高炉炉缸长寿的智能化控制
关于高炉炉缸结构与长寿方面的探讨1
关于高炉炉缸结构与长寿方面的探讨1关于高炉炉缸结构与长寿方面的探讨1高炉是冶金工业中常见的设备之一，用于将铁矿石还原成铁。
高炉由多个部分组成，其中炉缸是高炉的核心部分之一、炉缸的结构和设计对高炉的性能和寿命有重要影响。
炉缸是高炉内部的一个圆柱形区域，是铁矿石还原和熔化的主要区域。
在高温和高压的环境下，炉缸承受着巨大的机械应力和化学侵蚀。
因此，炉缸的结构和材料选择对高炉的长寿命至关重要。
首先，炉缸的结构应该设计合理，以承受高温和高压环境的力学应力。
一种常见的炉缸结构是带有锥形底部的圆柱形，这种结构使得炉缸能够承受高温下的溶解反应和气体压力，同时有利于收集和排出产生的铁和矿渣。
其次，炉缸的材料选择也是至关重要的。
由于高炉内部的极端环境，炉缸的材料需要具备高温耐受性和抗化学侵蚀的能力。
常见的炉缸材料包括耐火砖和耐火浇注料。
耐火砖由于其良好的抗高温和抗侵蚀性能而被广泛使用，但由于高炉运行周期长，锏补砖的频率高，对炉缸使用寿命造成了一定程度的影响。
因此，一些新型耐火材料如碳化硅和氧化铝陶瓷等被引入到高炉中，以提高炉缸的寿命。
此外，炉缸的冷却系统也是炉缸结构与寿命的重要组成部分。
高炉内部的温度可以超过1500摄氏度，因此需要通过冷却系统使炉缸保持在可控的温度范围内。
常见的炉缸冷却系统包括水冷壁、气体冷却和铜套冷却等。
这些冷却系统可以有效地减少炉缸的热应力和材料的烧蚀，延长炉缸的寿命。
在设计高炉炉缸结构时，还需要考虑高炉炉缸与其他部件的配合和相互作用。
例如，高炉炉缸与炉身和炉底的连接需要具备良好的密封性和强度，以避免铁水和矿渣的泄漏和损耗。
炉缸的内壁还需要设计成滑动保护层，以减少铁液和矿渣对炉缸内壁的摩擦和损伤。
总之，高炉炉缸的结构和材料选择对高炉的性能和寿命有重要影响。
合理的炉缸结构设计和材料选用可以提高高炉的运行效率和延长炉缸的使用寿命。
同时，炉缸冷却系统的选择和设计也是确保炉缸长寿命的关键因素之一。
大数据赋能高炉炼铁智能应用
大数据赋能高炉炼铁智能应用摘要：目前我国信息技术水平和工业的快速发展，大数据时代的到来使得数据成为新时期企业发展的生产要素，各领域加深信息技术与企业生产的融合，推进产业信息与数字化改造。
在国家经济快速发展阶段，国内高炉炼铁行业作为钢铁经济中的重要一脉，将大数据分析技术融入高炉炼铁生产应用，积极响应工业4.0与工业创新转型是炼铁行业发展炼铁数字化的必经之路。
大数据最早由麦肯锡全球研究院提出，表现出信息资产多样化、数据量扩大、数据处理速度高要求、历史数据累积等数据发展趋势。
大数据分析技术的重心在于对目标数据进行采集后处理，分析数据特征，挖掘数据规律，科学使用有利于分析决策的模型，实现大数据平台搭建、可视化分析、重要参数预测分析等技术应用。
关键词：高炉炼铁；炉料结构；智能化；优化思路引言在高炉强化冶炼条件下，我国高炉在铜冷却壁应用与维护、高炉炉缸炉底长寿、智能化控制、进一步降低低碳排放等方面还有许多需要持续攻关解决的难题。
高炉生产稳定顺行、延长高炉和热风炉使用寿命、提高全系统安全运行保障还需要持续改进和提升。
面向未来，应进一步树立建立以高炉稳定顺行为核心的动态运行工程理念，继续加强精料、高风温、富氧喷煤、高炉长寿、提高顶压和全流程智能化研究，积极采用新技术和氢冶金等先进工艺，依托国内既有资源优势，开发新型炉料结构，不断优化炉料结构提质增效，大力开展绿色低碳炼铁技术的探索和研究。
1高炉冶炼炼铁技术高炉设备是冶炼设备之一，是保证炼铁实现的重要关键，高炉的上部结构装置了材料入口、煤气出风口，在高炉下部设置了排气口和出铁口。
