碳復合磚在1580m3高爐爐缸爐底應用狀況-改

碳復合磚在1580m3高爐爐缸爐底應用狀況分析吳振威，張建良，趙永安，黃慶周，王振陽北京科技大學河南五耐集團實業(yè)有限公司柳州鋼鐵股份有限公司2016年5月20日內容提綱不同內襯結構爐缸爐底溫度場分布分析21580m3高爐生產與爐缸溫度狀況分析3內容提綱根據具體情況定，可不局限于此結論4研究背景及意義1圖1-1高爐內溫度分布圖，℃原燃料質量下降冶煉強度較高有害元素的增加高爐長壽爐缸爐底限制因素炭磚重要材料1.1研究背景1

研究背景及意義1

研究背景及意義性能單位日本BC-7S法國AM-102美國NMA德國7RD－N國產超微孔炭磚碳復合磚體積密度g/cm31.581.561.621.771.692.98顯氣孔率%13.991718.8615.0517.2910.96透氣度mDa5.980.284.440.990.490-0.63氧化率%2.498.0918.065.275.60-0.9鐵水溶蝕指數%15.7913.4628.1819.4226.770.31抗渣侵蝕性%----------2.8平均孔徑μm0.2340.1091.0830.1210.100.238<1μm孔容積%76.3378.6753.476.0882.5180.44導熱系數室溫W/mK7.558.854.9612.0020.2217.34300℃11.311.811.318.9522.0616.21600℃12.414.016.120.4224.0714.27800℃12.415.016.619.4922.9313.78抗堿性原耐壓強度MPa46.5829.4129.9344.2545.2876.00后耐壓強度MPa51.1337.132.1558.6054.1679.93強度變化率%+9.77+26+7.4+33.77+19.61+5.20體積膨脹率%6.323.232.841.663.322.921.2研究進展及意義1

研究背景及意義以柳鋼1580m3高爐實際爐缸爐底內襯結構為依據；利用ANSYS軟件建立傳熱模型;碳復合磚在高爐內的溫度場分布及傳熱性能；炭磚侵蝕機理-碳復合磚抗鐵水溶蝕；對柳鋼實際高爐生產情況和熱電偶數據進行分析。2不同內襯結構爐缸爐底溫度場分布分析2.1物理模型及邊界條件研究對象：柳鋼5號1580m3高爐爐缸爐底結構，建立了爐襯結構三維溫度場數學模型，對爐缸爐底模型做如下假設：（1）爐缸爐底是完全對稱的軸對稱體，取冷卻壁寬度一半的區(qū)間進行研究；（2）爐缸爐底的傳熱過程視為穩(wěn)態(tài)過程，且內部無內熱源。2不同內襯結構爐缸爐底溫度場分布分析2.1物理模型及邊界條件（a）爐役前期（b）爐役中期（c）爐役后期物理模型圖計算工況：爐役前期（炭磚和粘土磚結構完整）；爐役中期（粘土磚被侵蝕）；爐役后期（象腳型侵蝕，爐缸側壁最薄處400mm）。2.1物理模型及邊界條件溫度粘土磚碳復合磚炭磚1炭磚2微孔炭磚石墨塊搗料鑄鐵爐殼炭質填料25℃317.344.967.5520.22105.261041.3851.4514300℃16.2111.311.322.0687.1233.9844.7600℃14.2716.112.424.0778.2225.91-800℃13.7816.612.422.93-20.53-表1不同材料導熱系數/W·(m·K)-1表2邊界條件邊界類型對流換熱系數W/(m2·℃)介質溫度/℃爐殼與環(huán)境11.0430冷卻壁與冷卻水235

30炭磚熱面與鐵水90

15002不同內襯結構爐缸爐底溫度場分布分析2.2爐役前期的溫度場分布碳復合磚炭磚1炭磚2爐役前期：碳復合磚、炭磚1、炭磚2，爐缸爐底溫度分布基本相同；三種炭磚的爐缸爐底1150℃等溫線均在粘土磚內，炭磚外。爐役前期溫度分布云圖爐役前期等溫線圖2不同內襯結構爐缸爐底溫度場分布分析2.3爐役中期的溫度場分布碳復合磚炭磚1炭磚2

