
本发明的另一个目的是提供一种容易控制，集成护炉生产技术措施及其控制标准，用于高炉生产实践取得高产、低消耗、长寿的方法。
本发明依据炉缸侧壁安装插入式可更换热电偶测量的温度来判断炉缸侵蚀状态，一旦判定炉缸侵蚀到危险区域，即采取相应措施。这种插入式可更换热电偶，在需要时，例如损坏后，可以进行更换；避免炉缸敷设的热电偶使用周期长且无法更换，炭化烧损后造成温度检测失真导致的误判的问题，所以，这种插入式可更换热电偶的测温可靠。在此基础上，本发明选择热电偶合理的插入测温位置，并通过对热电偶插入测温位置处的热通量的计算，得到残余炭砖长度，如果残余炭砖厚度小于600mm即需要采用高效护炉措施，这样，可以量化护炉的必要条件，避免不当护炉。
本发明的护炉的措施优选为：
本发明在高炉配料中添加30～60kg/t Fe的含钛球团矿，含钛球团布在炉喉靠边缘的位置。
本发明控制高炉生产的生铁中([Si]+[Ti])含量在0.6～0.8％范围，生铁[S]含量在0.01～0.02％范围的方式，保证渣铁流动性，减轻炉前劳动强度，减少转炉工序石灰消耗8～9kg/t钢、氧气1.12m3/t钢和金属损失3.42kg/t钢。
本发明优选布料方式使十字测温装置控制靠炉喉边缘温度在80～130℃范围，十字测温次中心点温度控制在300～400℃范围，稳定煤气流分布、减少炉内气流的扰动、减少炉温波动、活跃炉缸、减少铁水环流，生成的TiC和TiN在炉缸侧壁炭砖热面稳定的富集，高炉实现高冶炼强度下的高产量、低燃料消耗的护炉生产。
本发明能够实现高冶炼强度下的高产量、低燃料消耗的护炉生产。
附图说明
图1示出了高炉的本发明的十字测温装置的布置位置；
图2为十字测温装置的测点分布图；
图3为本发明的炉缸结构及插入式热电偶的检测点的结构示意图。
附图标号说明：
1、十字测温装置；2、炉喉；3、炉身；4、炉腰；5、炉腹；6、炉缸；
12、十字测温装置靠炉喉边缘测温点；13、十字测温装置次中心测温点；
61、冷却壁；62、炭砖；63、插入式热电偶。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明。
本发明通过在炉缸侧壁安装的插入式(可更换)热电偶测量的温度来判断炉缸侵蚀状态，并通过计算传热学中的一维稳态传热计算炭砖残余厚度。
根据炉缸冷却壁水温与热电偶测温计算炭砖的热通量q：
单位为W/m2；
其中，T6为热电偶测定的炉缸的炭砖温度，单位为℃；T1为炉缸冷却壁水温，即高炉炉缸第三层冷却壁的出水温度，单位为℃；L0为气隙厚度，在冷却壁和炭砖之间的捣打料层，时间久后，捣打料会脱落，产生气隙，该气隙的厚度即为L0，单位为m；L1为冷却壁靠碳砖一侧厚度，单位为m；L2为高炉炉缸冷却壁与炭砖之间的捣打料厚度，单位为m；L3为热电偶钻入炭砖深度，单位为m；λ1是冷却壁的导热系数，λ2是捣打料的导热系数，λ3是气隙的导热系数，λ4是炭砖的导热系数；λ1，λ2，λ3，λ4的单位均是W/m·℃；
计算测温点到侵蚀点的距离，即测温点到Fe的凝固温度点的距离L4：
其中，T5为炭砖侵蚀温度，也为Fe的凝固温度，为1150℃；L4：测温点到侵蚀点，即测温点到Fe的凝固温度点的距离，单位为m；
计算残余炭砖长度；
残余炭砖长度L＝L3+L4，单位为m；本发明中，高炉有效容积为1000-2500m3，热电偶钻入炭砖深度：L3＝150mm；炭砖残余厚度小于或等于600mm即需要采用高效护炉措施。