高炉生产的时候，将原材料放在高炉进料口，在高温作用下还原铁。
高炉冶炼主要是生产生铁，经过生产高温工艺处理煤气，能够为多种设备提供燃料，减少环境污染，在很大程度上提高资源能源的利用效率。
高炉冶炼是钢铁行业发展的主要方式，钢铁生产是国民经济生产内容的一部分，新时期我国正从“制造强国”方面转型，制造业发展关系到国民经济发展，因此钢铁生产效率、生产质量直接关系到我国的经济发展速度。
高炉炉缸长寿技术研究
图10 碱金属的含量与温度的关系
表2 武钢高炉K2O+Na2O、Zn负荷计算结果
高炉号 取样计算时 碱负荷kg/tFe （K2O+Na2O） 间 1983年5月 1983年8月 7.61 5.38 Zn负荷（kg/tFe） 0.31 0.42
1号高炉 2号高炉 3号高炉
1981年7月 1985年3月
K、Na、Zn的气化温度分别为766℃、890℃、 908℃，Zn还原温度1030℃，900-1000℃是K、 Na、Zn起破坏作用的温度区间见图10。低于这 一温度K、Na、Zn成固体无法渗透，不会破坏炭 砖。因此提出将炭砖炉衬900-1000℃温度区间 推入炉内可以消除环裂。 实测数据表明,随炭砖导热系数提高，环形裂 缝，向炉内推移，见表4。因此将800-1000℃温 度推入炉内对防治环形裂缝是有效的。当然还有 提高炭砖的抗侵蚀能力、提高微气孔性能，提高 炭砖原料质量等措施都能有效防止K、Na、Zn的 侵蚀。炭砖,刚玉砖侵蚀后的显微结构见图11-22,
图5 武钢2号高炉第二代大修炉缸炉底 砖衬侵蚀测绘图（1981年8月）
图6 武钢4号高炉一代大修炉缸炉底 侵蚀测绘图（1984年7月）
图7 武钢4号高炉第二代大修炉缸炉底 侵蚀测绘图（1996年5月）
图8
武钢4号高炉第三代大修炉缸炉底砖衬侵蚀测绘图 （2006年7月）
图9 武钢5号高炉炉缸、炉底砖衬侵蚀测绘图 （2007年5月）
TFe 1.09 0.96 0.91 0.53 0.63 2.09 4.45 -
SiO2 4.47 0.36 1.30 0.28 3.80 0.08 7.23 -
3）炉缸铁口以上的炭砖侵蚀很少，陶瓷砖则侵蚀很多见图1,8 4）炉底侵蚀形状一般为反锅底形,平锅底形，正锅底形很少见 。见图4,5,6,7,8,9 5）炉缸风口区的砖衬，在风口以上的棕刚玉砖一般都侵蚀光， 由冷凝炉渣覆盖。风口中心线以下，一般从风口大套上沿到炭砖 前端的三角区内留有残存棕刚玉砖。见图1,8 6）炉缸侵蚀深度 武钢高炉1970年以前是采用综合炉底，1970年以后改为全炭砖 炉底，炉底侵蚀深度见表1.采用半石墨炭砖以后炉底侵蚀深度显 著减少。
宝钢1号高炉炉缸的安全及长寿管理
图 2 宝钢 1号高炉炉缸侧壁陶瓷杯残厚推移图
4. 1 锌侵蚀 锌是与含铁原料共存的元素 ,在天然矿中锌的
含量是微量的 ,但由于锌还原温度低 ,液态锌沸点 低 ,几乎不能被渣铁吸收 ,易在炉内富集 ,因此 ,锌对 炉缸的侵蚀是不可忽视的 ,并随温度升高而增加 。 铁矿石中的少量锌主要以铁酸盐 ( ZnO ·Fe2 O3 ) 、硅 酸盐 (2ZnO ·SiO2 )及硫化物 ( ZnS)的形式存在 ,其 硫化物先转化为复杂的氧化物 ,然后再在大于 1 000 ℃的高温区被 CO 还原为气 态锌 。沸点 为 907 ℃的锌蒸气 ,随煤气上升 ,到达温度较低的区域 时冷凝 (580 ℃)后再氧化 。再氧化形成的氧化锌细 粒附着于上升煤气的粉尘时就被带出炉外 ,附着于 下降的炉料时就再次进入高温区 ,周而复始 ,这就形 成了锌在高炉内的富集现象 。在炉内循环的锌蒸气 有条件渗入炉缸与砖衬结合处 ,使砖衬的体积膨胀 而脆化 。高炉中约 85%的锌来自烧结矿 ,控制烧结 矿带入的锌就成为控制高炉锌负荷的关键 。 4. 2 焦炭质量的影响
