炉缸长寿的希望在于炭砖质量的突破-吴启常..docVIP

炉缸长寿的希望在于炭砖质量的突破 1. 对于炉缸破损机理的认识 在教科书和文献资料中都可以查阅到有关引起炉缸破损的原因分析，但这些原因中，那一个是罪魁祸首？很少给出明确的答案。 考察国内外高炉砖衬的损坏情况发现，它们都具有如下特征（见图1）： 1）炉缸部位的损坏都存在“象脚型”侵蚀区； 2）“象脚型”侵蚀区在圆周方向上，侵蚀状况严重不均，越靠近铁口，侵蚀越严重； 3）炉缸烧穿的部位差不多都在铁口附近下方1.5～2.0m处。 A B C 图1 炉缸烧穿高炉的砖衬状况 这一事实表明，现代造成炉缸烧穿的罪魁祸首是液态渣铁流动的机械冲刷。为了减少铁水环流对于炉缸侧壁的机械冲刷，加深死铁层的深度是必要的。但它只能缓解这一矛盾，不能根本消除它的影响。 基于这样的认识，我们认为为了延长高炉炉缸寿命，远离炉缸烧穿，在合理的炉缸结构的前提下，应该研究以下三个主要因素：①炉缸冷却；②铁口的出铁强度；③耐火材料质量。 炭砖与冷却之间的关系可以拿唇齿相依来比喻。任何人不能在炉缸完全失去砖衬的情况下维持高炉操作。在炉缸没有炭砖的情况下，冷却壁直接与炉缸内活跃铁水流接触，所承受的热流强度是极高的。目前，高炉所使用的任何形式冷却壁都经不起这样高的热流强度袭击。另一方面，如果没有良好的冷却，即使使用顶级炭砖，也不可能维持高炉炉缸长期稳定的工作。加强炉缸冷却，不仅是为了保护冷却设备不被烧坏，主要是为了将1150℃等温线尽可能推往炉内，以保证炭砖热面形成渣铁凝固层。 2. 关于炉缸冷却的问题 高炉炉缸冷却的目的是为了将炭砖内的1150℃等温线尽可能推向炉内，以保证炭砖热面形成渣铁凝固层。冷却对于保护炉缸所起的作用在整个炉役期内是不一样的。炭砖的残余厚度越小，冷却所起的作用就越大。 在高炉设计中,必须保证炉缸具有良好的冷却，这是没有异议的。但何谓良好的冷却？业内人士的看法是不太一致的。这些看法上的差异，大体归纳如下： 2.1冷却系统 20年来，我国高炉推广应用了软水密闭循环冷却系统。大型高炉炉缸冷却方式有两大类： 单一冷却系统——炉缸采用冷却壁冷却，冷却设备以从下而上串联方式连接形成单一的冷却系统。其特点是冷却壁的水管粗，管距大，通过炉缸冷却壁的水量大； 分段冷却系统——炉缸采用冷却壁冷却，冷却设备以横向串联的方式连接，炉缸以单独供水方式自成分段冷却系统。其特点是冷却壁的水管细，管距小，通过炉缸冷却壁的水量相应较小。 分歧的焦点在于分段冷却系统通过炉缸冷却壁的水量小，因此认为它的冷却强度不足，甚至把某些高炉的炉缸烧穿的原因归罪于冷却不足。作者认为，这一意见是值得商榷的。 为了便以比较，我们可以规定：两块面积相等的冷却壁所处的边界条件是相同的，这样，炉缸冷却的传热过程便可以用传热热阻来衡量，如果传热热阻小时，便可以认为对于传热过程的进行是有利的。平均的传热热阻可以写作如下: 式中: R0——系统传热热阻； ——炉内气流对冷却壁的对流传热系数； ——冷却通道内水对管壁的对流传热系数； ——各层材料的导热系数； ——各层材料的厚度。 在这里应该指出：① 高炉整个炉役期内，系统的传热热阻是随着炭砖的厚度减薄而减小的，直至炉役末期，最小；②冷却通道内水对管壁的对流传热热阻在中所占的比例也是在变化的，直至炉役末期，所占比例最大。当两块面积相等的冷却壁的外部传热热阻相等时，只要比较两块冷却壁冷却通道内水对管壁的对流传热热阻便可知道它们的传热能力的大小。 现将评估过程叙述如下： 水管内的平均对流换热系数或平均Nu准数： 式中：Nu———努塞尔数 　　　　———对流换热系数　　W/m2°C K———水的传热系数　　W/m°C 　　　　d———对圆形通道为直径　m 　　　　Re———雷诺数 　　　　Pr———普朗特数 　因此，强制对流平均对流换热系数等于： ＝ 式中：Vm——水的平均速度 m/s 　　　　γ　——水的动力粘度　m2/s 设水管内强制对流换热系数：分段冷却系统下为，单一冷却系统下为，则一根水管内的平均强制对流换热系数为： 分段冷却系统—— 单一冷却系统—— 一根水管的平均热阻： 分段冷却系统—— 单一冷却系统—— 两种冷却系统条件下，高炉实际采用的冷却壁参数列于表1。 实际采用的冷却壁参数 表1 名称 水管内径，mm 水管间距，mm 冷却壁宽度mm 冷却壁水管数 分段冷却系统 47.7 184 920 5 单一冷却系统 62 230 920 4 由于一