1、高炉冷却壁气隙判断标准的实验研究Vo1.24No.1January2007安徽工业大学J.ofAnhuiUniversityofTechnology第 24 卷第 1 期2007 年 1 月文章编号:16717872(2007)叭一 000502高炉冷却壁气隙判断标准的实验研究张西和,贾利军,刘燕春(安徽工业大学冶金与资源学院,安徽马鞍山 243002)摘要:通过实验分析高炉炉缸冷却壁与碳砖间气隙对炉壁碳砖内部温度场的影响 ,找到一种判断气隙是否出现的指标,该指标在各种情况下都能准确判断气隙的出现,为炼铁高炉的实际生产及高炉长寿提供重要的参考依据.关键词:高炉;气隙;指标中图分类号:TF513
2、 文献标识码:AExperimentalReserachofJudgementCriticaloftheGapBetweenCoolingWallandCarbonBrickinBlastFurnaceZHANGXi-he,JIALI-jun,LIUYan-chun(SchoolofMetallurgyandResource,AnhuiUniversityofTechnology,Maanshan243002,China)Abstract:Itisanalyzedthatthegapbetweenthecoolingwallandthecarbonbrickhasinfluenceonthei
3、nnertemperaturefieldofthecarbonbrickintheblastfurnace.Theindexthatisusedtojudgethegapexistornotisfounded.Withtheindex,thegapexistingisaccuratelyjudgedunderanysituation.Theresultcanbeveiwedasthemainreferenceforthelonglifeofblastfurnace.Keywords:blastfurnace;gasgap;indexnumber引言为延长高炉炉龄,现普遍对高炉炉缸实行水冷1,降
4、低炉衬碳砖温度,同时在炉衬内部形成凝渣层.在实际使用中冷却壁与碳砖间出现气隙,致使冷却效果降低.避免碳砖与冷却壁之间出现气隙是强化冷却的前提,如何判断碳砖与冷却壁间是否出现气隙,对高炉长寿是很重要的.在生产中通常利用出现气隙时碳砖内部温度升高和碳砖内部温度梯度变小来判断2,但影响碳砖内部温度及温度梯度的因素很多,如当高炉内部的凝渣层厚度发生变化时碳砖内部的温度及温度梯度会显着变化,故利用碳砖内部某个点的温度或其温度梯度作为判断是否存在气隙的依据就不准确.1 原理通过实验并结合生产数据,总结出一个指标来判断碳砖与冷却壁间是否出现气隙:Ak,t)=k/t式中:后碳砖内部热流密度,W/m;卜一碳砖内
5、某点的温度(),采用距碳砖冷面30mm 点处的温度.该指标是碳砖内部特定结构与温度之间的线性相关函数,当碳砖与冷却壁间出现气隙时通过炉壁的导热量减小,在不考虑导热系数随温度变化的条件下,碳砖内部 k 减小,而碳砖内部点的温度升高,导致 A 町减小.2 实验方案及设备以宝钢 2BF 和 3BF 为原型,不改变高炉现有炉壁测温手段 .实验分 2 种方案:(1) 炉壁 Bc 一 7s 碳砖冷却收稿日期:2006-04-19作者简介:张西和(1970 一),男,安微阜阳人,讲师.6 安徽工业大学 2007 年方式为洒水冷却,(2) 炉壁热压小块碳砖冷却方式为水冷壁.在碳砖与水冷壁(炉壳钢板)问分有气隙
6、和无气隙 2 种情况进行实验.通过加冰和电加热器控制冷却水温度并使之保持恒定,碳砖一面通过电炉加热并保持温度恒定,另一面通水冷却.实验装置如图 1 所示.本实验数据采集分析系统如图 2,将位于碳砖内部不同位置(两点)的热电偶 l 和热电偶 2 分别接到数据采集系统的输入端子,数据采集系统与计算机相连,利用数据处理软件实时监测是否出现气隙./:管,_一/炉温控 P_ 测温计 Ir_水 l 池流量计/|偶制柜 l 分试盎炉电缆总阀门 L_1 离 0(试样)_1_0水泵水泵同 ki 测温十图 1 高炉炉壁冷却效果实验装置圈炉壁j“:=:;l 厂一,j,I?热电偶热电偶圈 2 数据分析系统示意图3 结