从磨性 ,同时高炉鼓风参数
也要合理控制 。
4. 3 喷煤量的影响
随着煤比的增加 ,焦炭负荷加重 ,炉内透气性变
差 。高煤比还会使炉腹煤气量增加 ,引起风口回旋
区在炉缸径向缩短 ,从而导致边缘煤气流发展 ,中心
煤气流不足 ,这不利于炉况的稳定顺行 ,更不利于炉
宝钢 1号高炉是在第一代基础上原地大修建成 的 ,保留了原炉壳主体设备 。炉底与炉缸结构采用 典型“陶瓷杯 ”结构 。水冷炉底板上用炭素捣打料 找平 ,层厚 85 mm。找平 层上 平铺 4 层普 通炭 砖 (BC - 5) ,炭砖上砌 2层莫来石砖 (M S - 4R )作为陶 瓷垫 ,陶瓷垫厚度约占整个炉底厚度的 30% ; 炉缸 环形炭砖从炉底第 4层炭砖周边开始到铁口砌砖上 缘的关键范围内采用微孔炭砖 (BC - 7S) ,其余仍为 普通炭砖 ,环形炭砖的内侧为大型预制块 (MONO2 CORAL ) ;铁口区域砌体结构是在炭砖壁上采用大 块超微孔炭砖 (BC - 8SR )紧贴炉皮研磨砌筑 ,陶瓷 壁上采用相同材质即大型预制块砌筑 ,取消了铁口 冷却板 。
武钢1号高炉炉底与炉缸长寿新技术 (1)
第37卷 第2期2002年2月钢 铁I RO N AN D ST EELV ol.37,N o.2Februar y2002武钢1号高炉炉底与炉缸长寿新技术许美兰 赵忠仁(武汉钢铁集团公司)摘 要 武钢1号高炉改造性大修,炉底与炉缸采用长寿新技术:增大炉缸容积,加深死铁层;选用半石墨炭砖和德国的高密质炭砖;炉底冷却采用软水密闭循环,以及设置完善的检测设施。
总结运用钒钛矿护炉经验,以减缓或消除炉底与炉缸“环缝”、“熔洞”、“蒜头状”侵蚀,达到炉底、炉缸高效长寿的目的。
关键词 高炉 炉底 炉缸 长寿新技术NEW LONG LIFE TECHNIQUE FOR BOTTOM A ND HEARTHON NO.1BLAST FURNACE AT WISGC OXU Meilan ZHAO Zhong ren(W uhan Iron and Steel Group Co.)ABSTRACT For majo r repair of reco nstructio n nature o f No.1BF at W ISGCO,the long life technique has been applied to the relining o f the furnace bo ttom and hear th,w hich in-v olves enla rg ement of hea rth vo lume,deepening the mo lten metal layer,using semi g raphite carbon bricks a nd highly com pacted German carbon bricks,ado ption of soft wa ter circulatio n fo r bo ttom coo ling and inspection system.The ex periences o f smelting V-Ti o re are used to eliminate the`ring co rrosio n’,`hole making’and`g arlic shape’corro sion in the bo tto m and hear th to reach lo ng life.KEY W ORDS blast furnace,bo ttom,hearth,new technique fo r lo ng life1 前言武钢1号高炉于1958年9月13日建炉投产,截止1999年5月13日停炉大修,高炉服役40年,历经二代炉龄,高炉先后采用综合炉底和全炭砖水冷薄炉底技术,均获得20年长寿效果[1,2],见表1。
