碳復(fù)合磚在1580m3高爐爐缸爐底應(yīng)用狀況分析-改

1、碳復(fù)合磚在碳復(fù)合磚在1580m3高爐爐缸爐底應(yīng)用狀高爐爐缸爐底應(yīng)用狀況分析況分析吳振威，張建良，趙永安，黃慶周，王振陽吳振威，張建良，趙永安，黃慶周，王振陽北京科技大學(xué)北京科技大學(xué)河南五耐集團(tuán)實(shí)業(yè)有限公司河南五耐集團(tuán)實(shí)業(yè)有限公司柳州鋼鐵股份有限公司柳州鋼鐵股份有限公司2016年年5月月20日日2/20碳復(fù)合磚在碳復(fù)合磚在1580m1580m3 3高爐爐缸爐底應(yīng)用狀況分析高爐爐缸爐底應(yīng)用狀況分析2016.5.20內(nèi)容提綱內(nèi)容提綱不同內(nèi)襯結(jié)構(gòu)爐缸爐底溫度場分布分析不同內(nèi)襯結(jié)構(gòu)爐缸爐底溫度場分布分析21580m3高爐生產(chǎn)與爐缸溫度狀況分析高爐生產(chǎn)與爐缸溫度狀況分析3內(nèi)容提綱根據(jù)具體情內(nèi)容提綱根據(jù)具體

2、情況定，可不局限于此況定，可不局限于此 結(jié)結(jié) 論論4 研究研究背景及意義背景及意義13/20碳復(fù)合磚在碳復(fù)合磚在1580m1580m3 3高爐爐缸爐底應(yīng)用狀況分析高爐爐缸爐底應(yīng)用狀況分析2016.5.20圖圖1-1 高爐內(nèi)溫度分布圖，高爐內(nèi)溫度分布圖，原燃料質(zhì)量下降原燃料質(zhì)量下降冶煉強(qiáng)度較高冶煉強(qiáng)度較高有害元素的增加有害元素的增加高爐長壽高爐長壽爐缸爐底爐缸爐底限 制因 素炭磚炭磚重 要材 料1.1 1.1 研究背景研究背景1 研究研究背景及意義背景及意義4/20碳復(fù)合磚在碳復(fù)合磚在1580m1580m3 3高爐爐缸爐底應(yīng)用狀況分析高爐爐缸爐底應(yīng)用狀況分析2016.5.201 研究研究背景及意

3、義背景及意義性性 能能單位單位日本日本BC-7S法國法國AM-102美國美國NMA德國德國7RDN國產(chǎn)超微孔炭磚國產(chǎn)超微孔炭磚碳復(fù)合磚碳復(fù)合磚體積密度體積密度g/cm31.581.561.621.771.692.98顯氣孔率顯氣孔率%13.991718.8615.0517.2910.96透氣度透氣度mDa5.980.284.440.990.490-0.63氧化率氧化率%2.498.0918.065.275.60-0.9鐵水溶蝕指數(shù)鐵水溶蝕指數(shù)%15.7913.4628.1819.4226.770.31抗渣侵蝕性抗渣侵蝕性%- -2.8平均孔徑平均孔徑m0.2340.1091.0830.1210

4、.100.2381m孔容積孔容積%76.3378.6753.476.0882.5180.44導(dǎo)導(dǎo)熱熱系系數(shù)數(shù)室溫室溫W/mK7.558.854.9612.0020.2217.3430011.311.811.318.9522.0616.2160012.414.016.120.4224.0714.2780012.415.016.619.4922.9313.78抗抗堿堿性性原耐壓強(qiáng)度原耐壓強(qiáng)度MPa46.5829.4129.9344.2545.2876.00后耐壓強(qiáng)度后耐壓強(qiáng)度MPa51.1337.132.1558.6054.1679.93強(qiáng)度變化率強(qiáng)度變化率%+9.77+26+7.4+33.77+

5、19.61+5.20體積膨脹率體積膨脹率%6.323.232.841.663.322.925/20碳復(fù)合磚在碳復(fù)合磚在1580m1580m3 3高爐爐缸爐底應(yīng)用狀況分析高爐爐缸爐底應(yīng)用狀況分析2016.5.201.2 研究進(jìn)展及意義研究進(jìn)展及意義1 研究研究背景及意義背景及意義 以柳鋼以柳鋼1580m3高爐實(shí)際爐缸爐底內(nèi)襯高爐實(shí)際爐缸爐底內(nèi)襯結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)為依據(jù)；為依據(jù)； 利用利用ANSYS軟件軟件建立傳熱模型建立傳熱模型; 碳碳復(fù)合磚復(fù)合磚在高爐內(nèi)的溫度場分布及傳熱在高爐內(nèi)的溫度場分布及傳熱性能性能； 炭磚侵蝕機(jī)理炭磚侵蝕機(jī)理-碳復(fù)合磚碳復(fù)合磚抗鐵水溶蝕；抗鐵水溶蝕； 對柳鋼實(shí)際高爐生產(chǎn)情況和熱電