7、果分析3.1 碳砖内部温度梯度相同图 3 实线 1 是在碳砖与冷却壁之间有气隙,实验炉温为 500oc,-j 碳砖内温度分布曲线,虚线 2 是在碳砖与冷却壁之问没有气隙,实验炉温为 365时(相当于炉衬内部凝渣层厚度增厚的情况)碳砖内温度分布图.从图 3 可以看到 2 种情况温度分布曲线斜率基本相同,通过斜率的变化无法分清是否出现气隙,而用Am 指标可清楚地区分气隙到底是由哪种情况引起的:A=t/k=867x10;Arn=t/k=1.88xi0uAmH 丌 1=1.88x10m/8.67x10“=2.17由计算可见在碳砖内部温度梯度相同时,当碳砖与冷却壁之间有气隙时的 A 町为 8.67x10
8、,碳砖与冷却壁之间无气隙时的为 1.88x10,比值为 2.17.通常依靠温度梯度来判断是否出现气隙失效的情况下,通过町指标能清楚地区分是否出现气隙,由试验可知出现气隙时的 A 町要小 1/2 左右.3.2 检测点温度相同图 4 中,实线 1 是碳砖与冷却壁之间有气隙,实验炉温为 400时碳砖内部温度分布曲线.虚线 2 是碳砖与冷却壁之间没有气隙,实验炉温为 550时碳砖内温度分布曲线.两曲线中热电偶距冷面距离为 180mm 的测温点温度相同,此时通过热电偶温度无法判断碳砖与冷却壁之间是否有气隙.A 町指标计算结果为:AHrrl=t/k=9.61xlO;AHrn=t/k=1.94x10AlAH
9、 丌 1=1.94x10.61xlO4=2.02距冷面距离/mm图 3 流量 1800L/h 有气隙与无气隙时的温度分布图距冷面距离/mm图 4 流量 1800L/h 有气隙与无气隙时的温度分布图可见冷却壁与碳砖之间无气隙时的 A 岍大于冷却壁与碳砖之间出现气隙的哪 ,比值为 2.02.因此在仅依靠检测点温度来判断是否出现气隙失效的情况下,通过肿能清楚地区分是否出现气隙,出现气隙时的 A 要小 1/2 左右.(下转第 1l 页)第 1 期崔荣峰等:马钢高炉冷却壁水管结构优化试验研究 11(3)冷却水管的全程阻力损失与弯头连接方式有着直接关系,外接弯头水管阻力损失明显要大于内接弯头管道,建议采用
10、单层内接弯头管道结构.(4)冷却水管全程阻力损失与管道形状有关,圆形管道,直径越大,全程阻力损失越小;椭圆管道,长短轴比越大,当量直径越大,全程阻力损失越小.(5)椭圆形管有利于短轴方向的湍流发展,相对制约长轴方向发展,短轴核心区速度有利于长轴核心区扩大,提高长轴向的层流发展及冷却效果,椭圆比例因子越小,流场越有利于冷却,但是水流阻力越大,因此,应该综合考虑成本和加工的可行性.(6)全程阻力试验数值与理论计算结果拟合度很高,达到 75%92%,说明理论计算的科学性很高;20#钢管全程阻力损失值可以用理论计算进行修正,修正系数范围:1.001 1.342.(7)理论计算和水模试验结果需要结合工业
11、现场试验来验证和修正.参考文献:1胡君健,战庆文 ,张毅.等.高炉冷却壁的生产技术与现状【J. 铸造技术,2004,25(3):657【2胡源申 ,路锁顺.我国高炉冷却壁技术的进展J.炼铁,1996,15(4):33 34.【3许美兰 .提高冷却壁使用寿命J.武钢技术,1996,9(34):2931.4沈颐身,李保卫 .冶金传输原理基础M一 B 京:冶金工业出版社,2000.(上接第 6 页)3.3 碳砖边界条件相同图 5 中,实线 l 是碳砖与冷却壁之间有气隙,实验炉温 300oC 时碳砖内温度分布曲线.虚线 2 是碳砖与冷却壁之间没有气隙,实验炉温 300oC 时碳砖内温度分布曲线.Ama
12、=t/k=8.3xlO_4;A玎=t,|2.03xlO-3A 唧 Hrn=2.03x10-3/8.3x10-4=2.45可见冷却壁与碳砖之间无气隙时的 A 肿大于冷却壁与碳砖之间出现气隙时的 A 町,比值为 2.45.距冷面距离/mm图 5 流量 I100L/h 有气隙与无气隙时的温度分布图4 结论冷却壁与碳砖之间出现缝隙时,其 A 田要比无缝隙时小 1/2 以上,用气隙判断指标A 来判断碳砖与冷却壁间是否出气隙,方便,直观,可靠,在宝钢炼铁部实际生产中得到验证.参考文献:【I】王泽愍 .现代高炉炉体冷却的选择【A.2002 年全国炼铁生产技术会议暨炼铁年会文集【C】.中国金属学会,2002:514518.【2V 东生.高新运.肖广勇,等.高炉炉墙及冷却壁状态在线监测【A.2002 年全国炼铁生产技术会议暨炼铁年会文集C1.中国金属学会,2002:523526.
