爐缸壽命是當前大高爐長壽的決定性因素之一。只有掌握了爐缸內(nèi)部鐵水流動、爐缸焦炭、炭磚及其保護層之間的交互作用規(guī)律,才能找出延長爐缸壽命的措施。鐵水對爐缸側(cè)壁的沖刷侵蝕是導致爐缸壽命短的主要原因之一。爐缸長壽的關(guān)鍵是在炭磚熱面凝結(jié)一層渣鐵殼,隔離炙熱鐵水與炭磚的直接接觸。炭磚附近的鐵水流速和炭磚熱面溫度是影響渣鐵殼凝結(jié)的主要因素。影響爐缸側(cè)壁附近鐵水流速的主要因素有(1)死料柱焦炭行為(死料柱空隙度分布、焦炭粒度和焦炭密度等);(2)鐵口維護制度;(3)爐缸工作狀態(tài)(死料柱浮起高度和中心透液性等)。砌筑和冷卻良好的高爐,如果炭磚形成脆化層,會降低炭磚的導熱性能,使炭磚熱面溫度升高,不利于炭磚熱面渣鐵殼的新生和穩(wěn)定存在,這也是導致爐缸壽命短的主要原因之一。本文通過爐缸破損調(diào)研、數(shù)值仿真和熱態(tài)實驗三種方法對長壽爐缸爐底的影響因素進行了研究,加深了對爐缸內(nèi)部死料柱焦炭、炭磚脆化層、渣鐵殼和爐缸鐵水流動規(guī)律的認識,對高爐爐缸設(shè)計和高爐操作有一定的指導意義。本文首先通過2800m3和5500 m3工業(yè)高爐爐缸破損調(diào)研的方法詳細研究了風口以下1.5m至爐底之間不同爐缸高度和不同徑向位置死料柱焦炭的無機礦物組成、石墨化程度、粒度分布、強度和死料柱空隙度分布。結(jié)果表明,2800m3工業(yè)高爐風口以下2.5m至爐底之間死料柱焦炭內(nèi)部填充了大量高爐渣。在5500 m3高爐爐缸破損調(diào)研中也發(fā)現(xiàn)了大量高爐渣浸入風口以下1.8m至鐵口中心線之間死料柱焦炭中。死料柱焦炭無機礦物質(zhì)含量隨著距風口距離的增加而增加,平均含量為45%。大部分死料柱焦炭質(zhì)量是相同條件下入爐焦炭質(zhì)量的1.43-2.21倍。死料柱焦炭高度石墨化,且越靠近爐底,焦炭粉末石墨化程度越高。2800 m3和5500m3高爐死料柱焦炭平均粒徑在直徑方向上分別呈“M”和倒“V”型,焦炭平均粒徑分別為28.7mm和23.5mm,分別較入爐焦炭降低了 47%和56%�？拷懒现撞扛浇�,死料柱空隙度隨著距風口距離和距爐墻距離的增加而降低,平均空隙度為0.3。其次,在爐缸死料柱焦炭行為研究的基礎(chǔ)上,建立了包括死料柱和泥包在內(nèi)的5500 m3高爐爐缸鐵水流動數(shù)學模型,研究了不同鐵口維護制度(鐵口深度、鐵口傾角和雙鐵口出鐵等)和不同爐缸工作狀態(tài)(死料柱浮起高度和中心透液性等)對爐缸側(cè)壁附近鐵水流速的影響。結(jié)果表明,增加出鐵口深度、鐵口傾角為10°和選擇夾角為180°的雙鐵口出鐵有利于降低爐缸側(cè)壁附近的鐵水流速,延長高爐爐缸壽命。當死料柱中心、中間和邊緣空隙度分別為0.2、0.3和0.35時,爐缸爐底交界面附近的鐵水流速隨著死料柱浮起高度(0.8m→0.1m)的降低而大幅度增加,這表明死料柱小幅度浮起可能導致爐缸“象腳狀”侵蝕。死料柱浮起高度處于0.6m-0.8m之間有利于高爐爐缸長壽。死料柱沉坐和浮起時,只有當死料柱中心透液性較差區(qū)域(空隙度為0.1)分別發(fā)展為爐缸直徑的26%和50%時才會引起爐缸側(cè)壁附近鐵水流速增加。然后,通過2800m3高爐爐缸破損調(diào)研分析了堿金屬和鋅對爐缸炭磚的蝕損機理和炭磚凝結(jié)渣鐵殼的形成機理。