首钢京唐高炉炉缸长寿认识及维护治理实践
4.3 效果评估
由于发现早，治理措施果断及时，高温区得到及时控制 ，并且，温度很快恢复至正常区域范围，在炉缸维护治理 方面取得了良好的绩效。 L点--6月24日各炉衬测温点回归正常温度。 M点—7月18日停止钛矿护炉，通高压工业水的水管恢复 回除盐水。
5.小结
（1） 科学合理的设计理念及炉缸结构、良好的炉底炉衬 耐火材料及优质砌筑是高炉长寿的基础条件，至关重要。 （2） 后续生产的日常维护：保持炉芯活跃状态、维持高 炉的顺稳生产、控制入炉碱金属及锌含量、及时处理漏水 设备、加强日常监测是是炉缸长寿及安全生产的重要措施 。 （3） 本次2#高炉维护治理成功，一是监测到位、发现及 时、治理及时；二是钛矿护炉配合高强冷却在此次治理维 护中起到了明显成效。
4.2.2 调整风口下斜角度
H点--5月22日检修16小时，调相应位臵风口及对面风口17 个，由下斜8度改下斜5度。
4.2.3 适当控制冶强
F点--焦炭负荷由5.42减轻至5.22，富氧率由3.9%降至3.2% ，日产量由12800t降至12200t左右。
4.2.4 加强该部位监测
H点--利用5月22日的检修，恢复并增加了高温区的水温差监 测，并做好日常的水温及热偶温度监测。
炉缸长寿认识及维护1.前言 2.影响炉缸寿命的原始因素
2.1设计理念及炉缸构造 2.2炉缸耐火材料质量 2.3建设时炉缸砌筑施工质量
3.日常生产时的长寿维护
3.1良好的炉芯（炉缸）活跃度 3.2较高的冷却强度 3.3入炉锌及碱金属的控制 3.4损坏冷却设备的漏水控制 3.5强化日常对炉缸的监测
4.炉缸局部温度升高后的治理实践
4.1 京唐2#高炉局部温度升高简述
京唐2号高炉炉缸“象脚区”局部炉衬温度于2012年2 月7日开始逐步升高，到5月份急剧爬升，最高达504.7℃ 。高温点处于炉缸侧壁第6、7层热电偶、3#-4#铁口中间 位臵。辐射范围上下由第四层至第八层炉衬测温点的高度 ，左右约4块水箱的宽度。最高温度在第7层炉衬测温处。
关于高炉炉缸长寿的若干问题和思考
关于高炉炉缸长寿的若干问题和思考下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
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保证炉缸安全为重点的高炉长寿技术
保证炉缸安全为重点的高炉长寿技术现状：据不完全的统计，去年我国就有10余座高炉发生炉缸烧穿事故，事故的不可预见性及危害的严重性给企业带来巨大的经济损失，同时严重威胁员工的人身安全。
相关技术介绍：★设计为基础，这是高炉长寿的前提（1）注意设计合适的死铁层深度。
减少铁水的纵向环流和圆周方向环流，尽量避免在铁口两侧下方300-500mm区域交汇，形成涡流；又要考虑铁水静压力对碳砖的影响。
（2）冷却系统优化设计。
冷却能力大小以及能否充分发挥作用，是决定炉缸寿命的关键因素。
工作状态良好的冷却系统能够使炉缸砌筑的耐火材料不产生过热，延长工作寿命；一些专家认为，冷却水量不足常常是炉缸烧穿的重要原因，因此，冷却系统设计时，要留有炉役后期强化冷却所需要的水量。
★严把耐材质量和施工质量关（1）重视碳砖质量：重视导热率、透气性、抗氧化率、抗碱性、抗渣铁溶蚀性等；从发生烧穿事故的高炉碳砖检测来看，普遍存在微气孔指标差、抗渣铁溶蚀性差等问题。
