氧气高炉工艺研究进展及新炉型设计

从氧气高炉的数学模型、实验室实验以及工业试验角度系统分析了氧气高炉工艺的发展现状及趋势,同时讨论了氧气高炉炉型的设计依据。论述了氧气高炉的静态工艺模型研究需要计算合适的直接还原度和热空区温度,同时应考虑氧气高炉工况下生产率的变化、热损失的变化、风口煤粉的喷吹上限以及N2的循环积累等问题。指出了多维动力学模型和多目标优化模型中尚需解决的问题,以及氧气高炉数学模型的主要发展方向。结合文献研究中的氧气高炉特点,从炉身高度设计、炉腹角和炉身角设计以及风口设计3方面综述了氧气高炉炉型设计的变化规律。     

铜钢复合冷却壁热变形分析

提高高炉炉腰及炉身下部冷却壁抗热变形能力是维持高炉长寿的关键.采用热态实验和数值模拟手段研究高炉炉腰及炉身下部区域铜钢复合冷却壁的传热及热变形行为,并与铜冷却壁进行对比分析.铜钢复合冷却壁热面无渣铁壳覆盖,煤气温度1200℃条件下,铜钢复合冷却壁最高温度为180℃,传热性能与铜冷却壁接近.铜钢界面最大等效应力约为114.45MPa,低于铜钢复合板的抗拉强度.铜钢复合冷却壁发生弯曲变形,中心z向位移为0.66 mm,较铜冷却壁低约25.8％;顶底端沿z向位移为0.13mm,较铜冷却壁低约50％;曲率为0.93×10-4 mm-1,较铜冷却壁低约51.81％.铜钢复合冷却壁抗变形能力优于铜冷却壁,可以避免铜冷却壁热变形过大导致的螺栓及冷却水管断裂破损问题.     

二维高炉区域BFC网格生成技术及其Matlab实现

利用数学模型对高炉冶炼过程进行模拟是高炉炼铁新工艺研发的有效方法,网格生成技术是数值模拟过程中重要的前处理过程,是高炉模拟计算的先决条件。生成网格的质量对高炉模型模拟的精度、效率以及收敛性具有重要影响,因此,建立优质的网格对高炉数学模型的求解具有重要意义。文中提出了一种适用于高炉数学模型的适体坐标系(BFC)网格的生成方法,从求解区域的划分、椭圆型方程的转换、椭圆型方程的离散及BFC网格生成步骤等方面进行了研究,并把死料区的边界作为BFC网格计算的边界条件,使数学模型的求解过程得以简化。采用带有源项的泊松方程作为变换方程,网格的正交性和疏密程度便于控制。该网格生成算法原理简单、易于编程、网格生成效率高,生成的网格能够满足数学模型求解的要求。     

高炉铜冷却壁水管热应力分析

针对高炉内普遍出现的铜冷却壁水管断裂问题,以热结构耦合分析为手段,研究了铜冷却壁水管所受约束对其热应力分布的影响。通过建立铜冷却壁热应力数学模型,对比分析了铜冷却壁水管受不同约束作用下的热变形行为及热应力变化。计算结果表明,铜冷却壁水管末端为自由或受固定约束时,水管根部相对于其他位置产生较大热应力。但水管末端为自由时,水管根部等效应力仅45 MPa,低于纯铜的屈服强度;水管末端受到固定约束时,水管根部等效应力达到272 MPa,超过纯铜的屈服强度。水管之间应采用柔性连接。水管受到炉壳开孔约束时,其最大等效应力为600 MPa,远超过纯铜材料的屈服强度。铜冷却壁极限工作温度下水管末端产生最大位移,约为1.73 mm,考虑到安装误差等因素的影响,炉壳开孔直径应为120 mm。     

高炉炉缸炉底温度场和应力场模拟分析

为进一步研究高炉炉缸炉底在生产过程中的侵蚀成因,对某企业2 580 m3高炉建立二维传热模型,运用软件求解得到该高炉开炉初期和炉役末期的炉缸炉底温度场分布;对侧壁碳砖进行温度场求解并与应力场耦合得到其径向热应力分布。结果表明,该企业高炉"陶瓷杯+微孔炭砖"型复合炉缸炉底结构设计合理,死铁层的长期热应力作用导致侧壁炭砖发生崩角并加速形成环裂,是炉缸破损的主要原因之一。     

莱钢高炉合理渣系的研究

为使莱钢高炉冶炼中具有合理渣系,保障高炉长期稳定运行,对其炉渣二元碱度及MgO、Al2O3、FeO含量对炉渣黏度的影响进行研究。结果表明,为保证较低的黏度,高炉渣保持二元碱度约为1.15、w(MgO)为8%~10%较适宜;当高炉渣Al2O3含量达到一定值时,其黏度会明显提高,高炉渣中Al2O3含量最好应控制在15%以内;高炉渣黏度随着FeO含量的增加而显著降低,初渣中较高FeO含量可改善其流动性能。     

酒钢1号高炉合理操作炉型的探讨

结合酒钢1号高炉炉型操作的实践,通过调整上下部操作制度,合理控制炉体温度,优化原燃料质量,加强基础管理等措施,不断优化操作炉型,总结出炉型管理和日常维护的主要措施,维持稳定的操作炉型,保证炉况顺行。     

烧结矿中MgO对钒钛矿综合炉料软熔滴落的影响

以钒钛磁铁矿炼铁原料为基础,系统研究了烧结矿中Mg O质量分数对高炉冶炼钒钛磁铁矿综合炉料软熔滴落性能和V,Cr在渣铁中迁移规律的影响,并进行了理论分析.研究表明,随着烧结矿中Mg O质量分数的提高,综合炉料的软化区间t40-t4变宽;熔化区间tD-tS稍有收窄,软熔带变薄且位置略微下移;熔滴性能总特征值S先减小后增大,综合炉料透气性先变好后恶化,在Mg O质量分数为2.98%~3.40%时透气性最好;滴落率逐渐变小;V,Cr在滴落铁中的收得率略有降低;因此,烧结矿中Mg O质量分数在3.40%左右为宜,此时高炉渣中Mg O质量分数约为12%.     

高炉炉壳开孔位置对应力集中的影响

考虑到冶金行业中高炉炉壳开孔的实际情况，本文应用有限元分析的方法研究受远场均匀拉伸载荷，二维有限区域内菱形分布的圆孔中间不同开孔位置下的应力分布，得到最大应力集中系数随孔位置变化的三维变化曲面。此外，孔沿座标轴及沿原孔边缘位置变化对应力集中系数的影响被详细研究，从而为合理设计炉壳开孔提供了理论依据。     

基于响应面法炉腹异型管铜冷却壁的长寿技术优化

基于传热学理论,对近年来出现的高炉炉腹区异型管(椭圆型、矩型、双圆型、三圆型及正六边型)铜冷却壁传热模型进行参数化建模,基于冷却壁传热特性对冷却水管进行管型最优选择;模拟正常工况对开炉初期冷却壁镶砖热面未覆盖渣皮的传热模型进行热-结构耦合分析,利用响应面法得到各参数对铜冷却壁力学特性的相互影响规律.将响应面法与NSGA-Ⅱ遗传算法相结合对炉腹结构参数及长寿技术进行优化,优化后的炉腹结构在传热特性和力学性能方面均得到明显改善,结果证明所建模型和参数化计算程序可用作炉腹结构长寿技术的优化设计和评估.