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【新刊速览】牛群：高炉炉缸死料柱受力分析及影响因素

时间：2023-03-08 来源：浏览：

【新刊速览】牛群：高炉炉缸死料柱受力分析及影响因素

中国冶金

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高炉炉缸死料柱受力分析及影响因素

牛群，邹忠平，王刚，赵运建

(中冶赛迪工程技术股份有限公司中国中冶低碳技术研究院(重庆)，重庆 401122)

摘要

死料柱浮起高度对炉缸寿命有重大影响，高炉设计、操作和炉内工作状态决定了炉缸死料柱的浮起高度。为了明确高炉设计、操作和炉内工作状态对死料柱浮起高度的影响规律，通过建立死料柱受力模型，以国内某5 000 m ³ 级高炉为研究对象，定量分析了相关重要因素的影响程度。结果表明，死铁层深度占炉缸直径比例增加1%，死料柱浮起高度增加0.155 m；球团矿比例提高10%，死料柱浮起高度降低0.058 m；矿焦比增加0.1，死料柱浮起高度降低0.027 m；压差增加10 kPa，死料柱浮起高度增加0.29 m；料线增加0.1 m，死料柱浮起高度增加0.018 m；铁口深度增加0.1 m，死料柱浮起高度降低0.021 m；铁口角度增加1°，死料柱浮起高度降低0.081 m。研究结果为死铁层优化设计和调控高炉死料柱状况提供了指导和参考。

关键词

高炉；死料柱；死铁层深度；受力分析；影响因素

引言

由于高炉回旋区环带的焦炭消耗速率最高，且风口回旋区环带深度有限，约为0.8~2.5 m，导致在高炉内形成了一个移动和更新很慢的焦炭料柱，即炼铁工作者常说的死料柱。高炉炉缸死料柱有2种状态：沉坐在炉底和漂浮在死铁层铁水中。对于死料柱漂浮在铁水层的高炉，死料柱底部与炉底内衬热面之间存在一个没有焦炭的空间(无焦空间)，其高度为死料柱浮起高度。死料柱浮起高度为0时，死料柱沉坐在炉底。目前，炉缸是限制中国高炉寿命的关键部位之一，而死料柱浮起高度是决定高炉炉缸寿命的关键因素之一。高炉设计和操作应保证死料柱适宜的浮起高度，避免因死料柱处于小幅度浮起状态而加剧铁水环流、降低炉缸寿命情况的出现。高炉设计和生产操作对死料柱浮起高度有着重要的影响。在设计方面，随着死铁层深度的增加，死料柱能够进入到铁水层的深度增加，铁水对死料柱的最大浮力相应提高，死料柱越易浮起。在一定程度上，高炉设计的死铁层深度决定了死料柱的浮起高度。然而，高炉死铁层合适的深度目前尚无定论，其设计深度主要根据经验或统计国内外高炉设计尺寸，利用回归公式来选择，因经验和选择公式的不同，致使各国高炉死铁层深度差别很大。在生产操作方面，炉料结构、料线深度、压差、高炉渣滞留量等均会影响死料柱的浮起高度。死料柱长期处于适宜浮起高度的高炉炉缸寿命相对较长。因此，炼铁工作者对生产高炉死料柱浮起高度越来越重视，并对其进行了相关研究。然而，目前对死料柱浮起高度影响因素的认识主要集中在定性和传统经验认识方面，在定量方面的认识和研究较少。当前死料柱浮起高度主要是通过受力平衡分析的方法来获得。朱进锋、GUO Z Y、魏红超、ZHANG H S等分别建立了死料柱受力模型，对炉缸设计和死料柱影响因素的定性认识有一定的指导意义，但未考虑以下部分或全部方面的影响：(1)未考虑因渣铁层焦炭渗入大量高炉渣铁引起焦炭密度变化的影响；(2)未考虑原燃料在高炉内因压缩对料柱重力的影响；(3)未考虑软熔带形状的影响；(4)未考虑出铁制度(铁口深度、角度)的影响；(5)未考虑出铁结束后，未出净高炉渣对死料柱的影响。

鉴于此，本文综合考虑上述影响因素，建立死料柱受力模型，并以国内某5 000 m ³ 级高炉为例，分析了关键因素对死料柱浮起高度的影响，定量给出了部分设计、操作和炉内状态参数变化对死料柱浮起高度的影响程度，以期为死铁层优化设计和高炉操作者调控死料柱状况提供指导和参考。

精选图表

结论

(1)以国内某5 000 m ³ 级高炉为对象，通过本文建立的死料柱受力模型，定量分析了部分因素对死料柱浮起高度的影响程度。高炉设计、生产操作和炉内工作状态共同决定了死料柱的浮起高度。对于高炉设计者来说，死铁层深度要综合考虑其影响因素，结合炼铁厂实际情况来差异化设计，而不是一味根据设计经验，把相同炉容、不同生产条件的高炉设计成相同的死铁层深度。对于高炉操作者来说，要根据生产操作和炉内工作状态来调整死料柱的浮起高度，使其处于合理范围，以延长炉缸寿命。

(2)高炉操作可基于死料柱浮起高度随着球团矿比例的增加、矿焦比的增加、料线深度的降低、压差的降低、铁口深度的增加、铁口角度的增加而逐渐降低的变化规律来调控实际高炉死料柱的浮起高度，使其浮起高度维持在0.4 m以上，减缓炉缸侧壁铁水流速，延长高炉炉缸寿命。

(3)本文所研究的5 000 m ³ 级高炉，设计时若未考虑死料柱焦炭密度增大的影响，死铁层深度要在原来设计的基础上增加0.649 m才能够达到预期设计的死料柱浮起高度。

来源：《中国冶金》2023年第2期

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