6、偶數(shù)據(jù)進(jìn)行分析對柳鋼實(shí)際高爐生產(chǎn)情況和熱電偶數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。6/20碳復(fù)合磚在碳復(fù)合磚在1580m1580m3 3高爐爐缸爐底應(yīng)用狀況分析高爐爐缸爐底應(yīng)用狀況分析2016.5.202不同內(nèi)襯結(jié)構(gòu)爐缸爐底溫度場分布不同內(nèi)襯結(jié)構(gòu)爐缸爐底溫度場分布分析分析2.1 物理模型及邊界條件物理模型及邊界條件研究對象：研究對象：柳鋼柳鋼5號號1580m3高爐高爐爐缸爐底結(jié)構(gòu)爐缸爐底結(jié)構(gòu)，建立，建立了爐襯結(jié)構(gòu)三維溫度場數(shù)了爐襯結(jié)構(gòu)三維溫度場數(shù)學(xué)模型，對爐缸爐底模型做如下假設(shè)：學(xué)模型，對爐缸爐底模型做如下假設(shè)：（1）爐缸爐底是完全對稱的軸對稱體）爐缸爐底是完全對稱的軸對稱體，取，取冷卻壁寬度一半的區(qū)間進(jìn)行研究；冷卻

7、壁寬度一半的區(qū)間進(jìn)行研究；（2）爐缸爐底的傳熱過程視為穩(wěn)態(tài)過程，且內(nèi)部無內(nèi)熱源）爐缸爐底的傳熱過程視為穩(wěn)態(tài)過程，且內(nèi)部無內(nèi)熱源。7/20碳復(fù)合磚在碳復(fù)合磚在1580m1580m3 3高爐爐缸爐底應(yīng)用狀況分析高爐爐缸爐底應(yīng)用狀況分析2016.5.202不同內(nèi)襯結(jié)構(gòu)爐缸爐底溫度場分布不同內(nèi)襯結(jié)構(gòu)爐缸爐底溫度場分布分析分析2.1 物理模型及邊界條件物理模型及邊界條件（a）爐役前期）爐役前期 （b）爐役中期）爐役中期 （c）爐役后期）爐役后期物理模型圖物理模型圖計算工況：計算工況：爐役前期（炭磚和粘土磚結(jié)構(gòu)完整）；爐役前期（炭磚和粘土磚結(jié)構(gòu)完整）；爐役中期（粘土磚被侵蝕）；爐役中期（粘土磚被侵蝕）；爐

8、役后期（象腳型侵蝕，爐缸側(cè)壁最薄處爐役后期（象腳型侵蝕，爐缸側(cè)壁最薄處400mm）。）。8/20碳復(fù)合磚在碳復(fù)合磚在1580m1580m3 3高爐爐缸爐底應(yīng)用狀況分析高爐爐缸爐底應(yīng)用狀況分析2016.5.202.1 物理模型及邊界條件物理模型及邊界條件溫度溫度粘土粘土磚磚碳復(fù)碳復(fù)合磚合磚炭磚炭磚1炭磚炭磚2微孔炭微孔炭磚磚石墨石墨塊塊搗搗料料鑄鐵鑄鐵爐殼爐殼炭質(zhì)炭質(zhì)填料填料25317.344.967.5520.22105.261041.3851.451430016.2111.311.322.0687.1233.9844.760014.2716.112.424.0778.2225.91-8001

9、3.7816.612.422.93-20.53-表表1 不同材料不同材料導(dǎo)熱系數(shù)導(dǎo)熱系數(shù)/W(mK)-1表表2 邊界條件邊界條件邊界類型邊界類型對流換熱系數(shù)對流換熱系數(shù)W/(mW/(m2 2)介質(zhì)溫度介質(zhì)溫度/ /爐殼與環(huán)境爐殼與環(huán)境11.0411.043030冷卻壁與冷卻水冷卻壁與冷卻水235235 3030炭磚熱面與鐵水炭磚熱面與鐵水9090 150015002不同內(nèi)襯結(jié)構(gòu)爐缸爐底溫度場分布不同內(nèi)襯結(jié)構(gòu)爐缸爐底溫度場分布分析分析9/20碳復(fù)合磚在碳復(fù)合磚在1580m1580m3 3高爐爐缸爐底應(yīng)用狀況分析高爐爐缸爐底應(yīng)用狀況分析2016.5.202.2 爐爐役役前前期期的溫度場分布的溫度場