（2）炉缸碳砖的砌筑要严格按照规范执行，要严格控制外形尺寸、充分焙烧，避免因为侵蚀而常常形成气隙热阻，阻碍了炉缸热量的导出，甚至为铁水渗透提供了通道；（3）格外重视炭素捣打料的低温性能，尤其注意：捣打料工作温度一般较低，用高温下的导热性来评价是不科学的。
★完善监测手段，尤其在高炉薄弱部位加强监测工作良好的监测系统可以及时预警炉缸工作状态，从而采取有效措施，降低炉缸烧穿风险。
多座高炉炉缸烧穿是在没有征兆的前提下发生的。
目前要特别强调解决的主要问题：一是监测点过少，二是监测设备失灵。
★严格控制原燃料中的碱金属及锌负荷★精心操作，科学护炉（1）经常关注碳砖温度升高（2）存在气隙部位及时休风压浆处理。
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高炉炉缸长寿的智能化控制
王刚邹忠平许俊李爱锋
近十来年,高炉炉缸烧穿的事故频发。
据不完全统计,在2000年以后,国内外有数十座高炉炉缸被烧穿。
而另有大量高炉出现炉缸侧壁温度升高,事故安全隐患给生产单位带来减产甚至停产的巨大经济损失,给生产管理人员和技术人员带来身心上的无尽折磨。
如果有一套在线系统,能够对炉缸长寿状况进行准确全面的监控、对凝铁层减薄原因进行智能诊断、针对长寿状况恶化给出准确的建议措施,从而避免炉缸的异常侵蚀,对提高高炉长寿管理的准确性、及时性和便捷性将大有帮助。
在此背景下,本研究将高炉炉缸工艺设计、传热学理论与高炉操作工艺相结合,开发了一套炉缸长寿智能管理系统,在炉缸长寿管理方面取得了良好的效果。
1炉缸长寿机制研究
经过多座1000m3级、2000m3级、3000m3级和4000m3级高炉的炉缸解剖调查发现,炉缸炭砖热面存在一层凝铁层,它阻断了炭砖与铁水的直接接触。
炭砖的铁水熔蚀指数也表明,如果炭砖直接暴露在高温的铁水中,40min内炭砖被侵蚀掉15%-30%。
因此,炭砖热面形成稳定的凝铁层,是炉缸长寿的关键所在。
经过试验研究,凝铁层的主要成分是Fe和C的化合物,通常C能达到10%-30%甚至更高,过饱和的C析出来,以石墨碳的形式存在,另有少量的CaO、SiO2等熔渣凝结物。
凝铁层的导热系数在2-10w/(m・K)左右,一般低于炭砖导热系数,这为降低炭砖的温度,防止温度过高而失效发挥了重要作用。
凝铁层稳定形成的条件是炉缸建立稳定有效的传热体系。
只要传热体系有效,炭砖受到冷却壁的冷却保护,其热面就会形成凝铁层。
有凝铁层的炉缸传热体系如图1所示。
凝铁层的厚度可以通过傅里叶一维传热公式进行计算,通过铁水与1150℃凝固线之间的热流强度与插入炭砖的两支热电偶之间的热流强度相等建立方程。
2炉缸长寿智能管理系统的工艺架构
炉缸长寿智能管理系统由炭砖残厚和凝铁层在线监控模块、炉缸气隙判断模块、炉缸长寿状况判断模块、凝铁层减薄原因诊断模块、长寿状况恶化的智能建议模块组成,5个模块呈递进关系,如图2所示。
3炭砖残厚和凝铁层在线监控
在本系统开发之前,已成功开发基于二维有限元算法的炉缸侵蚀模型,凝铁层的计算是在炉缸侵蚀模型中一并进行计算的。
侵蚀模型通过推定炭砖侵蚀线和1150℃等温线,两条线之间区域为凝铁层。
由于侵蚀模型通过对炉缸仪表传回的数据进行在线计算,本系统可对炉缸各个标高和方位的炭砖残厚和凝铁层厚度进行在线动态跟踪,极大地方便了高炉操作者及时了解炉缸的残厚及凝铁层状况。
4炉缸气隙判断
炉缸气隙往往产生于冷却壁与碳素捣打料之间,气隙是破坏炉缸传热体系的重要因素。
