CN108707712A - 一种高炉炉缸侧壁残厚的判断方法 - Google Patents
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Abstract
一种高炉炉缸侧壁残厚的判断方法，本发明涉及钢铁冶炼领域。一种高炉炉缸侧壁残厚的判断方法，高炉从外到内分为高炉钢壳、高铝密封材料层、冷却壁层、高导热碳砖层、渣铁壳层，在冷却壁层安装第一热电偶，在高导热碳砖层安装第二热电偶；通过冷却壁层的进水温度、回水温度、进水量计算出热流强度，利用公式进行计算；计算渣铁壳层表面的温度，当温度小于等于1150时，高导热碳砖层未被侵蚀，当温度大于1150时，高导热碳砖层被侵蚀，渣铁壳层为0，当高导热碳砖层被侵蚀时，获得侵蚀后碳砖厚度代替原有的厚度作为新的高导热碳砖层厚度直到高导热碳砖层再次被侵蚀。
Description
技术领域
本发明涉及钢铁冶炼领域。
背景技术
高炉炉缸安全状态直接决定一代炉役的使用寿命。因此，广大的炼铁技术人员和管理人员对高炉炉缸安全非常重视。近年来，伴随着高炉经济料的使用、产能的不断提升、高炉操作及监测手段相对落后的情况下，受市场环境影响高炉检修等维护日期的不断延后，对高炉炉缸的安全造成很大的威胁。
以下针对国内外典型高炉炉缸烧穿案例进行统计如表1：
表1国内外典型高炉炉缸烧穿案例汇总
| 高炉 | 容积(m3) | 烧穿时间 | 烧穿部位 |
| 柳钢2BF | 255 | 1980.8.10 | 铁口下100～160mm |
| 首钢4BF | 1200 | 1986.3.5 | 烧坏3块冷却壁 |
| 大渡河钢厂 | 112 | 1988.6.9 | 铁口下80mm |
| 杭钢1BF | 342 | 1994.10.25 | 铁口下450mm |
| 多法斯科4BF | 1576 | 1994.5.5 | 铁口下250mm |
| 马钢4BF | 300 | 2003.11.5 | 铁口下500mm |
| 通钢2BF | 314 | 2004.4.3 | 渣口大套下沿 |
| 鞍钢3BF | 3200 | 2008.8.25 | 铁口下2200mm |
| 美钢联14BF | 3668 | 2009.4.19 | 铁口下800mm |
| 本钢新1BF | 4747 | 2017.9.1 | 铁口纵向2500mm，横向3000mm |
从表1可以看出，高炉炉缸烧穿位置主要集中在铁口中心线以下至凝铁层之上。因此，该区域得到高炉工作者重点关注。
高炉炉缸由外至内通常包括炉皮(高炉钢壳)、捣料层(高铝密封材料层)、冷却壁、捣实层、碳砖、陶瓷杯、黏土砖、渣铁壳层(捣实层、碳砖、陶瓷杯、黏土砖统称为高导热碳砖层)，其中，黏土砖在高炉开炉后2个月内脱落。高炉正常生产时炉缸铁水与炉墙陶瓷杯或碳砖之间生成一层炉渣、铁水、碳砖、含钛难融物组成的保护层(渣铁壳层)，本专利所称炉缸侧壁残厚就是指从保护层热面到冷却壁热面(高导热碳砖层)的残厚。
国内现有炉缸侧壁残厚监控手段有二:1、炉缸圆周方向通过八支双星电偶，依据双星电偶插入深度不同，测得的砖衬温度不同，计算出最大侵蚀厚度，进而判断炉缸侧壁残厚。不足之处，随着高炉炉缸直径的增大，圆周方向八支电偶的测量盲区较大，不能准确判断炉缸最薄弱位置砖衬残厚；2、高炉炉役后期，部分企业为减少双星电偶测量盲区影响准确位置判断，对炉缸圆周冷却壁水温差进行监控。不足之处，各厂都是经验数据，因各厂炉缸耐材种类和砌筑方式以及侵蚀情况不同，缺乏理论依据和推广标准。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：如何将炉缸区域主要的监控手段通过理论推演和实践数据相结合，寻找各主要监控手段之间必然联系，探究具有一定可操作性和推广性的监控标准，指导高炉护炉操作，以期实现高炉长期稳定安全生产。