在2800m3高爐爐缸殘余炭磚脆化層中含有大量的Zn2SiO4、KA1SiO4、ZnO、KA1Si2O6及少量的 ZnS 和ZnAl2O4。結(jié)合當前炭磚和殘余炭磚脆化層礦物質(zhì)組成,揭示了炭磚脆化層的形成機理。在爐缸炭磚熱面凝結(jié)層和爐底陶瓷墊中均發(fā)現(xiàn)了高爐渣的存在,凝結(jié)層中的高爐渣主要來源于浸入到焦炭內(nèi)部的高爐渣,而不是來源于入爐焦炭灰分。最后,設(shè)計建造了模擬高爐爐缸冶煉過程的熱態(tài)實驗爐。在炭磚冷面設(shè)計有冷卻水管模擬爐缸冷卻壁。三相交流電電極作為加熱源,保證渣鐵水溫度在1550℃左右。通過熱態(tài)實驗爐爐底吹氮氣攪拌熔池來模擬爐缸渣鐵水流動。實驗發(fā)現(xiàn),當炭磚熱面溫度低于渣鐵殼凝固溫度,在炭磚熱面就可以形成渣鐵殼。在該熱態(tài)實驗中通過在爐缸炭磚中產(chǎn)生鉀、鈉和鋅蒸氣,模擬了高爐爐缸持續(xù)的鉀、鈉和鋅蒸氣對炭磚的破壞。總之,通過本文研究表明,高爐渣通過死料柱焦炭的運動可以被帶入鐵口以下爐缸區(qū)域。由于死料柱焦炭浸入大量高爐渣導致死料柱重力增大,為保證死料柱浮起較高高度應適當增加死鐵層深度。在高爐冶煉過程,適宜條件下,爐缸爐底內(nèi)襯熱面能夠凝結(jié)渣鐵殼。為延長高爐爐缸壽命,應制定合理的出鐵維護制度和保證入爐焦炭質(zhì)量,改善死料柱中心透液性,降低爐缸側(cè)壁鐵水流速,并嚴格控制入爐K和Zn負荷,避免炭磚脆化層的形成,促進炭磚熱面渣鐵殼的形成,隔離與炙熱鐵水的直接接觸,延長高爐爐缸壽命。
【學位單位】：北京科技大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2020
【中圖分類】：TF57
【部分圖文】：

耗低、生產(chǎn)成本低、污染物排放少等諸多優(yōu)勢［１４Ｈ１６］。??（ａ）?７０００???８０??６０００?＊?７０??〇?ＨＵＭｌＭｉｉｉｉｉｊ—ｔｉｌｌ?０??人Ｖ?／?／??〇ｉｔａ２ＢＦ?Ｆｕｋｕｙａｍａ?５Ｂｆ??（ｂ）調(diào)???５０００?＜Ｐ?〇?＾?ｓｈ？ｆｉ３Ｂｆ??：ｖ?科?ｆ。ｔｆｅ—??１０００?。。??ｏ????????????■—??１９５０?１９６０?１９７０?１９８０?１９９０?２０００?２０１０??開爐時間??圖２－２日本髙爐爐容和數(shù)置的轉(zhuǎn)變：?（ａ）高爐數(shù)置；（ｂ）高爐開爐時間及爐容??２０世紀７０年代前蘇聯(lián)和日本幵始修建５０００?ｍ３級巨型高爐。前蘇聯(lián)克里??沃洛格公司于１９７４年建成了世界上首座有效容積大于５０００?ｍ３的巨型高爐。??１９７６年，前蘇聯(lián)切列巴維茨公司建成了?５５８０ｍ３高爐［１７］。二戰(zhàn)結(jié)束后，日本??高爐煉鐵經(jīng)歷了?１０年恢復和２０年快速發(fā)展，取得了舉世矚目的成就，截至??１９７１年，日本高爐數(shù)量達到了?６５座［１８］［１９］，如圖２－２?（ａ）所示。１９７６年，??日本住友和新日鐵公司分別建成了?５０５０?ｍ３和５０７０?ｍ３高爐［５］。１９９３年１０月??德國蒂森斯維爾根廠投產(chǎn)了歐洲首座５０００?ｍ３級的高爐（５５１３?ｍ３）。２１世紀??以來，俄羅斯和烏克蘭分別新建了一座５５８０?ｍ３和５０２６?ｍ３的高爐，至此，歐??洲共有３座５０００?ｍ３級的高爐［１５］［２（）］。２００９年５月，我國首鋼京唐５５００?ｍ３高??－４－??

