CN110129496A - 一种高炉炉墙粘结状态的判定方法 - Google Patents

一种高炉炉墙粘结状态的判定方法 Download PDF

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Abstract

一种高炉炉墙粘结状态的判定方法，属于高炉状态检测方法技术领域，用于判定高炉炉墙的粘结状态。其技术方案是：依据高炉设计参数建立基准炉型模型，记录高炉基准期的相关运行参数；根据傅里叶传热方程分析，将高炉炉墙热传导物理模型简化为沿高炉半径方向由内而外的一维热传导过程；由热流强度公式计算基准期炉墙内侧温度T、记录高炉运行任意时间段相关参数并计算炉墙内侧温度T’；依据计算结果对高炉炉墙粘结状态进行判定。本发明突破了传统的依靠实测数据及经验判断高炉炉墙粘结状态的方法，能够直观反映高炉炉墙工作状态，准确对高炉炉墙粘结情况进行判定，并对炉墙是否结厚发出预警，有效避免因炉墙结厚造成的炉况波动和经济损失。

Description

一种高炉炉墙粘结状态的判定方法
技术领域
本发明涉及一种高炉炉墙粘结状态的判定方法，属于高炉状态检测方法技术领域。
背景技术
高炉炉墙粘结是高炉生产过程中比较常见的一种现象，具有周期性反复的特点，即炉墙粘结-脱落动态交替进行。对于正常生产的高炉炉墙，具有稳定合理的粘结物厚度有利于保护高炉炉体冷却设备，从而保障高炉炉料及煤气流的正常逆流运动。若这些粘结物在高炉生产过程中不脱落则会附着在高炉炉墙表面，当这些附着在炉墙表面的粘结物超出适宜的范围之后，则会形成炉墙结厚状态。高炉炉墙结厚会导致高炉偏尺、煤气流分布失常、能效利用率下降、高炉炉况难行，若处理不及时则可能造成高炉操作的事故，导致高炉工序能耗和生铁成本的大幅度增加。目前，国内外关于高炉炉墙结厚的研究大多数局限于炉墙结厚的原因分析和处理过程的总结，且多数根据实测数据及经验判断，准确性有待提高，而对于高炉炉墙结厚过程的相关理论计算鲜见报道。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种高炉炉墙粘结状态的判定方法，这种判定方法可以计算高炉任意时期炉墙内侧温度，从而判定高炉炉墙粘结状态，实现高炉炉墙结厚预警，避免发生因炉墙结厚造成的高炉生产事故。
解决上述技术问题的技术方案是：
一种高炉炉墙粘结状态的判定方法，它采用以下步骤进行：
(1)依据高炉设计参数建立高炉基准期模型，记录基准期高炉运行参数：砖衬电偶实测温度t(最小值tmin和最大值tmax)、冷却水量s、水温差Δt、冷却壁面积A、砖衬材料导热系数λ、电偶测点距炉墙内侧距离d0；
将高炉炉墙热传导物理模型简化为沿高炉半径方向由内而外的一维热传导过程，分别按下述公式分别计算炉墙内侧温度T(最小值Tmin和最大值Tmax)
式中，c为水的比热容，取值4.2×103J/(kg·℃)；
(2)高炉运行任意时期，记录高炉运行参数：砖衬电偶实测温度t’、冷却水量s’、水温差Δt’。按下述公式计算炉墙内侧温度T’
(3)依据计算结果对高炉炉墙粘结状态进行判定，判定逻辑关系如下：当T’<Tmin，则判定“炉墙粘结”；当Tmin<T’<Tmax，则判定“正常”；当T’>Tmax，则判定“炉墙侵蚀或脱落”；
(4)若上述步骤判定“炉墙粘结”，则按下述公式计算粘结物厚度d
式中，λ’为粘结物导热系数，q为该时期炉衬电偶对应区域热流强度，w/m2；
(5)依据上述步骤计算结果判定炉墙是否结厚，判定逻辑关系如下：当d<100mm，则判定“正常粘结”；当d>100mm，则判定“炉墙结厚”，进而发出炉墙结厚预警。
上述高炉炉墙粘结状态的判定方法，所述步骤(4)中的炉墙粘结物导热系数λ’选取经验值为2.5w/m·℃。
本发明的有益效果是：
本发明依据高炉设计参数建立基准炉型模型，记录基准期的相关运行参数；根据傅里叶传热方程分析，将高炉炉墙热传导物理模型简化为沿高炉半径方向由内而外的一维热传导过程；由热流强度公式计算基准期炉墙内侧温度T、高炉运行任意时间段炉墙内侧温度T’；依据计算结果对高炉炉墙粘结状态进行判定。
本发明是高炉炉墙粘结状态的判定方法的首创，突破了传统的依靠实测数据及经验判断高炉炉墙粘结状态的方法，建模理论应用科学合理，能够真实反映高炉炉墙的粘结状态。本发明大大简化了判断过程，提高了判断的准确性，能够监测高炉任意时期操作炉型，直观准确判定高炉炉墙工作状态，实现高炉炉墙结厚预警，避免发生因炉墙结厚造成的炉况波动和经济损失，具有显著的经济效益及推广价值。
附图说明
图1是本发明的实施步骤流程图；
图2是高炉炉墙结构示意图。
图中标记如下：冷却壁1、热电偶2、砖衬3。
具体实施方式
本发明对高炉炉墙粘结状态的判定方法依次为：
首先，依据高炉设计参数建立基准炉型模型，记录基准期的相关运行参数；
然后，根据傅里叶传热方程分析，将高炉炉墙热传导物理模型简化为沿高炉半径方向由内而外的一维热传导过程；
接着，由热流强度公式计算基准期炉墙内侧温度T、高炉运行任意时间段炉墙内侧温度T’；
最后，依据计算结果对高炉炉墙粘结状态进行判定。
根据上述判断方法，本发明的具体步骤如下：
(1)依据高炉设计参数建立高炉基准期模型，记录基准期高炉运行参数：砖衬电偶实测温度t(最小值tmin和最大值tmax)、冷却水量s、水温差Δt、冷却壁面积A、砖衬材料导热系数λ、电偶测点距炉墙内侧距离d0；
将高炉炉墙热传导物理模型简化为沿高炉半径方向由内而外的一维热传导过程，分别按下述公式分别计算炉墙内侧温度T(最小值Tmin和最大值Tmax)
式中，c为水的比热容，取值4.2×103J/(kg·℃)；
(2)高炉运行任意时期，记录高炉运行参数：砖衬电偶实测温度t’、冷却水量s’、水温差Δt’。按下述公式计算炉墙内侧温度T’
(3)依据计算结果对高炉炉墙粘结状态进行判定，判定逻辑关系如下：当T’<Tmin，则判定“炉墙粘结”；当Tmin<T’<Tmax，则判定“正常”；当T’>Tmax，则判定“炉墙侵蚀或脱落”；
(4)若上述步骤判定“炉墙粘结”，则按下述公式计算粘结物厚度d
式中，λ’为粘结物导热系数，λ’选取经验值为2.5w/m·℃，q为该时期炉衬电偶对应区域热流强度，w/m2；
(5)依据上述步骤计算结果判定炉墙是否结厚，判定逻辑关系如下：当d<100mm，则判定“正常粘结”；当d>100mm，则判定“炉墙结厚”，进而发出炉墙结厚预警。
本发明的一个实施例如下：
(1)基准炉型期数据记录、计算炉墙内侧温度T
根据高炉炉型尺寸及操作参数，记录高炉炉身冷却壁尺寸、电偶测点距炉墙内侧距离d0、高炉炉身各段炉衬耐火材料导热系数、砖衬电偶实测温度t(最小值tmin和最大值tmax)、高炉运行过程中冷却水流量、冷却壁进水与出水温度差，将数据并输入Excel表格，按表格设定公式1、公式2计算得出炉墙内侧温度T(最小值Tmin和最大值Tmax)，结果见表1：
表1基准期炉墙内侧温度计算表
(2)高炉任意时期炉墙内侧温度计算T’
记录高炉运行任意时期参数：砖衬电偶实测温度t’、冷却水量s’、水温差Δt’。将数据并输入Excel表格，按表格设定公式3计算得出炉墙内侧温度T’，结果见表2：
表2高炉运行任意时期炉墙内侧温度计算表
(3)依据以上所述步骤(3)至步骤(5)所述逻辑关系，在EXCEL表格中编辑相关计算条件，对高炉炉墙粘结状态进行判定，结果见表3：
表3高炉炉墙粘结状态判定结果
(4)依据上述判定结果发出炉墙结厚预警：此时高炉炉墙局部已经发展为炉墙结厚，结厚区域集中出现在八段至十二段冷却壁一区和二区。