炉缸由里到外分别为：炭砖、捣打料层、冷却壁、炉壳。发明人发现：炉缸侧壁侵蚀严重的地方就在第二层和第三层冷却壁的区域，所以本发明中布置插入式热电偶也都集中在这几个区域，插入炭砖150mm。
其中，插入式(可更换)热电偶的安装位置：
(1)选在冷却壁与冷却壁之间接缝，接缝宽度约20～30mm(不插热电偶的时候，冷却壁与冷却壁之间接缝填充填缝剂耐火材料)(炉壳和捣打料层本身没有接缝，是直接钻穿的，为保证热电偶能从捣打料层、炉壳穿过来而不损坏炉缸侧壁穿过来会在侧壁炭砖上钻一个小孔，这个深度要测量好炉壳、捣打料层、冷却壁等相关各层的厚度，不能对侧壁炭砖结构产生破坏)通过高炉额结构设计图，并进行定位测量保证热电偶测量炉缸侧壁温度准确性又不破坏炉缸炭砖的整体结构。给插入式热电偶安装打孔时，选在高炉有休风的机会进行打孔。先开始用冲击钻钻炉壳，后面再用电钻钻冷却壁缝隙和炭砖。然后灌浆封口。
(2)如果插入式热电偶损坏，热电偶损坏后可以更换，
(3)更换插入式热电偶选在高炉有休风的机会进行更换。拆下旧的插入式热电偶，换上新的插入式热电偶，然后灌浆封口，插入式热电偶再更换较简单方便。现有普遍采用的炉缸热电偶都是预埋的，不能更换。
本发明选择了插入式(可更换)热电偶测量的温度通过计算传热学计算炭砖残余厚度来判断炉缸侵蚀状态，避免炉缸敷设的热电偶使用周期长且无法更换，炭化烧损后造成温度检测失真导致的误判。
本发明的护炉的措施优选为：
本发明在高炉配料中添加30～60kg/t Fe的含钛球团矿，含钛球团布在炉喉靠边缘的位置。
本发明控制高炉生产的生铁中([Si]+[Ti])含量在0.6～0.8％范围，生铁[S]含量在0.01～0.02％范围的方式，保证渣铁流动性，减轻炉前劳动强度，减少转炉工序石灰消耗8～9kg/t钢、氧气1.12m3/t钢和金属损失3.42kg/t钢。
其中，在高炉配料中添加30～60kg/t Fe的含钛球团矿及控制高炉生产的生铁中Si和Ti的总含量在0.6～0.8％的计算依据为：
在高炉配料中添加30～60kg/t Fe的含钛球团矿及控制高炉生产的生铁中Si和Ti的总含量在0.6～0.8％。这几个数据得来的过程：
1、([Si]+[Ti])的含量范围：
在高炉铁水温度稳定在1500～1520℃的情况下，铁水中[Si]:[Ti]＝3:1，且30～60kg/tFe含钛球团的加入量就对应铁水里([Si]+[Ti])含量0.6～0.8％。
2、高炉Ti的平衡计算式：
W*m(Ti)/M(TiO2)*ω(TiO2)矿＝m(渣)*ω(TiO2)渣*m(Ti)/M(TiO2)+m(铁)*[Ti]+m(炉缸钛)；
式中，W为含钛球团入炉量，单位为kg/tFe；
ω(TiO2)矿为含钛球团矿中TiO2含量，单位为％；
m(渣)为冶炼1吨铁水产生的炉渣量，单位为kg/tFe；
ω(TiO2)渣为炉渣中TiO2含量，单位为％；
m(铁)为冶炼铁量设定1吨为计算基准；
[Ti]为铁水中钛含量，单位为％；m(炉缸钛)为炉缸富集的钛量；单位为kg/tFe(公斤/每顿铁。)
m(Ti)为钛原子量；M(TiO2)为二氧化钛分子量。
通过下面几个式子联立带入Ti平衡计算式可以求得([Si]+[Ti])与含钛加入量W之间的关系
(1、)铁水中钛含量越高，炉缸中钛的富集越多，炉缸的保护靠钛的富集形成的TiN，所以要保证钛量的加入和铁水中含钛量。即[Ti]越高，m(炉缸钛)越高，用关系是表示为：m(炉缸钛)＝0.47*[Ti]-0.13
这个表达式是用来计算m(炉缸钛)与[Ti]的关系，带入Ti平衡计算式；
