基于死焦堆受力模型的高爐爐缸爐底溫度差異

李洋龍，程樹森，周生華

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基于死焦堆受力模型的高爐爐缸爐底溫度差異

李洋龍1, 2，程樹森1, 2，周生華3

(1. 北京科技大學 冶金與生態工程學院，北京，100083；2. 北京科技大學 鋼鐵冶金新技術國家重點實驗室，北京，100083；3. 山鋼股份萊蕪分公司煉鐵廠，山東 萊蕪，271104)

調研國內2座大型高爐，發現爐缸與爐底溫度關系存在差異，高爐A爐缸、爐底溫度變化趨勢相反，而高爐B爐缸與爐底溫度變化趨勢一致。利用死焦堆受力平衡模型，分析國內4座高爐的死焦堆浮起狀態、爐缸爐底溫度或者侵蝕的差異。研究結果發現，高爐內部死焦堆浮起高度會影響爐缸側壁、爐底溫度關系，進而影響其侵蝕形貌。高爐A死焦堆浮起高度明顯大于高爐B死焦堆浮起高度，導致高爐A和B爐缸、爐底溫度變化關系不一致。渣液面高度和死焦堆的空隙率會影響死焦堆的浮起高度，分析不同因素導致空隙率減小時的死焦堆浮起狀態。死焦堆沉坐爐底時，爐缸、爐底溫度變化趨勢相反；死焦堆小幅度浮起時，爐缸、爐底溫度變化一致；死焦堆大幅度浮起時，爐缸、爐底溫度變化趨勢相反。

高爐；爐缸爐底；死焦堆；死鐵層；侵蝕

隨著高爐大型化的發展，實現高爐長壽最關鍵因素之一是爐缸爐底的長壽[1?3]。高爐爐缸爐底的工作環境注定了爐缸爐底內襯不可避免的受到侵蝕，爐缸爐底侵蝕的程度和速度往往決定了高爐一代爐役的長短。近些年，高爐爐缸爐底侵蝕加劇甚至燒穿現象時有發生，并且不同高爐的爐缸侵蝕位置和形貌存在一定差異；爐底中心溫度和爐缸側壁溫度之間也表現出復雜的關系，在某些高爐上二者協調一致，在某些高爐上變化趨勢相反，而這些問題是現場操作中極為關心的，又是急需解決的。爐缸死焦堆的狀態直接影響鐵水流動，進而影響高爐爐缸爐底侵蝕，通過死焦堆受力分析可以判斷死焦堆的沉浮狀態[4?5]。許多研究者通過高爐解剖、取樣分析，研究了爐缸爐底內部渣鐵水流動和磚襯侵蝕形貌[6?8]。利用數值模擬[9?12]和高爐生產數據[13?17]，分析了影響侵蝕的因素以及控制侵蝕的措施。但是，死焦堆浮起狀態與爐缸爐底溫度變化的關系仍有待明確，理清爐缸側壁溫度與爐底溫度對應關系有利于準確判斷爐缸爐底內部的活躍狀態和侵蝕程度，有效指導高爐設計操作。隨著高爐逐步采用經濟爐料，原料品位逐漸降低，焦炭灰分逐漸增加，導致高爐渣量大幅度增加，死焦堆透氣透液性變差，是否對高爐死焦堆沉浮狀態產生影響值得深思。為了解決上述問題，本文作者基于死焦堆受力模型，以國內4座容積不同的高爐為例，計算了爐缸死焦堆浮起所需的最小死鐵層深度和死焦堆的浮起高度，研究了渣液面高度及不同原因導致死焦堆空隙率降低對死焦堆沉浮狀態的影響，分析了爐缸側壁溫度與爐底溫度變化規律及二者的關系，討論了不同死焦堆浮起狀態對爐缸、爐底溫度的影響。

1 高爐死焦堆受力分析

高爐死焦堆的浮起與沉坐是由死焦堆的受力狀態決定的。朱進峰對高爐死焦堆受力進行分析[4?5]，死焦堆“浮起”的最小死鐵層深度計算式為

式中：min為死焦堆浮起滿足的最小死鐵層深度，m；m為料柱的平均密度，kg/m3，滿足