碳复合砖在1580m3高炉炉缸炉底应用状况分析-改

1、碳复合砖在碳复合砖在1580m3高炉炉缸炉底应用状高炉炉缸炉底应用状况分析况分析吴振威，张建良，赵永安，黄庆周，王振阳吴振威，张建良，赵永安，黄庆周，王振阳北京科技大学北京科技大学河南五耐集团实业有限公司河南五耐集团实业有限公司柳州钢铁股份有限公司柳州钢铁股份有限公司2016年年5月月20日日2/20碳复合砖在碳复合砖在1580m1580m3 3高炉炉缸炉底应用状况分析高炉炉缸炉底应用状况分析2016.5.20内容提纲内容提纲不同内衬结构炉缸炉底温度场分布分析不同内衬结构炉缸炉底温度场分布分析21580m3高炉生产与炉缸温度状况分析高炉生产与炉缸温度状况分析3内容提纲根据具体情内容提纲根据具体

2、情况定，可不局限于此况定，可不局限于此 结结 论论4 研究研究背景及意义背景及意义13/20碳复合砖在碳复合砖在1580m1580m3 3高炉炉缸炉底应用状况分析高炉炉缸炉底应用状况分析2016.5.20图图1-1 高炉内温度分布图，高炉内温度分布图，原燃料质量下降原燃料质量下降冶炼强度较高冶炼强度较高有害元素的增加有害元素的增加高炉长寿高炉长寿炉缸炉底炉缸炉底限 制因 素炭砖炭砖重 要材 料1.1 1.1 研究背景研究背景1 研究研究背景及意义背景及意义4/20碳复合砖在碳复合砖在1580m1580m3 3高炉炉缸炉底应用状况分析高炉炉缸炉底应用状况分析2016.5.201 研究研究背景及意

3、义背景及意义性性 能能单位单位日本日本BC-7S法国法国AM-102美国美国NMA德国德国7RDN国产超微孔炭砖国产超微孔炭砖碳复合砖碳复合砖体积密度体积密度g/cm31.581.561.621.771.692.98显气孔率显气孔率%13.991718.8615.0517.2910.96透气度透气度mDa5.980.284.440.990.490-0.63氧化率氧化率%2.498.0918.065.275.60-0.9铁水溶蚀指数铁水溶蚀指数%15.7913.4628.1819.4226.770.31抗渣侵蚀性抗渣侵蚀性%- -2.8平均孔径平均孔径m0.2340.1091.0830.1210

4、.100.2381m孔容积孔容积%76.3378.6753.476.0882.5180.44导导热热系系数数室温室温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抗抗碱碱性性原耐压强度原耐压强度MPa46.5829.4129.9344.2545.2876.00后耐压强度后耐压强度MPa51.1337.132.1558.6054.1679.93强度变化率强度变化率%+9.77+26+7.4+33.77+

5、19.61+5.20体积膨胀率体积膨胀率%6.323.232.841.663.322.925/20碳复合砖在碳复合砖在1580m1580m3 3高炉炉缸炉底应用状况分析高炉炉缸炉底应用状况分析2016.5.201.2 研究进展及意义研究进展及意义1 研究研究背景及意义背景及意义 以柳钢以柳钢1580m3高炉实际炉缸炉底内衬高炉实际炉缸炉底内衬结构结构为依据；为依据； 利用利用ANSYS软件软件建立传热模型建立传热模型; 碳碳复合砖复合砖在高炉内的温度场分布及传热在高炉内的温度场分布及传热性能性能； 炭砖侵蚀机理炭砖侵蚀机理-碳复合砖碳复合砖抗铁水溶蚀；抗铁水溶蚀； 对柳钢实际高炉生产情况和热电