10、分布碳復(fù)合磚碳復(fù)合磚炭磚炭磚1 1炭磚炭磚2 2爐爐役役前期前期：碳復(fù)合磚碳復(fù)合磚、炭磚、炭磚1、炭磚、炭磚2，爐缸爐缸爐底爐底溫度分布基本相同溫度分布基本相同；三種炭磚三種炭磚的的爐缸爐底爐缸爐底1150等溫線均在粘土磚內(nèi)等溫線均在粘土磚內(nèi)，炭磚外。炭磚外。爐役前期溫度分布云圖爐役前期溫度分布云圖爐役前期等溫線圖爐役前期等溫線圖2不同內(nèi)襯結(jié)構(gòu)爐缸爐底溫度場分布不同內(nèi)襯結(jié)構(gòu)爐缸爐底溫度場分布分析分析10/20碳復(fù)合磚在碳復(fù)合磚在1580m1580m3 3高爐爐缸爐底應(yīng)用狀況分析高爐爐缸爐底應(yīng)用狀況分析2016.5.202.3 爐爐役役中中期期的溫度場分布的溫度場分布碳復(fù)合磚碳復(fù)合磚炭磚炭磚1

11、1炭磚炭磚2 2 爐爐役役中期粘土磚中期粘土磚被被侵蝕侵蝕。如圖示位置，碳復(fù)合磚如圖示位置，碳復(fù)合磚相比炭磚相比炭磚1與炭磚與炭磚2，其，其等溫線等溫線更靠近爐缸內(nèi)部，更靠近爐缸內(nèi)部，可把高溫區(qū)向爐內(nèi)推移?？砂迅邷貐^(qū)向爐內(nèi)推移。特別是特別是采用碳采用碳復(fù)合磚復(fù)合磚后，后，在在800-1000等溫線等溫線，其其區(qū)間區(qū)間更更窄，窄，說明采用說明采用碳復(fù)合磚后，爐缸炭磚碳復(fù)合磚后，爐缸炭磚脆化帶變脆化帶變窄窄，發(fā)生發(fā)生斷裂斷裂的的幾率幾率變變小。小。爐役中期等溫線圖爐役中期等溫線圖2不同內(nèi)襯結(jié)構(gòu)爐缸爐底溫度場分布不同內(nèi)襯結(jié)構(gòu)爐缸爐底溫度場分布分析分析11/20碳復(fù)合磚在碳復(fù)合磚在1580m1580m

12、3 3高爐爐缸爐底應(yīng)用狀況分析高爐爐缸爐底應(yīng)用狀況分析2016.5.202.4 爐爐役役后后期期的溫度場分布的溫度場分布碳復(fù)合磚碳復(fù)合磚炭磚炭磚1 1炭磚炭磚2 2爐爐役后期按照象腳型侵蝕繪役后期按照象腳型侵蝕繪制爐缸爐底制爐缸爐底結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)；最薄處炭；最薄處炭磚厚度磚厚度400mm；爐爐役后期采用碳復(fù)合磚役后期采用碳復(fù)合磚與與炭炭磚磚1、炭磚、炭磚2的的爐缸爐底大部爐缸爐底大部分區(qū)域溫度都超過分區(qū)域溫度都超過1150；此此區(qū)域炭磚侵蝕速度會區(qū)域炭磚侵蝕速度會加劇加劇；碳碳復(fù)合磚優(yōu)良的復(fù)合磚優(yōu)良的抗鐵水溶蝕抗鐵水溶蝕性性與強(qiáng)度與強(qiáng)度能能夠夠更更能保障高爐能保障高爐爐缸爐底的安全。爐缸爐底的安全。