造成??巨大的產(chǎn)量損失，破壞后續(xù)工序生產(chǎn)的平衡，造成巨大的經(jīng)濟損失。因此，??延長高爐壽命，減少大修的次數(shù)，是降低鋼鐵企業(yè)經(jīng)濟損失和提高競爭力的??有效措施。為了縮短大修時間，日本開發(fā)了大型模塊施工方法［２６ＨＷ，使高??爐大修時間縮短為６０－９０天［２７］＿［２９］，日本福山５號５５００?ｍ３高爐采用該施工方??式，大修用了?５８天，創(chuàng)造了高爐大修最短的世界紀錄。寶鋼１號高爐（第二??代）大修采用大型模塊施工方法，大修工期７８天，創(chuàng)造了國內(nèi)特大型高爐大??修的最好成績［２９］，如圖２－３所示。??Ｏ寶鋼１號髙爐？?？??２００?？?４１Ｂ天??湯?１５０?－??Ａ?福山?５?號??離爐?５８?天??耋?■?■?？???１０００?３０００?５０００??高爐容積／ｍ３??圖２－３傳統(tǒng)施工法與大型模塊施工法工期對比丨２９丨??改革開放４０多年來，我國通過引進國外先進技術(shù)、設(shè)備和自主研發(fā)，我??國高爐壽命取得了較大的進步。然而，與國外相比，我國高爐壽命仍處于較??低的水平。日本２０世紀８０年代初期建設(shè)的高爐壽命已能達到１５年左右，如??圖２－４所示，日本高爐最長壽命能達到２７．３年＾?［１４］?＿。歐洲和日本在２０??世紀８０年代中后期建設(shè)的高爐普遍都在１５年以上，而我國同時期建設(shè)的高??爐長壽壽命約為日本高爐壽命的一半左右，為８－１０年ｎ４ｎｉ５］。進入２０世紀??９０年代以后，我國寶鋼、首鋼和武鋼等少數(shù)高爐壽命能達到１５年以上。??２５??．???２０?□運行?？?？??＇二?？停爐?？?？?？?？〇??？？?？??０????１９５４?１９５８?１９６２?１９

其他設(shè)備?０?〇．〇?６?６．０?〇?０．０??產(chǎn)能結(jié)構(gòu)調(diào)整?３６?３０．３?２２?２２．０?３?４２．９??２．２高爐爐缸側(cè)壁高溫點和燒穿位置??１４?�。�??１２?－??１０?－??ｉ?８－?８?？??ｍ?：??頦６－??５??４－?Ｐ］??３?３??２?＇?１?１＿１?１?—?＿＿＿＿??２０００?２００１?２００２?２００３?２００４?２００５?２００６?２００７?２００８?２００９?２０１０?２０１１?２０１２?２０１３??年份??圖２＿５國內(nèi)部分高爐爐缸燒穿座數(shù)統(tǒng)計ＰＩ??２１世紀以來，國內(nèi)外爐缸燒穿事故時有發(fā)生，給企業(yè)造成嚴重的損失，??－９－??
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本文編號：2861518