气隙的导热系数为0.0285w/(m・K),仅约相当于炭砖的1/500,铸铁冷却壁的1/1200,一旦形成气隙,整个传热体系的热阻大大增加,热流密度下降,热量导出减少,大量热量在炭砖积聚,引起炭砖温度升高,凝铁层减薄甚至脱落,最终炭砖遭到侵蚀。
因此,判断炉缸是否存在气隙非常重要。
气隙一般是由于碳素捣打料捣打不密实、烘炉不彻底等建设期的因素造成的,因此很难彻底治理,一般应结合炭砖
残厚采取控制压力灌浆,封住气隙通道。
利用传热学原理,可对炉缸气隙厚度进行计算。
通过插入炭砖的两支热电偶之间热流强度与冷面热电偶和冷却水之间的热流强度相等建立方程。
5炉缸长寿状况判断
全面评判一座高炉的炉缸长寿状况,不应仅仅看炭砖的残厚。
炭砖残厚虽然很厚,如果凝铁层已经减薄甚至脱落,说明很快将面临新的侵蚀,炉缸仍是不健康的;相反,炭砖残厚虽然较薄,,如果凝铁层长期稳定存在,说明炉缸状况稳定,长寿状况良好。
此外,还应结合气隙判断,以便对炉缸长寿状况进行较全面的综合判断。
炉缸长寿状况的判断规则如表1所示,长寿状况共分为非常好、好、一般、不好、差、很差、极差7级。
系统将计算的炭砖残厚、凝铁层厚度、气隙厚度与表1进行比对,自动报出长寿状况的诊断结论。
6凝铁层减薄原因的智能诊断及建议
凝铁层减薄的根本原因是传热体系的平衡遭到破坏,来自传热体系内部和外部两方面的原因均可起到破坏作用。
内部原因包括:1)产生气隙;2)炭砖和捣打料受到H2O、CO2等气体侵蚀,导热系数下降,等等。
外部原因包括:1)铁水环流加大,铁水与凝铁层之间的换热系数增加;2)冷却水量变小;3)冷却水温升高。
通过传热学计算研究,对影响凝铁层厚度的各种因素的定量化关系总结如表2所示。
如表2所示,影响凝铁层最大的因素是气隙厚度,其次是铁水环流速度,而冷却水速和冷却水温有一定影响,但相对是很小的,往往不是决定性因素。
在高炉投产后,炭砖和碳捣料的导热系数相对变化是很小的,因此,破坏传热体系引起凝铁层减薄的主要因素有两个一个是内部因素即气隙,另一个是外部因素即铁水环流速度。
产生气隙的原因主要是施工不到位和烘炉不彻底引起的,引起铁水环流速度变化的原因则更加复杂,利用系数越高,出铁不佳,死料柱肥大及透液性变差,均会引起铁水环流加剧,而死料柱状态又和原燃料质量有密切的关系。
经过跟踪多个高炉生产,发现焦炭热态强度CSR、焦炭灰分、焦炭平均粒度是引起死料柱肥大和透液性下降的主要原燃料指标。
这样,就对引起凝铁层减薄的因素进行了层层分解,直到找到最底层的原因。
图3是引起凝铁层减薄的因素分解图。
如图3所示,将引起凝铁层减薄或脱落的因素分解到末级,主要有产生气隙、利用系数增加、焦炭粒度下降、焦炭CSR下降、焦炭灰分增加、操作上炉缸中心不活。
根据炉缸长寿状况判断,如果诊断结论是不好及以下,则系统会立即进行原因诊断和报出建议措施。
系统制定的规则则和对应关系如表3所示。
表3中,如果有1条诊断原因为真,则认为是单单由该原因引起的凝铁层减薄,如果有2条或以上的诊断原因为真,则认为是由这几条原因同时引起的凝铁层减薄。
如果前6条原因均不满足诊断依据的条件,则说明是其他原因引起的,超出了系统目前的诊断范围,则需要靠专家凭借经验进行更加深入的诊断。
7结语
本文通过对高炉炉缸长寿智能管理系统的研究、开发与应用,得到以下结论:
1)高炉炉缸长寿的机制是在炉缸炭砖热面形成了稳定的凝铁层,防止炭砖直接与铁水接触,从而避免遭到侵蚀。
2)根据炉缸长寿机制开发了炉缸长寿智能管理系统,具有炭砖残厚及凝铁层在线计算、炉缸长寿状况判断、凝铁层减薄原因诊断和给出针对性建议4项功能。
3)该系统的核心作用不仅仅是计算炭砖已经被侵蚀了多少,而是通过凝铁层厚度减薄的预警和控制来避免炭砖发生侵蚀,从根本上保证炉缸的安全。