(2、)铁水中([Si]+[Ti])与炉缸侧壁温度关系，需要把([Si]+[Ti])控制在0.6～0.8范围内：
T(侧壁)＝273*([Si]+[Ti])+194
式中T(侧壁)为插入式热电偶最高温度点温度，℃
(3、)铁水中([Si]+[Ti])与综合焦比的关系，决定了铁水中([Si]+[Ti])不能太高：
K＝65*([Si]+[Ti])+444
式中K为高炉综合焦比，单位为kg/tFe，K的取值>450，K的取值越低越好。
(4、)根据后面表1以及表2的数值，可以进行回归处理，并通过以上平衡计算，可以得到在高炉配料中添加30～60kg/t Fe的含钛球团矿及控制高炉生产的生铁中Si和Ti的总含量在0.6～0.8％。
如图1所示，本发明的高炉，包括炉缸6、炉腹5、炉腰4、炉身3、炉喉2和十字测温装置1，其中十字测温装置1在炉喉2上方圆周四个方向均匀布置。
如图2所示，十字测温装置1均匀分布有5个测温点，本发明所述十字测温靠炉喉边缘测温点12，十字测温次中心测温点13，所求温度为四个方向十字测温点的平均值。
如图3所示，炉缸结构中，高炉炉缸侵蚀严重的为炭砖62，其热量依靠冷却壁61的介质水传导出去，形成1150℃的FeC凝固层；使用插入式热电偶63检测插入位置点炭砖62的温度，计算炭砖62的残余厚度。
根据以上分析和采取的相应护炉措施，本发明的具体实例为下面两个列表：
表1炼铁厂A高炉2016年7-12月炉缸侵蚀状态下相关参数和产量指标
由上表1可见，炼铁厂A高炉有效容积2000m3,其设置的插入式热电偶63最高点温度于7月达到423.65℃，采用了在高炉配料中添加含钛球团矿28kg/t Fe，并调整含钛球团矿其下料顺序为第二序，控制生铁中([Si]+[Ti])含量0.8％，十字测温装置次中心测温点13温度控制在300℃以上，十字测温靠炉喉边缘测温点12温度控制至136℃；至8月、9月把高炉配料中含钛球团矿增加到37kg/tFe，但十字测温装置靠炉喉边缘测温点12平均温度仍在高位，其插入式热电偶63最高点温度仍超过控制值，至11月、12月十字测温装置靠炉喉边缘测温点12平均温度控制到位后，插入式热电偶63最高点温度下降并稳定在可控范围。整个实施过程冶炼强度提高，高炉平均日产上升，且燃料比下降。
表2炼铁厂B高炉2016年7-12月炉缸侵蚀状态下相关参数和产量指标
由上表2可见，炼铁厂B高炉有效容积1500m3,其设置的插入式热电偶63最高点温度于7月达到553.17℃，采用了在高炉配料中添加含钛球团矿33kg/t Fe，并调整含钛球团矿其下料顺序为第二序，控制生铁中([Si]+[Ti])含量0.9％，十字测温装置次中心测温点13温度控制在300℃以上，十字测温靠炉喉边缘测温点12温度高达202℃，且控制高炉冶炼强度，日产控制在3200～3400t/d水平；至8月、9月把高炉配料中含钛球团矿增加到60kg/tFe左右，高炉冶炼强度仍控制在3500t/d左右，但十字测温装置靠炉喉边缘测温点12平均温度仍在高位，其插入式热电偶63最高点温度仍超过控制值且有波动幅度较大；至10月，保持在高炉配料中添加含钛球团矿57kg/t Fe，生铁中([Si]+[Ti])含量控制到0.6～0.8％范围，开始控制十字测温装置靠炉喉边缘测温点12平均温度至112℃，且提高高炉冶炼强度，平均日产增至3804t/d,插入式热电偶63最高点温度开始稳定下降到414.97℃；11月、12月十字测温装置靠炉喉边缘测温点12平均温度持续控制在100℃左右，插入式热电偶63最高点温度下降并稳定在可控范围。实施措施到位后，高炉冶炼强度提高，平均日产逐步上升，且燃料比有所下降。
