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1、迂钢迂钢 1 号高炉炉缸炉底在线监测及长寿维护号高炉炉缸炉底在线监测及长寿维护发布时间： 2011-01-12 浏览次数：26文字颜色: 字号:TTT 视力保护: 马金芳 郑敬先 龚卫民 赵宏博 程树森(首钢迁安钢铁公司) (北京科技大学)摘要摘要重点阐述了迁钢 l 号高炉炉缸冷却甓水温采集通讯及炉缸炉底侵蚀在线监测系统，应用此系统分析了炉缸炉底不同时期热电偶温度或热流异常升高的原因，给出了根据侵蚀原因分析采取的合理护炉措施，在线侵蚀监测系统准确伞面地反映了维护手段对炉内侵蚀的影响，及时有效的监测和护炉为实现高炉的长寿高效奠定了基础。关键关键词大型高炉炉缸炉底侵蚀迁钢 1 号高炉(2650 m
2、3)在炉缸炉底设计上采用了较为先进的设计理念，在炉缸侧壁采用高导热压小块炭砖结合强化冷却的“传热法”炉缸，在炉底部位采用陶瓷垫结合微孔炭砖及高导热炭砖的综合炉底，旨在高炉运行后能够把 1150侵蚀线推离炭砖热面，形成自保护的渣铁壳，以实现炉缸炉底的长寿。l 号高炉投产后，由于原料条件变化、生产操作调节、炉缸侧壁气隙产生、耐火砖导热系数变化等，都会影响炉缸炉底的传热及侵蚀。因此，对其进行在线监测就十分重要。这不仅可以及时掌握炉缸炉底热流强度、侵蚀及渣铁壳的变化，明确侵蚀变化的原因，而且可以指导采取合理的维护手段。1 1 l l 号高炉炉缸炉底侵蚀变化号高炉炉缸炉底侵蚀变化2004 年 lO 月
3、8 日，l 号高炉投产后生产情况一直保持良好稳定，炉缸炉底的热电偶温度和炉缸侧壁冷却水温差也比较正常。但随着生产的进行，从 2005 年 5 月开始，热电偶温度和冷却肇水温差都开始攀升，2006 年炉缸炉底拐角处插入炭砖 250 mm 的热电偶温度已超过 600，且炉缸侧二段冷却壁热流强度大部分达到了 15000wm2。开炉初期，由于炉缸侧壁高导炭砖前砌筑了保护高铝砖，使得高温等温线都集中在高铝砖内，因此开炉初期炉缸炭砖内的电偶温度及冷却壁热流都较小。但由于高铝砖存在，即使 l 350线也无法被推出其热面，且高铝砖内热应力过大，因此在开炉 1年内高铝砖侵蚀较快，使得在 2006 年热电偶温度及
4、冷却壁水温差都开始攀升。2007 年热电偶温度和水温差有所波动后继续上升。从 2008 年 1 月开始，炉内侵蚀加剧，尤其在炉缸炉底的拐角部位，热电偶温度最高超过 900，且此区域的二段冷却肇水温差最高达 1.3，热流强度超过 25000Wm2。分析其原因，l 号高炉在炉缸侧壁采用高导热系数的 ucAR 炭砖，因其高导热性，当减薄到一定厚度时，较其他炭砖更易于把 l 150侵蚀线推出炭砖热面以形成“自保护”的渣铁壳。但同时由于其本身的高导热性，在没有渣铁壳形成的情况下，炭砖内温度梯度小，炭砖内部温度较高，即高温铁水的热量更容易进入炭砖内部。当原料质量、鼓风参数、出铁操作等发生变化时，炉缸内渣铁
5、水的流动状态也发生变化，进而使得炉缸侧壁的温度场变化相对较大，炉缸长寿存在隐患。此外，在没有渣铁壳形成的情况下，由于采用了高导热炭砖，炉缸热损失也较大。在炉缸炉底的拐角部位，是最可能出现异常“象脚状”侵蚀的部位。1 号高炉的炉缸炉底，热电偶的最高温度(其中一点温度曾大于900)恰恰出现在此拐角部位附近。由于 l 号高炉炉缸侧壁热电偶布置数量的局限性，同时在此标高上安装的热电偶，有 2 支已经坏掉，在高炉生产中恢复坏掉的热电偶存在一定的难度，随着生产的进行，如果此部位的热电偶坏掉的数目持续增多，将影响在线侵蚀计算监测的准确性。1 号高炉炉缸铸铁冷却壁工业水日常为人工监测水温差，为了保证高炉的长寿