6、偶数据进行分析对柳钢实际高炉生产情况和热电偶数据进行分析。6/20碳复合砖在碳复合砖在1580m1580m3 3高炉炉缸炉底应用状况分析高炉炉缸炉底应用状况分析2016.5.202不同内衬结构炉缸炉底温度场分布不同内衬结构炉缸炉底温度场分布分析分析2.1 物理模型及边界条件物理模型及边界条件研究对象：研究对象：柳钢柳钢5号号1580m3高炉高炉炉缸炉底结构炉缸炉底结构，建立，建立了炉衬结构三维温度场数了炉衬结构三维温度场数学模型，对炉缸炉底模型做如下假设：学模型，对炉缸炉底模型做如下假设：（1）炉缸炉底是完全对称的轴对称体）炉缸炉底是完全对称的轴对称体，取，取冷却壁宽度一半的区间进行研究；冷却

7、壁宽度一半的区间进行研究；（2）炉缸炉底的传热过程视为稳态过程，且内部无内热源）炉缸炉底的传热过程视为稳态过程，且内部无内热源。7/20碳复合砖在碳复合砖在1580m1580m3 3高炉炉缸炉底应用状况分析高炉炉缸炉底应用状况分析2016.5.202不同内衬结构炉缸炉底温度场分布不同内衬结构炉缸炉底温度场分布分析分析2.1 物理模型及边界条件物理模型及边界条件（a）炉役前期）炉役前期 （b）炉役中期）炉役中期 （c）炉役后期）炉役后期物理模型图物理模型图计算工况：计算工况：炉役前期（炭砖和粘土砖结构完整）；炉役前期（炭砖和粘土砖结构完整）；炉役中期（粘土砖被侵蚀）；炉役中期（粘土砖被侵蚀）；炉

8、役后期（象脚型侵蚀，炉缸侧壁最薄处炉役后期（象脚型侵蚀，炉缸侧壁最薄处400mm）。）。8/20碳复合砖在碳复合砖在1580m1580m3 3高炉炉缸炉底应用状况分析高炉炉缸炉底应用状况分析2016.5.202.1 物理模型及边界条件物理模型及边界条件温度温度粘土粘土砖砖碳复碳复合砖合砖炭砖炭砖1炭砖炭砖2微孔炭微孔炭砖砖石墨石墨块块捣捣料料铸铁铸铁炉壳炉壳炭质炭质填料填料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 不同材料不同材料导热系数导热系数/W(mK)-1表表2 边界条件边界条件边界类型边界类型对流换热系数对流换热系数W/(mW/(m2 2)介质温度介质温度/ /炉壳与环境炉壳与环境11.0411.043030冷却壁与冷却水冷却壁与冷却水235235 3030炭砖热面与铁水炭砖热面与铁水9090 150015002不同内衬结构炉缸炉底温度场分布不同内衬结构炉缸炉底温度场分布分析分析9/20碳复合砖在碳复合砖在1580m1580m3 3高炉炉缸炉底应用状况分析高炉炉缸炉底应用状况分析2016.5.202.2 炉炉役役前前期期的温度场分布的温度场

10、分布碳复合砖碳复合砖炭砖炭砖1 1炭砖炭砖2 2炉炉役役前期前期：碳复合砖碳复合砖、炭砖、炭砖1、炭砖、炭砖2，炉缸炉缸炉底炉底温度分布基本相同温度分布基本相同；三种炭砖三种炭砖的的炉缸炉底炉缸炉底1150等温线均在粘土砖内等温线均在粘土砖内，炭砖外。炭砖外。炉役前期温度分布云图炉役前期温度分布云图炉役前期等温线图炉役前期等温线图2不同内衬结构炉缸炉底温度场分布不同内衬结构炉缸炉底温度场分布分析分析10/20碳复合砖在碳复合砖在1580m1580m3 3高炉炉缸炉底应用状况分析高炉炉缸炉底应用状况分析2016.5.202.3 炉炉役役中中期期的温度场分布的温度场分布碳复合砖碳复合砖炭砖炭砖1