以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。为本发明的各组成部分在不冲突的条件下可以相互组合，任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种高炉节能护炉方法，其特征在于，所述高炉节能护炉方法包括：
步骤A：判断炉缸侵蚀状态；
步骤B：根据炉缸侵蚀状态决定是否采取护炉措施、以及采取什么样的护炉措施；
其中，步骤A中，采用插入式热电偶测量炉缸温度来判断炉缸侵蚀状态，所述插入式热电偶的插入位置为炉缸侧壁的炭砖中，炉缸侧壁由里到外分别为：炭砖、捣打料层、冷却壁和炉壳；所述插入式热电偶能更换的插入到炉缸侧壁中；
步骤A的判断依据为：
A1：根据炉缸冷却壁水温与热电偶测温计算炭砖的热通量q：
单位为W/m2；
其中，T6为热电偶测定的炉缸的炭砖温度，单位为℃；T1为炉缸冷却壁水温，即高炉炉缸第三层冷却壁的出水温度，单位为℃；L0为气隙厚度，在冷却壁和炭砖之间的捣打料层，时间久后，捣打料会脱落，产生气隙，该气隙的厚度即为L0，单位为m；L1为冷却壁靠碳砖一侧厚度，单位为m；L2为高炉炉缸冷却壁与炭砖之间的捣打料厚度，单位为m；L3为热电偶钻入炭砖深度，单位为m；λ1是冷却壁的导热系数，λ2是捣打料的导热系数，λ3是气隙的导热系数，λ4是炭砖的导热系数；λ1，λ2，λ3，λ4的单位均是W/m·℃；
A2：计算测温点到侵蚀点的距离，即测温点到铁的凝固温度点的距离L4：
其中，T5为炭砖侵蚀温度，也为铁的凝固温度，为1150℃；L4：测温点到侵蚀点，即测温点到铁的凝固温度点的距离，单位为m；
A3：计算残余炭砖长度；
残余炭砖长度L＝L3+L4，单位为m。
2.如权利要求1所述的高炉节能护炉方法，其特征在于，所述步骤B具体为：
步骤B1：如果残余炭砖长度L小于或等于0.6m，则采取护炉措施；
步骤B2：如果残余炭砖长度L大于0.6m，则无需采取护炉措施。
3.如权利要求2所述的高炉节能护炉方法，其特征在于，高炉有效容积为1000-2500m3，步骤B1中，所述护炉措施包括：在高炉配料中添加30～60kg/t Fe的含钛球团矿。
4.如权利要求3所述的高炉节能护炉方法，其特征在于，使所述含钛球团布在炉喉靠边缘的位置。
5.如权利要求3所述的高炉节能护炉方法，其特征在于，步骤B1中，控制高炉生产的生铁中Si和Ti的总含量在0.6～0.8％，生铁中S含量在0.01～0.02％。
6.如权利要求3所述的高炉节能护炉方法，其特征在于，步骤B1中，选择布料方式使十字测温控制靠炉喉边缘温度在80～130℃范围，十字测温次中心点温度控制在300～400℃范围。
7.如权利要求4所述的高炉节能护炉方法，其特征在于，通过使所述含钛球团布在炉喉靠边缘的位置，使含钛球团矿的下料顺序为第二序，烧结矿的下料顺序为第一序。
8.如权利要求3所述的高炉节能护炉方法，其特征在于，高炉有效容积为1000-2500m3，需采取护炉措施的残余炭砖长度Lx为0.6米。
9.如权利要求3所述的高炉节能护炉方法，其特征在于，步骤B1中，选择的布料方式包括：高炉鼓风动能控制在140-160kg/s。
10.如权利要求3所述的高炉节能护炉方法，其特征在于，步骤B1中，选择的布料方式还包括：；调整炉喉半径方向上的矿焦比。
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