6、高效，需要及时全面地对炉缸炉底侵蚀和热流进行在线监测，准确判断炉缸是否处于安全工作状态，指导生产操作调节和维护。因此，对此部位的侵蚀应结合二段冷却壁的水温差进行计算监测，即需要在二段冷却壁各水管上安装高精度热敏电阻，实时采集进出口水温差，传人侵蚀计算模型作为计算的依据之一。综上，为保证 l 号高炉的长寿高效，从 2008 年初开始，开发了炉缸炉底侵蚀模型在线提示维护系统。此系统主要包括两部分内容：一是炉缸二段冷却壁进出口水温在线采集通讯；二是实时采集炉缸炉底热电偶温度，进行炉缸炉底温度场分布、热流强度、侵蚀轮廓、渣铁壳变化的在线计算监测。2 2 炉缸冷却壁水温差采集通讯和炉缸炉底侵蚀在线监测系
7、统的开发炉缸冷却壁水温差采集通讯和炉缸炉底侵蚀在线监测系统的开发炉缸冷却壁水温采集通讯系统通过在高炉二段冷却壁全部 l 28 根进出水管上安装高精度温度探头(A 级 PW1000)，并采用 AD620 放大器进行放大，利用主从单片机处理。其中从单片机负责转换采集所需的温度，主单片机负责决定采集通道，收集采集温度，并将收集到的数据采用封装安全、安装维护方便的 485 通讯模式，仅用一根屏蔽线就将多路温度数据实时发送到高炉中控室的上位机，达到实时精确地采集冷却水的进出口温度(5 s 即可完成对 128 个测点数据的采集传输，且温度分辨率在 0.05以内)，并利用人机界面友好、功能齐全、专业性强的配
8、套软件，实现温差和热流的在线计算、排序、显示、预警、存储等多项功能。显示的画面诸如全部冷却壁的热流实时变化柱状图、热流强度自动排序、每根冷却水管详细冷却参数报表、圆周方面热流分布饼图、历史数据查询以及变化趋势曲线图等。对生产中高炉炉缸炉底侵蚀及结厚的在线监测，不但要选取合理的温度场计算模型，还要引入并完善“侵蚀及结厚诊断知识库”，提高模型对高炉生产中所出现异常的自适应能力，解决耐火材料导热系数的变化、环裂、渗铁以及由侵蚀的继续引起的“边界不定”等问题，这样才能有效地把数学模型应用于生产中高炉的监测，使计算结果和实际生产更加吻合。针对 1 号高炉炉缸炉底，采取了三维非稳态包含凝固潜热的柱坐标温度
9、场计算模型，综合考虑传热学“正反问题”，建立了炉缸炉底侵蚀及结厚在线监测系统。该系统解决的关键问题如下：(1)实时计算各剖面温度场分布，显示监测炉缸炉底侵蚀厚度的变化；(2)实时监测渣铁壳的形成及变化；(3)自动统计显示不同剖面炉缸侧壁和炉底的最薄残衬厚度及位置；(4)自动判断及处理异常情况对炉缸炉底侵蚀的影响；(5)根据不同位置的热电偶温度自动预警；(6)存储热电偶实时温度、历史最高温度、炉缸炉底热流及残衬厚度；(7)存储炉缸炉底侵蚀温度场文件，提供历史侵蚀查看功能；(8)显示界面直观全面，操作简单明了，便于现场人员使用。3 3 炉缸炉底在线监测系统的应用炉缸炉底在线监测系统的应用l 号高炉
10、水温采集通讯及侵蚀在线监测系统的人机界面直观明了，操作简单方便，实时计算显示炉内不同角度、不同高度剖面的侵蚀变化、渣铁壳形成脱落及冷却壁的热流强度，且“侵蚀诊断知识库”为侵蚀变化的原因提供依据。这样高炉技术人员利用此系统就可以及时、准确、全面地掌握炉内侵蚀变化，并且结合“诊断知识库”对引起侵蚀变化的原因进行综合分析。该高炉在 2008年运行过程中热电偶温度及冷却壁热流异常升高后，结合监测系统，高炉技术人员对侵蚀变化原因进行了分析，并采取了合理的维护手段，使高炉恢复了安全正常生产。图 1 为 2008 年 1 月到 2 月 l 号高炉 2 号铁口对面的炉缸炉底拐角处同一标高插入炭砖250mm(电
11、偶 A)和 120mm(电偶 B)深的 2 支电偶的温度变化曲线，可见电偶 A 从 500一直攀升到900以上，而电偶 B 也从 400升高到了近 700，引起了炼铁系统的高度重视，急需对异常升温的原因进行判断，并采取相应的措施。结合炉缸热电偶温度和冷却壁热流强度数据，“侵蚀诊断知识库”对炉缸拐角处炭砖的导热系数进行了自动判断(见图 2)，得出电偶 A 后的炭砖导热系数为 10.21 W(mK)，但此部位采用的 NMD 砖的设计导热系数为 4050W(mK)。因此推断造成热电偶温度异常升高的原因是电偶 A后面的热阻 2 远大于设计值，而电偶 A 前的热阻 l 正常，因此铁水的热量容易进入炭砖，