13、爐役后期等溫線圖爐役后期等溫線圖2不同內(nèi)襯結(jié)構(gòu)爐缸爐底溫度場分布不同內(nèi)襯結(jié)構(gòu)爐缸爐底溫度場分布分析分析12/20碳復(fù)合磚在碳復(fù)合磚在1580m1580m3 3高爐爐缸爐底應(yīng)用狀況分析高爐爐缸爐底應(yīng)用狀況分析2016.5.20炭磚炭磚炭磚炭磚C Fe C Fe冷強(qiáng)足夠冷強(qiáng)足夠炭磚炭磚C Fe冷強(qiáng)足夠冷強(qiáng)足夠熱阻增加熱阻增加環(huán)流加劇環(huán)流加劇熱阻增加熱阻增加環(huán)流加劇環(huán)流加劇保護(hù)層：冷卻強(qiáng)度足夠下形成，1150線在爐內(nèi)2不同內(nèi)襯結(jié)構(gòu)爐缸爐底溫度場分布不同內(nèi)襯結(jié)構(gòu)爐缸爐底溫度場分布分析分析2.5 炭磚性能對比（抗鐵水溶蝕性能）炭磚性能對比（抗鐵水溶蝕性能）13/20碳復(fù)合磚在碳復(fù)合磚在1580m1580

14、m3 3高爐爐缸爐底應(yīng)用狀況分析高爐爐缸爐底應(yīng)用狀況分析2016.5.202.5 炭磚性能對比炭磚性能對比性能性能單位單位碳復(fù)合磚碳復(fù)合磚炭磚炭磚1炭磚炭磚2顯氣孔率顯氣孔率%10.9618.8613.99透氣度透氣度mDa0-0.634.445.98鐵水溶蝕指數(shù)鐵水溶蝕指數(shù)%0.3128.1815.79平均孔徑平均孔徑m0.2381.0830.2341m孔容積孔容積%80.4453.476.33炭磚的性能對比炭磚的性能對比2不同內(nèi)襯結(jié)構(gòu)爐缸爐底溫度場分布不同內(nèi)襯結(jié)構(gòu)爐缸爐底溫度場分布分析分析14/20碳復(fù)合磚在碳復(fù)合磚在1580m1580m3 3高爐爐缸爐底應(yīng)用狀況分析高爐爐缸爐底應(yīng)用狀況分

15、析2016.5.202.5 炭磚性能對比炭磚性能對比良好的導(dǎo)熱系數(shù)分布，良好的導(dǎo)熱系數(shù)分布，使得相同的等溫線更靠近爐內(nèi)。使得相同的等溫線更靠近爐內(nèi)。碳復(fù)合磚具備碳復(fù)合磚具備良好的抗鐵水溶蝕性能良好的抗鐵水溶蝕性能。在在異常情況下異常情況下，此時此時1150等溫線在碳磚等溫線在碳磚層內(nèi)層內(nèi)，將將暫時暫時失去了保失去了保護(hù)層的保護(hù)，護(hù)層的保護(hù)，碳復(fù)合磚優(yōu)良的抗鐵溶蝕性又可為再次形成保護(hù)層贏得碳復(fù)合磚優(yōu)良的抗鐵溶蝕性又可為再次形成保護(hù)層贏得時間時間，為避免高爐安全事故創(chuàng)造了良好的條件。為避免高爐安全事故創(chuàng)造了良好的條件。碳碳復(fù)合磚的顯氣孔率、透氣度、平均孔徑復(fù)合磚的顯氣孔率、透氣度、平均孔徑比更比更

16、低。低。2不同內(nèi)襯結(jié)構(gòu)爐缸爐底溫度場分布不同內(nèi)襯結(jié)構(gòu)爐缸爐底溫度場分布分析分析15/20碳復(fù)合磚在碳復(fù)合磚在1580m1580m3 3高爐爐缸爐底應(yīng)用狀況分析高爐爐缸爐底應(yīng)用狀況分析2016.5.203 1580m3高爐爐缸安全狀況評估分析高爐爐缸安全狀況評估分析3.1 柳鋼柳鋼1580m3高爐生產(chǎn)情況高爐生產(chǎn)情況高爐生產(chǎn)指標(biāo)高爐生產(chǎn)指標(biāo)指標(biāo)指標(biāo)/日期日期單位單位2015年年2016年年7月月8月月9月月10月月11月月12月月1月月2月月3月月利用系利用系數(shù)數(shù) t/(m3d）2.1072.6032.6582.5252.5872.4322.5532.5172.543入爐品入爐品味味%56.52