11、1炭砖炭砖2 2 炉炉役役中期粘土砖中期粘土砖被被侵蚀侵蚀。如图示位置，碳复合砖如图示位置，碳复合砖相比炭砖相比炭砖1与炭砖与炭砖2，其，其等温线等温线更靠近炉缸内部，更靠近炉缸内部，可把高温区向炉内推移。可把高温区向炉内推移。特别是特别是采用碳采用碳复合砖复合砖后，后，在在800-1000等温线等温线，其其区间区间更更窄，窄，说明采用说明采用碳复合砖后，炉缸炭砖碳复合砖后，炉缸炭砖脆化带变脆化带变窄窄，发生发生断裂断裂的的几率几率变变小。小。炉役中期等温线图炉役中期等温线图2不同内衬结构炉缸炉底温度场分布不同内衬结构炉缸炉底温度场分布分析分析11/20碳复合砖在碳复合砖在1580m1580m

12、3 3高炉炉缸炉底应用状况分析高炉炉缸炉底应用状况分析2016.5.202.4 炉炉役役后后期期的温度场分布的温度场分布碳复合砖碳复合砖炭砖炭砖1 1炭砖炭砖2 2炉炉役后期按照象脚型侵蚀绘役后期按照象脚型侵蚀绘制炉缸炉底制炉缸炉底结构结构；最薄处炭；最薄处炭砖厚度砖厚度400mm；炉炉役后期采用碳复合砖役后期采用碳复合砖与与炭炭砖砖1、炭砖、炭砖2的的炉缸炉底大部炉缸炉底大部分区域温度都超过分区域温度都超过1150；此此区域炭砖侵蚀速度会区域炭砖侵蚀速度会加剧加剧；碳碳复合砖优良的复合砖优良的抗铁水溶蚀抗铁水溶蚀性性与强度与强度能能够够更更能保障高炉能保障高炉炉缸炉底的安全。炉缸炉底的安全。

13、炉役后期等温线图炉役后期等温线图2不同内衬结构炉缸炉底温度场分布不同内衬结构炉缸炉底温度场分布分析分析12/20碳复合砖在碳复合砖在1580m1580m3 3高炉炉缸炉底应用状况分析高炉炉缸炉底应用状况分析2016.5.20炭砖炭砖炭砖炭砖C Fe C Fe冷强足够冷强足够炭砖炭砖C Fe冷强足够冷强足够热阻增加热阻增加环流加剧环流加剧热阻增加热阻增加环流加剧环流加剧保护层：冷却强度足够下形成，1150线在炉内2不同内衬结构炉缸炉底温度场分布不同内衬结构炉缸炉底温度场分布分析分析2.5 炭砖性能对比（抗铁水溶蚀性能）炭砖性能对比（抗铁水溶蚀性能）13/20碳复合砖在碳复合砖在1580m1580

14、m3 3高炉炉缸炉底应用状况分析高炉炉缸炉底应用状况分析2016.5.202.5 炭砖性能对比炭砖性能对比性能性能单位单位碳复合砖碳复合砖炭砖炭砖1炭砖炭砖2显气孔率显气孔率%10.9618.8613.99透气度透气度mDa0-0.634.445.98铁水溶蚀指数铁水溶蚀指数%0.3128.1815.79平均孔径平均孔径m0.2381.0830.2341m孔容积孔容积%80.4453.476.33炭砖的性能对比炭砖的性能对比2不同内衬结构炉缸炉底温度场分布不同内衬结构炉缸炉底温度场分布分析分析14/20碳复合砖在碳复合砖在1580m1580m3 3高炉炉缸炉底应用状况分析高炉炉缸炉底应用状况分

15、析2016.5.202.5 炭砖性能对比炭砖性能对比良好的导热系数分布，良好的导热系数分布，使得相同的等温线更靠近炉内。使得相同的等温线更靠近炉内。碳复合砖具备碳复合砖具备良好的抗铁水溶蚀性能良好的抗铁水溶蚀性能。在在异常情况下异常情况下，此时此时1150等温线在碳砖等温线在碳砖层内层内，将将暂时暂时失去了保失去了保护层的保护，护层的保护，碳复合砖优良的抗铁溶蚀性又可为再次形成保护层赢得碳复合砖优良的抗铁溶蚀性又可为再次形成保护层赢得时间时间，为避免高炉安全事故创造了良好的条件。为避免高炉安全事故创造了良好的条件。碳碳复合砖的显气孔率、透气度、平均孔径复合砖的显气孔率、透气度、平均孔径比更比更