本发明所采用的技术方案是：一种高炉炉缸侧壁残厚的判断方法，高炉从外到内分为高炉钢壳、高铝密封材料层、冷却壁层、高导热碳砖层、渣铁壳层，按照如下的步骤进行
步骤一、在冷却壁层安装第一热电偶，在高导热碳砖层安装第二热电偶；
步骤二、通过冷却壁层的进水温度、回水温度、进水量计算出热流强度q，利用公式热流强度进行计算，其中λ为导热热阻，t1为第二热电偶测量得到的温度，h为待测点到第二热电偶处的厚度，t2为待测点的温度；
步骤三、计算渣铁壳层表面的温度，即渣铁壳层与高导热碳砖层连接处的温度，渣铁壳层与高导热碳砖层连接处到第二热电偶处的厚度h1是已知的，将h＝h1代入公式可以求得渣铁壳层与高导热碳砖层连接处的温度T<1150℃时，高导热碳砖层未被侵蚀，当T≥1150℃时，高导热碳砖层被侵蚀，渣铁壳层为0，当高导热碳砖层被侵蚀时，以T0＝T作为代入公式获得侵蚀后碳砖厚度代替h1作为新的高导热碳砖层(4)厚度直到高导热碳砖层再次被侵蚀。
作为一种优选方式：埋入高导热碳砖层的第二热电偶为多层布置，每层围绕高炉圆周成等间隔布置，每层的第二热电偶在同一水平面上的投影重合，将高导热碳砖层上任意一列与高炉轴线平面的第二热电偶的安装高度和测量温度拟合曲线，在温度x和高度y组成的直角平面上拟合曲线为一个一元二次方程或者直线方程，当其中一个第二热电偶发生损坏时，通过该拟合曲线获得该发生损坏的热电偶的温度值。
本发明的有益效果是：充分利用炉缸侧壁砖衬双星电偶法进行理论分析和条件挖掘，解决精密电偶测量炉缸冷却壁水温差在实际应用中过度依赖经验数据，缺乏理论依据和推广性差的现状，为今后一段时期解决我国大型高炉安装炉缸精密电偶测量冷却壁水温差护炉监控提供依据。
附图说明
图1是高炉结构示意图；
图2是第二热电偶6的拟合曲线(直线)；
图3是第二热电偶6的拟合曲线(一元二次方程)；
其中，1、高铝密封材料层，2、高炉钢壳，3、冷却壁层，4、高导热碳砖层，5、第一热电偶，6、第二热电偶，7、渣铁壳层。
具体实施方式
为实现高炉长寿和安全生产，保证高炉炉缸的安全稳定运行至关重要，高炉炉缸侧壁长期处于高温渣铁的浸泡和冲刷环境下，且炉役后期随着高炉水冷系统的老化，漏水比较频繁，当冷却水浸入炉缸侧壁砖衬里便会产生一系列复杂的物理化学反应，严重破坏炉缸侧壁砖衬结构，降低抗渣铁侵蚀和冲刷性能，造成脱落，进而发生炉缸烧穿，对现场工作人员的生命安全带来极大的威胁。因炉缸侧壁砖衬侵蚀的不可逆性，实际生产过程中采用加强侧壁冷却强度结合高导热的砖衬，使炉缸侧壁热面形成稳定的渣铁壳以保护炉缸耐材，进而延长高炉炉缸使用寿命。
实际生产过程中，对炉缸侧壁热面形成的渣铁壳稳定性监控手段比较缺乏，目前，有效监控手段分别为圆周双星电偶温度监控和冷却壁精密电偶测水温差监控，两种手段各有不足。本专利拟通过对侵蚀机理研究寻找现有两种监控手段内在联系并进行定量分析,较为准确的判断炉缸侧壁热面渣铁壳稳定性,减少高温渣铁对炉缸砖衬的侵蚀。
侵蚀机理
炉缸烧穿位置主要位于铁口以下渣铁环流较为集中区域，生产中习惯称为象脚区。该区域长期受高温渣铁环流冲刷，热流强度较大，生产上在该区域采用高导热碳砖结合铸铁冷却器通软水带走多余物理热，在耐材热面形成渣铁壳进行保护。
保护炉缸侧壁耐材的渣铁壳是由高温氮碳钛化物颗粒与熔融渣铁和耐材渣化后脱落物形成絮凝物在耐材热面受下行温度梯度影响沉积在耐材热面达到的一种动态平衡产物。
当炉缸耐材热面下行温度梯度增强、渣铁环流强度降低、高温氮碳钛化物颗粒浓度增加，三种因素综合影响动态平衡向右进行，则渣铁壳厚度增加，炉缸安全；若以上三种因素综合影响动态平衡向左进行，则渣铁壳厚度变薄，炉缸耐材热面进一步渣化、脱落，耐材导热系数下降、热面下行温度梯度减弱，渣铁壳热面和冷面进一步向炉缸外侧移动，在渣铁壳热面形成高温渣铁的旋流，侵蚀加剧，这种趋势若不及时得到有效判断并采取必要措施终将导致炉缸烧穿，终结一代炉役寿命，同时给高炉生产带来极大安全隐患。