17、56.356.6557.3157.5657.0656.4556.8956.75風(fēng)溫風(fēng)溫114411501183117912041192120111731168風(fēng)量風(fēng)量m3/min335333483365330533163260335132923382焦比焦比kg/t419343333346340332347351349煤比煤比kg/t125139141147150162159160162焦丁比焦丁比kg/t353839383537342929綜合焦綜合焦比比kg/t553489481498492494504505504綜合負(fù)綜合負(fù)荷荷t/t3.233.523.533.383.3943.3843

18、.3633.3943.31Si%0.750.490.460.50.460.490.430.460.51S%0.0280.0280.0250.0280.0220.0270.0220.0190.023熟料比熟料比%93.9497.4796.0594.0792.8789.5789.4895.2996.78礦比礦比kg/t1.791.721.71.681.671.691.691.721.71休風(fēng)率休風(fēng)率%5.91.6200.320.0700.152.160綜合冶綜合冶強(qiáng)強(qiáng)t/t1.1581.2931.2791.2611.2741.2561.291.2991.316/20碳復(fù)合磚在碳復(fù)合磚在1580m1

19、580m3 3高爐爐缸爐底應(yīng)用狀況分析高爐爐缸爐底應(yīng)用狀況分析2016.5.203.1 柳鋼柳鋼1580m3高爐生產(chǎn)情況高爐生產(chǎn)情況該高爐于該高爐于2015年年7月月開爐，開爐以來生產(chǎn)過程產(chǎn)量較為穩(wěn)定，利開爐，開爐以來生產(chǎn)過程產(chǎn)量較為穩(wěn)定，利用系數(shù)在用系數(shù)在2.5t/(m3d)左右左右。 2015.8-2016.3焦比在焦比在340kg/t左右，煤比在左右，煤比在150kg/t左右，左右，燃料比燃料比在在495kg/t左右。左右。高爐燃料比（焦比、煤比、綜合焦比）高爐燃料比（焦比、煤比、綜合焦比）2015/6/12015/8/12015/10/12015/12/12016/2/12004006

20、00 燃料比，kg/t時間 焦比kg/t 煤比kg/t 綜合焦比kg/t3 1580m3高爐爐缸安全狀況評估分析高爐爐缸安全狀況評估分析2015/6/12015/8/12015/10/12015/12/12016/2/11.61.82.02.22.42.62.8 利用系數(shù)，t/(m3d）時間高爐利用系數(shù)圖高爐利用系數(shù)圖17/20碳復(fù)合磚在碳復(fù)合磚在1580m1580m3 3高爐爐缸爐底應(yīng)用狀況分析高爐爐缸爐底應(yīng)用狀況分析2016.5.203.2 柳鋼柳鋼1580m3高爐高爐爐缸爐底熱電偶數(shù)據(jù)爐缸爐底熱電偶數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)采集時間：數(shù)據(jù)采集時間：2016.4.293 1580m3高爐爐缸安全狀況評估分析

21、高爐爐缸安全狀況評估分析18/20碳復(fù)合磚在碳復(fù)合磚在1580m1580m3 3高爐爐缸爐底應(yīng)用狀況分析高爐爐缸爐底應(yīng)用狀況分析2016.5.203.2 柳鋼柳鋼1580m3高爐爐高爐爐缸 爐 底 熱 電 偶 數(shù) 據(jù)缸 爐 底 熱 電 偶 數(shù) 據(jù)數(shù)據(jù)采集時間：數(shù)據(jù)采集時間：2016.4.293 1580m3高爐爐缸安全狀況評估分析高爐爐缸安全狀況評估分析19/20碳復(fù)合磚在碳復(fù)合磚在1580m1580m3 3高爐爐缸爐底應(yīng)用狀況分析高爐爐缸爐底應(yīng)用狀況分析2016.5.203.3 推測柳鋼推測柳鋼1580m3高爐爐缸爐底侵蝕情況高爐爐缸爐底侵蝕情況-135方向方向 135方向爐底黏土磚侵蝕較嚴(yán)方向爐底黏土磚侵蝕較嚴(yán)重，靠近爐缸一側(cè)碳復(fù)合磚侵蝕重，靠近爐缸一側(cè)碳復(fù)合磚侵蝕50mm左右，但碳復(fù)合磚抗侵蝕性左右，但碳復(fù)合磚抗侵蝕性能較好，且爐底較厚，爐缸能安全能較好，且爐底較厚，爐缸能安全工作。工作。推測的推測的135135方向侵蝕曲線方向侵蝕曲線標(biāo)高標(biāo)高電偶值電偶值計算值計算值誤差誤差%7.893895.8905.05-1.037.8931022.01058.61-3.467.893223.1217