12、但不易从热电偶 A 后的 NMD 砖内传走，这样热量积聚在炉缸侧壁炭砖内，导致电偶 A 和 B 的温度都异常升高。且通过侵蚀模型计算，当电偶 A 后的炭砖导热系数为 10.2l W(mK)时，1150侵蚀线不能并推出炭砖热面，“传热法”炉缸侵蚀加剧。而随着侵蚀的加剧，电偶 A 前方的炭砖减薄，热阻 l 减小，导致热流也继续增大。通过侵蚀监测模型计算，可知由于热阻 2 的异常增大，导致炉缸炉底拐角处侵蚀向“蒜头状”发展，炉缸侧壁最薄处剩余炭砖 625 mm。导致电偶 A 后的热阻 2 异常升高的可能原因包括：NMD 砖在高炉运行过程中导热系数减小而低于其设计值、炉缸侧壁砖与砖之间在高炉运行过程中
13、产生缝隙、NMD 砖和冷却壁之间存在气隙层、冷却器水管存在结垢。此外气隙存在还可能引起串气，这样炉缸炭砖两端都受热，侵蚀加剧，导致温度和热流都升高。由于 NMD 砖为高导热压小块炭砖，冷却水已改通高压水，因此推断在炉缸炭砖和冷却壁间存在气隙是热阻异常升高的主要原因，进而重点在此部位采取了压浆处理措施。压浆压力一般控制在 2.5MPa 左右，压浆材料为热固性树脂结合高铝质细颗粒泥浆，以消除炉缸侧壁存在的气隙。通过压浆加强炉缸“扬冷”后，还要提高炉缸的“避热”，这样才能更有效地抑制炉缸侵蚀。因此在压浆后进一步采取了钛球护炉，图 3 为加钛球后铁水中Ti的变化，这样在炉缸炭砖前增加了钒钛化合物的保护
14、层。因此，从 2008 年 2 月 7 日以后，炉缸电偶温度逐渐下降，到 2 月 21 日电偶 A 的温度已降低到近600，电偶 B 的温度也降低到近 500，但炉缸冷却壁最高热流仍然在 20000 Wm2以上。通过侵蚀模型判断，此时电偶 A 后的炭砖热阻已恢复到 NMD 砖的设计值，炉缸总热阻降低，虽然侵蚀不再加剧，但热量更容易被冷却水带走。因此，冷却壁热流基本不变，即解决了炭砖和冷却系统的正常传热后，还需要对炉内渣铁水流动方式进行控制，降低高温铁水和炭砖间的对流换热，此后采取了稳定冶强、增加铁口深度和控制炉温等维护措施，以减弱铁水环流对炉缸侧壁的冲刷侵蚀。通过侵蚀监测系统的在线计算显示，在
15、这些合理有效的维护措施下，1 号高炉炉缸炉底侵蚀得到了抑制，尤其是拐角处形成了 286mm 厚的“自保护”渣铁壳。目前电偶 A 的温度已降至 350以下，炉缸冷却壁的最高热流强度也降至 15000wm2左右，实现了高炉的安全稳定生产。4 4 结语结语(1)“传热法”高导热炭砖炉缸虽然在设计上更利于将 l 150侵蚀线推出炭砖热 Ilii 以形成自保护渣铁壳，但由于其避热不足，在没有渣铁壳形成的情况下炭砖温度较高且受生产波动影响较大，如果出现气隙则侵蚀可能加剧。(2)成功开发了 l 号高炉二段冷却壁及炉缸炉底侵蚀在线监测系统，实现了对炉缸冷却壁温差的实时采集通讯和对炉缸炉底不同剖面的温度场、侵蚀
16、轮廓、渣铁壳变化的在线监测，侵蚀监测系统对炉缸出现的气隙进行了自动判断，为高炉技术人员分析炉缸侵蚀变化原因提供了依据。(3)结合侵蚀监测系统对炉缸热电偶温度及冷却壁热流异常升高的原因进行了合理分析，并据此采取了有效的护炉措施。(4)为了实现炉缸炉底的长寿保温，除了合理的设计，还需要在生产过程中对其进行准确全面地监测，及时发现并消除可能出现的气隙等异常，并通过对人炉原料质量控制、吹透中心、调节布料制度等手段来提高炉缸焦堆透气透液性，减弱炉缸环流，避免“蒜头状”侵蚀的发生。5 5 参考文献参考文献1钱世崇，程树森，张福明，等首钢迁钢 l 号高炉长寿设计J炼铁，2005，24(1)：692 程树森长寿高炉炉缸和炉底温度场数学模型及数值模拟J钢铁研究学报，2004。16(1)：693 赵宏博，程树森炉缸炉底侵蚀及结厚在线监测系统的开发c中国钢铁年会。成都，20074赵民革高炉炉缸炉底渣铁水流动及传热物理数值模拟研究D北京
