[发明专利]一种高炉炉缸碳砖残厚的高精度计算方法

说明书

本发明涉及高炉炉缸技术领域，尤其涉及一种高炉炉缸碳砖残厚的高精度计算方法。具体包括如下步骤：1)选择边界条件，2)确定碳砖导热系数与温度的函数关系式，3)选择计算热流强度数学模型，4)计算碳砖原始厚度处热面温度，5)依据热电偶温度数据计算碳砖残余厚度；6)依据冷却壁内进、出口水温差计算碳砖残余厚度。本发明将碳砖的导热系数以温度的函数形势带入传热公式，进而能够精确的计算高炉服役末期侵蚀线位置及侵蚀程度。本发明已经应用于实际生产，通过炉缸破损调查实测，证实本发明能够准确计算炉缸碳砖残余厚度，计算误差小于20mm，能够有效避免高炉炉缸烧穿事故发生。

技术领域

本发明涉及高炉炉缸技术领域，尤其涉及一种高炉炉缸碳砖残厚的高精度计算方法。

背景技术

随着我国钢铁工业迅猛发展，在线生产的大型高炉座数有上百座，但是根据中钢协统计，自2008年以来，我国就有30余座高炉发生炉缸烧穿事故，给企业造成巨大损失。同时包括鞍钢在内每年都会有一些高炉存在炉缸温度异常升高，存在安全生产隐患，高炉被迫采取降低冶炼强度和特殊护炉措施，既增加高炉生产成本又降低高炉生产效率和效益。因此，炉缸安全问题已经成为高炉高效低成本生产的瓶颈。因此，准确判断炉缸的真实的侵蚀状态就显得极为重要，既要保证高炉安全，又要避免盲目地采取降低冶炼强度和特殊护炉措施，而降低高炉生产效率和增加生产成本。因此实现炉缸碳砖残厚的精准预判，避免高炉烧穿保证高炉安全长寿成为当前炼铁行业亟待解决的技术问题。

近年来，随着各钢铁厂对高炉生产安全的日益重视，人们也相继根据传热原理提出关于高炉炉缸碳砖残厚的计算方法。CN201810789527.5公开了“一种高炉炉缸碳砖残厚判断方法”，通过对炉缸碳砖被高温高压铁水冲刷侵蚀后的残厚进行理论计算，可以得到碳砖被侵蚀的程度，从而指导高炉操作者做出有利于炉缸安全的措施，降低高炉炉缸烧穿事故的风险。但这种方法确忽略了一个重要问题，就是现在普遍的高炉炉缸碳砖中都是埋入1～2个热电偶，如果埋入过多热电偶或热电偶埋入过深必然会照成碳砖开孔过大，影响碳砖强度。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种高炉炉缸碳砖残厚的高精度计算方法。准确计算炉缸碳砖残余厚度，计算误差小于20mm，能够有效避免高炉炉缸烧穿事故发生。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种高炉炉缸碳砖残厚的高精度计算方法，具体包括如下步骤：

1)选择边界条件：

①当碳砖气孔中＜1μm的气孔比例大于80％时，将铁水的熔点1153℃设置为计算高炉炉缸碳砖残厚的边界条件，即T_边＝1153℃；

②当碳砖气孔中＜1μm的气孔比例小于80％时，将碱金属与碳砖明显开始反应的温度870℃为边界条件计算高炉炉缸碳砖残厚，即T_边＝870℃。

2)确定碳砖导热系数与温度的函数关系式：

碳砖的导热系数是温度的线性函数

K_T＝K₀×(1+B×T) 公式(1)

测试室温、温度T条件下碳砖的导热系数，通过计算确定公式(1)中B的确切值为(K_T/K₀-1)/T，其中T处于200～1150℃范围。

式中：K_T为温度T对应的导热系数，W/(m·K)；

K₀为室温条件下对应的导热系数，W/(m·K)；

B为常数。

3)选择计算热流强度数学模型：