16、低。低。2不同内衬结构炉缸炉底温度场分布不同内衬结构炉缸炉底温度场分布分析分析15/20碳复合砖在碳复合砖在1580m1580m3 3高炉炉缸炉底应用状况分析高炉炉缸炉底应用状况分析2016.5.203 1580m3高炉炉缸安全状况评估分析高炉炉缸安全状况评估分析3.1 柳钢柳钢1580m3高炉生产情况高炉生产情况高炉生产指标高炉生产指标指标指标/日期日期单位单位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月月利用系利用系数数 t/(m3d）2.1072.6032.6582.5252.5872.4322.5532.5172.543入炉品入炉品味味%56.52

17、56.356.6557.3157.5657.0656.4556.8956.75风温风温114411501183117912041192120111731168风量风量m3/min335333483365330533163260335132923382焦比焦比kg/t419343333346340332347351349煤比煤比kg/t125139141147150162159160162焦丁比焦丁比kg/t353839383537342929综合焦综合焦比比kg/t553489481498492494504505504综合负综合负荷荷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矿比矿比kg/t1.791.721.71.681.671.691.691.721.71休风率休风率%5.91.6200.320.0700.152.160综合冶综合冶强强t/t1.1581.2931.2791.2611.2741.2561.291.2991.316/20碳复合砖在碳复合砖在1580m1

19、580m3 3高炉炉缸炉底应用状况分析高炉炉缸炉底应用状况分析2016.5.203.1 柳钢柳钢1580m3高炉生产情况高炉生产情况该高炉于该高炉于2015年年7月月开炉，开炉以来生产过程产量较为稳定，利开炉，开炉以来生产过程产量较为稳定，利用系数在用系数在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。高炉燃料比（焦比、煤比、综合焦比）高炉燃料比（焦比、煤比、综合焦比）2015/6/12015/8/12015/10/12015/12/12016/2/12004006

20、00 燃料比，kg/t时间 焦比kg/t 煤比kg/t 综合焦比kg/t3 1580m3高炉炉缸安全状况评估分析高炉炉缸安全状况评估分析2015/6/12015/8/12015/10/12015/12/12016/2/11.61.82.02.22.42.62.8 利用系数，t/(m3d）时间高炉利用系数图高炉利用系数图17/20碳复合砖在碳复合砖在1580m1580m3 3高炉炉缸炉底应用状况分析高炉炉缸炉底应用状况分析2016.5.203.2 柳钢柳钢1580m3高炉高炉炉缸炉底热电偶数据炉缸炉底热电偶数据数据采集时间：数据采集时间：2016.4.293 1580m3高炉炉缸安全状况评估分析

21、高炉炉缸安全状况评估分析18/20碳复合砖在碳复合砖在1580m1580m3 3高炉炉缸炉底应用状况分析高炉炉缸炉底应用状况分析2016.5.203.2 柳钢柳钢1580m3高炉炉高炉炉缸 炉 底 热 电 偶 数 据缸 炉 底 热 电 偶 数 据数据采集时间：数据采集时间：2016.4.293 1580m3高炉炉缸安全状况评估分析高炉炉缸安全状况评估分析19/20碳复合砖在碳复合砖在1580m1580m3 3高炉炉缸炉底应用状况分析高炉炉缸炉底应用状况分析2016.5.203.3 推测柳钢推测柳钢1580m3高炉炉缸炉底侵蚀情况高炉炉缸炉底侵蚀情况-135方向方向 135方向炉底黏土砖侵蚀较严方向炉底黏土砖侵蚀较严重，靠近炉缸一侧碳复合砖侵蚀重，靠近炉缸一侧碳复合砖侵蚀50mm左右，但碳复合砖抗侵蚀性左右，但碳复合砖抗侵蚀性能较好，且炉底较厚，炉缸能安全能较好，且炉底较厚，炉缸能安全工作。工作。推测的推测的135135方向侵蚀曲线方向侵蚀曲线标高标高电偶值电偶值计算值计算值误差误差%7.893895.8905.05-1.037.8931022.01058.61-3.467.893223.1217