爐役中期粘土磚被侵蝕。如圖示位置，碳復合磚相比炭磚1與炭磚2，其等溫線更靠近爐缸內部，可把高溫區(qū)向爐內推移。特別是采用碳復合磚后，在800℃-1000℃等溫線，其區(qū)間更窄，說明采用碳復合磚后，爐缸炭磚脆化帶變窄，發(fā)生斷裂的幾率變小。爐役中期等溫線圖2不同內襯結構爐缸爐底溫度場分布分析2.4爐役后期的溫度場分布碳復合磚炭磚1炭磚2爐役后期按照象腳型侵蝕繪制爐缸爐底結構；最薄處炭磚厚度400mm；爐役后期采用碳復合磚與炭磚1、炭磚2的爐缸爐底大部分區(qū)域溫度都超過1150℃；此區(qū)域炭磚侵蝕速度會加劇；碳復合磚優(yōu)良的抗鐵水溶蝕性與強度能夠更能保障高爐爐缸爐底的安全。爐役后期等溫線圖2不同內襯結構爐缸爐底溫度場分布分析炭磚炭磚CFeCFe冷強足夠炭磚CFe冷強足夠熱阻增加環(huán)流加劇熱阻增加環(huán)流加劇保護層：冷卻強度足夠下形成，1150℃線在爐內2不同內襯結構爐缸爐底溫度場分布分析2.5炭磚性能對比（抗鐵水溶蝕性能）2.5炭磚性能對比性能單位碳復合磚炭磚1炭磚2顯氣孔率%10.9618.8613.99透氣度mDa0-0.634.445.98鐵水溶蝕指數%0.3128.1815.79平均孔徑μm0.2381.0830.234<1μm孔容積%80.4453.476.33炭磚的性能對比2不同內襯結構爐缸爐底溫度場分布分析2.5炭磚性能對比良好的導熱系數分布，使得相同的等溫線更靠近爐內。碳復合磚具備良好的抗鐵水溶蝕性能。在異常情況下，此時1150℃等溫線在碳磚層內，將暫時失去了保護層的保護，碳復合磚優(yōu)良的抗鐵溶蝕性又可為再次形成保護層贏得時間，為避免高爐安全事故創(chuàng)造了良好的條件。碳復合磚的顯氣孔率、透氣度、平均孔徑比更低。2不同內襯結構爐缸爐底溫度場分布分析3

1580m3高爐爐缸安全狀況評估分析3.1柳鋼1580m3高爐生產情況高爐生產指標指標/日期單位2015年2016年7月8月9月10月11月12月1月2月3月利用系數t/(m3·d）2.1072.6032.6582.5252.5872.4322.5532.5172.543入爐品味%56.5256.356.6557.3157.5657.0656.4556.8956.75風溫℃114411501183117912041192120111731168風量m3/min335333483365330533163260335132923382焦比kg/t419343333346340332347351349煤比kg/t125139141147150162159160162焦丁比kg/t353839383537342929綜合焦比kg/t553489481498492494504505504綜合負荷t/t3.233.523.533.383.3943.3843.3633.3943.31Si%0.750.490.460.50.460.490.430.460.51S%0.0280.0280.0250.0280.0220.0270.0220.0190.023熟料比%93.9497.4796.0594.0792.8789.5789.4895.2996.78礦比kg/t1.791.721.71.681.671.691.691.721.71休風率%5.91.6200.320.0700.152.160綜合冶強t/t1.1581.2931.2791.2611.2741.2561.291.2991.3富氧率%2.552.632.62.612.42.322.542.982.673.1柳鋼1580m3高爐生產情況該高爐于2015年7月開爐，開爐以來生產過程產量較為穩(wěn)定，利用系數在2.5t/(m3·d)左右。2015.8-2016.3焦比在340kg/t左右，煤比在150kg/t左右，燃料比在495kg/t左右。高爐燃料比（焦比、煤比、綜合焦比）3

1580m3高爐爐缸安全狀況評估分析高爐利用系數圖3.2柳鋼1580m3高爐爐缸爐底熱電偶數據數據采集時間：2016.4.293

1580m3高爐爐缸安全狀況評估分析3.2柳鋼1580m3高爐爐缸爐底熱電偶數據數據采集時間：2016.4.293

1580m3高爐爐缸安全狀況評估分析3.3推測柳鋼1580m3高爐爐缸爐底侵蝕情況--135°方向135°方向爐底黏土磚侵蝕較嚴重，靠近爐缸一側碳復合磚侵蝕50mm左右，但碳復合磚抗侵蝕性能較好，且爐底較厚，爐缸能安全工作。推測的135°方向侵蝕曲線標高電偶值計算值誤差%7.893895.8905.05-1.037.8931022.01058.61-3.467.893223.1217.322.667.893186.0183.701.49計算值和電偶值對比3

1580m3高爐爐缸安全狀況評估分析4結論（1）爐役前期爐缸爐底結構完整，采用碳復合磚與其他炭磚的爐缸爐底溫度分布趨勢基本相同。（2）爐役中期認為粘土磚被侵蝕，采用碳復合磚與其他炭磚的爐缸爐底溫度場分布差異明顯。特別是采用碳復合磚的