一种高炉炉缸侧壁残厚的判断方法，高炉从外到内分为高炉钢壳2、高铝密封材料层1、冷却壁层3、高导热碳砖层4、渣铁壳层7，按照如下的步骤进行
步骤一、在冷却壁层3安装第一热电偶5，在高导热碳砖层4安装第二热电偶6；以太钢五高炉为例，炉缸H-3段冷却壁间距为6度，精密电偶监控间距为880mm，第二热电偶6采用双星电偶，而双星电偶沿着高炉圆周共安装8个，间距45度，监控间距为6600mm，共安装4层，每层的第二热电偶6在同一水平面上的投影重合。
步骤二、通过冷却壁层3的进水温度、回水温度、进水量计算出热流强度q，利用公式热流强度进行计算，其中λ为导热热阻，t1为第二热电偶6测量得到的温度，h为待测点到第二热电偶6处的厚度，t2为待测点的温度；第二热电偶6在使用过程中可能发生损坏，将高导热碳砖层4上任意一列与高炉轴线平面的第二热电偶6的安装高度和测量温度拟合曲线，在温度x和高度y组成的直角平面上拟合曲线为一个一元二次方程或者直线方程，当其中一个第二热电偶6发生损坏时，通过该拟合曲线获得该发生损坏的热电偶6的温度值，如图2所示为其中一列第二热电偶6的拟合曲线，可以看出，温度x和高度y近似符合直线，如图3所示为其中另一列第二热电偶6的拟合曲线，可以看出，温度x和高度y近似符合一元二次方程，每列的拟合曲线方程不变，当其中一个温度未知时，可以通过拟合曲线方程获得。
步骤三、计算渣铁壳层7表面的温度，即渣铁壳层7与高导热碳砖层4连接处的温度，渣铁壳层7与高导热碳砖层4连接处到第二热电偶6处的厚度h1是已知的，将h＝h1代入公式可以求得渣铁壳层7与高导热碳砖层4连接处的温度T<1150℃时，高导热碳砖层4未被侵蚀，当T≥1150℃时，高导热碳砖层4被侵蚀，渣铁壳层7为0，当高导热碳砖层4被侵蚀时，以T0＝T作为代入公式获得侵蚀后碳砖厚度代替h1作为新的高导热碳砖层4厚度直到高导热碳砖层4再次被侵蚀。
Claims (2)
1.一种高炉炉缸侧壁残厚的判断方法，高炉从外到内分为高炉钢壳(2)、高铝密封材料层(1)、冷却壁层(3)、高导热碳砖层(4)、渣铁壳层(7)，其特征在于：按照如下的步骤进行
步骤一、在冷却壁层(3)安装第一热电偶(5)，在高导热碳砖层(4)安装第二热电偶(6)；
步骤二、通过冷却壁层(3)的进水温度、回水温度、进水量计算出热流强度q，利用公式热流强度进行计算，其中λ为导热热阻，t1为第二热电偶(6)测量得到的温度，h为待测点到第二热电偶(6)处的厚度，t2为待测点的温度；
步骤三、计算渣铁壳层(7)表面的温度，即渣铁壳层(7)与高导热碳砖层(4)连接处的温度，渣铁壳层(7)与高导热碳砖层(4)连接处到第二热电偶(6)处的厚度h1是已知的，将h＝h1代入公式可以求得渣铁壳层(7)与高导热碳砖层(4)连接处的温度T<1150℃时，高导热碳砖层(4)未被侵蚀，当T≥1150℃时，高导热碳砖层(4)被侵蚀，渣铁壳层(7)为0，当高导热碳砖层(4)被侵蚀时，以T0＝T作为代入公式获得侵蚀后碳砖厚度代替h1作为新的高导热碳砖层(4)厚度直到高导热碳砖层(4)再次被侵蚀。
2.根据权利要求1所述的一种高炉炉缸侧壁残厚的判断方法，其特征在于：埋入高导热碳砖层(4)的第二热电偶(6)为多层布置，每层围绕高炉圆周成等间隔布置，每层的第二热电偶(6)在同一水平面上的投影重合，将高导热碳砖层(4)上任意一列与高炉轴线平面的第二热电偶(6)的安装高度和测量温度拟合曲线，在温度x和高度y组成的直角平面上拟合曲线为一个一元二次方程，当其中一个第二热电偶(6)发生损坏时，通过该拟合曲线获得该发生损坏的热电偶(6)的温度值。
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