Claims (2)

1.一种高炉炉墙粘结状态的判定方法，其特征在于，它采用以下步骤进行：
(1)依据高炉设计参数建立高炉基准期模型，记录基准期高炉运行参数：砖衬电偶实测温度t(最小值tmin和最大值tmax)、冷却水量s、水温差Δt、冷却壁面积A、砖衬材料导热系数λ、电偶测点距炉墙内侧距离d0；
将高炉炉墙热传导物理模型简化为沿高炉半径方向由内而外的一维热传导过程，分别按下述公式分别计算炉墙内侧温度T(最小值Tmin和最大值Tmax)
式中，c为水的比热容，取值4.2×103J/(kg·℃)；
(2)高炉运行任意时期，记录高炉运行参数：砖衬电偶实测温度t’、冷却水量s’、水温差Δt’。按下述公式计算炉墙内侧温度T’
(3)依据计算结果对高炉炉墙粘结状态进行判定，判定逻辑关系如下：当T’<Tmin，则判定“炉墙粘结”；当Tmin<T’<Tmax，则判定“正常”；当T’>Tmax，则判定“炉墙侵蚀或脱落”；
(4)若上述步骤判定“炉墙粘结”，则按下述公式计算粘结物厚度d
式中，λ’为粘结物导热系数，q为该时期炉衬电偶对应区域热流强度，w/m2；
(5)依据上述步骤计算结果判定炉墙是否结厚，判定逻辑关系如下：当d<100mm，则判定“正常粘结”；当d>100mm，则判定“炉墙结厚”，进而发出炉墙结厚预警。
2.根据权利要求1所述的高炉炉墙粘结状态的判定方法，其特征在于：所述步骤(4)中的炉墙粘结物导热系数λ’选取经验值为2.5w/m·℃。
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