高炉炉缸的安全预警机制

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1、冶金之家网站高炉炉缸的安全预警机制赵宏博1，2，霍守锋2，3，郝经伟4，程树森2(1.北京科技大学高效钢铁冶金国家重点实验室，北京100083；2.北京科技大学冶金与生态工程学院，北京100083；3.北京北科亿力科技有限公司，北京100041；4.中国国际工程咨询公司，北京100048)摘要：近年国内外多座高炉面临着炉缸侵蚀加剧的问题甚至发生了炉缸烧穿事故，炉缸寿命已成为现代高炉安全高效生产的限制性环节，但目前由于缺乏系统和量化地研究，炉缸安全预警机制尚未明确。笔者依据对不同容积、结构及耐材选择的多座高炉炉缸进行的传热学计算、热负荷及侵蚀监测，比较分析了不同类型炉缸的热负荷及侵蚀特点，对

2、炉缸监测的一次检测元件、软件模型、评判标准、预警方法进行了探讨，提出了现代高炉炉缸安全预警机制建议。关键词：高炉；炉缸；侵蚀；热负荷；预警机制高炉工艺因其生产规模大、效率高、成本低、能源利用充分、工艺技术较成熟等诸多优点，在很长一段时期内在炼铁工艺中仍将具有重要的主导地位。炉缸炉底是高炉工作环境最恶劣的区域，此区域内的耐火材料始终受到高温渣铁的冲刷、侵蚀、高温及热应力破坏，炉缸烧穿将直接导致高炉一代炉役终结，停炉大修。国内外工作者在炉缸长寿技术方面进行了诸多的研究，如从材料制备角度对炉缸耐材抗渣铁熔蚀性能进行改进[1]，从传热学角度对炉缸结构和耐材搭配进行优化[2-4]，从操作角度对炉缸内

3、铁水环流进行控制[5-6]等。但是，在原燃料条件下降、变料频繁、冶炼强度提高、追求低焦比冶炼的情况下，炉缸安全问题仍日益突出，近期国内外多座高炉出现了炉缸侵蚀加剧甚至炉缸烧穿的重大安全事故。如何能够在高炉投产后对炉缸进行准确地侵蚀监测并建立合理、有效的安全预警机制已成为高炉工作者面临的难题。对于现代不同材质、结构及生产操作特点的多种类型炉缸而言，传统的、单一的、经验性的炉缸预警标准已难以满足现代高炉炉缸多元安全预警需求。炉缸监控对基础检测硬件和机制诊断模型的性能需求仍未统一，炉缸安全预警标准和机制尚未明确。针对此问题，本文将依据对不同设计结构及耐材选择的多座高炉炉缸的热负荷及侵蚀在线监测和

4、传热学计算分析，比较实际生产中不同类型炉缸的热负荷及侵蚀特点，进而对炉缸监测的一次检测元件、软件模型、评判标准、预警方法进行探讨，提出现代高炉炉缸安全预警机制建议。1不同类型炉缸的热负荷及侵蚀特点分析不同容积的高炉所采用的炉缸类型也不同，通过对国内多座高炉的统计，炉缸类型大体可分为：大型高炉主要采用以高导热压小块碳砖为主的“传热法”炉缸或者是“隔热法”陶瓷杯结合碳砖的复合炉缸，中小高炉主要采用以陶瓷杯结合中等导热系数的模压碳砖或者是以微孔铝碳砖为主的炉缸，部分小高炉采用导热系数更低的全高铝砖炉缸。由不同种类的耐火材料砌筑而成的炉缸，其整体导热性能也存在着明显的差别。针对不同类型的炉缸，先后

5、研发和安装了炉缸冷却壁水温差热负荷无线检测硬件系统、炉缸炉底柔性电偶测温系统和炉缸炉底三维侵蚀内型及渣铁壳变化监测模型，通过对实际运行中高炉的监测，发现不同类型的炉缸所对应的热负荷及侵蚀特点也各不相同。1.1“传热法”高导热压小块碳砖炉缸运行过程中的热负荷及侵蚀变化特点某高炉炉缸侧壁耐材主要由高导热的热压小块碳砖构成，炉缸侧壁碳砖设计厚度约为1.2m，由靠近冷却壁的导热系数为45～55W/(m·K)的NMD砖和靠近热面的导热系数为18～22W/(m·K)的NMA砖构成，基本属于目前导热性能最好的炉缸结构，通过对该高炉炉缸二段(处于炉缸炉底拐角区域)冷却壁水温差热负荷以及炉缸炉底侵蚀内型的在

6、线监测可知，在该高炉运行4年后当炉缸部位无保护渣铁壳生成时，其二段冷却壁的最高水温差可达1.3℃以上，对应的热负荷达108.68MJ/(m2·h)以上，远远超过了传统的炉缸热负荷预警标准41.87MJ/(m2·h)，甚至是停炉标准值62.80MJ/(m2·h)，但实际上此“传热法”冶金之家网站炉缸由于其高导热性对应此热负荷的炉缸侧壁砖衬剩余厚度仍在可控范围，如图1(a)所示，对应热负荷108.86MJ/(m2·h)的炉缸侧壁最薄处剩余砖衬厚度为750mm左右，可见依据热负荷检测数据和对炉缸侵蚀内型做出实时计算才能更为准确地判断炉缸是否处于安全工作状态。该监测结果一方面说明传热法炉缸具有更大

7、的热负荷安全工作上限，即应该依据炉缸导热性能的不同结合侵蚀内型计算结果制定合理的热负荷安全预警标准；“传热法”炉缸内死焦堆状态和铁水环流的控制尤为重要，应充分发挥“传热法”炉缸导热性能好的特点，使其在炉缸碳砖热面能够形成“自保护”渣铁壳，否则将带来较大的热损失和侵蚀速度。进一步通过对该高炉炉缸温度场的在线计算监测结果可知，在碳砖厚度为750mm时如果炉缸铁水环流控制有效，则1150℃侵蚀线是可以被推出碳砖热面的，炉缸维护