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D0I:10.13374/1.issnl00103.2007.06.036 第29卷第6期 北京科技大学学报 Vol.29 No.6 2007年6月 Journal of University of Science and Technology Beijing Jun.2007 传热法炉缸和隔热法陶瓷杯复合炉缸炉底分析 赵宏博)程树森)赵民革 1)北京科技大学冶金与生态工程学院，北京1000832)首钢集团总公司技术研究院，北京100041 摘要从传热学的角度出发，利用VC编制炉缸炉底温度场计算软件，对国内某些高炉进行了实例建模·模型计算结果和 实际高炉热电偶温度数据吻合较好.据此对目前流行的“传热法”的高导热压小块炭砖炉缸和“隔热法”的陶瓷杯复合炉缸炉 底的各自特点进行了分析，以实例为基础阐明了这两种结构的炉缸炉底延长高炉寿命的不同方法·指出在铁水和耐火材料之 间低导热系数的“保护壳”存在，是不同设计延长炉缸炉底寿命的相同本质，并分析了这两种结构的炉缸炉底的不足 关键词炉缸炉底：高炉寿命：长寿实质：传热学：温度场 分类号TF573.1 炉缸炉底的寿命是高炉长寿的限制性环节之 绝热 恒温 一，在高炉生产中如果全部内衬保持在低温状态，就 能够减缓或防止侵蚀，延长炉缸炉底的使用寿 钢板 命)，因此，高炉设计者们从传热学的角度不断 填料层 铁水 冷却壁 地提升炉缸炉底材料和结构设计的合理性·从最初 冷却 水管 陶瓷垫 养 的高铝砖或粘土砖无冷却炉缸炉底，到大块焙烧炭 冷却壁 砖和高铝砖结合的有冷却综合炉底，炉缸炉底耐火 肉资 炭砖 材料的导热性、耐氧化性及强度性能逐渐提高，当 陶瓷杯和高导热压小块炭砖技术出现后，“传热 一导料 法]高导热压小块炭砖炉缸和“隔热法]陶瓷杯 钢板 对流换热 复合炉缸炉底成为目前最流行的两种炉缸炉底结 构.两者在炉底都已经有了一个共性，就是炉底的 图1基础物理模型 内衬材料以炭砖和石墨砖为主，并在炉底炭砖上部 Fig-1 Basic physical model 采用1~2层陶瓷或高铝质砖作为保护层，即所谓的 “陶瓷垫”，本文通过对国内某些炼铁厂的上述两种 2“传热法”炉缸分析 结构的炉缸炉底进行实际建模计算分析，从传热学 对于采用高导热压小块炭砖的“传热法”炉缸来 的本质上阐明这两种不同结构炉缸炉底的长寿途径 说，普遍认为其优点是由于发挥了炭砖的高导热性， 和各自特点，进而得出它们共同的延长寿命的实质， 使铁水的热量很快传入炭砖，再由炭砖很快地传出 并分析其存在的不足. 炉缸而被冷却水带走，进而使靠近炭砖热面的铁水 1炉缸炉底温度场计算模型简介 凝固形成渣铁壳，高温等温线大部分集中在低导热 系数的渣铁壳内，使炭砖能处于安全的工作温度，以 本文中的炉缸炉底温度场计算软件所采用的基 达到保护炉缸炉底的目的，这和炉腰炉腹部位采用 础物理模型和边界条件如图1所示、此炉缸炉底的 铜冷却壁，迅速吸收并传递高温煤气热量，以降低热 物理模型具有很强的通用性，能够满足实际高炉炉 面温度使渣铁液凝固结壳的理念是相同的]，因 缸炉底的结构和所选用耐火材料的多样性，建立柱 此，“传热法”炉缸的长寿理念是快速吸收并传递铁 坐标系下带有凝固潜热的二维非稳态数学模型，以 水热量，使其降温结壳，但要注意炭砖的导热系数远 计算不同结构炉缸炉底的温度场分布)]. 比铜的要小（石墨炭砖导热系数虽然可达100 收稿日期：2005-12-27修回日期：2006-12-01 Wm1K以上，但由于其耐侵蚀性差，“传热法” 基金项目：国家自然科学基金资助项目(N。:60472095) 炉缸不可能都采用石墨炭砖，炉缸热阻必然远大于 作者简介：赵宏博(1981一)，男，博士研究生：程树森(1964一)，男， 教授，博士 铜冷却壁热阻)，通过炉缸的热流强度也远小于铜冷“传热法”炉缸和“隔热法”陶瓷杯复合炉缸炉底分析 赵宏博1） 程树森1） 赵民革12） 1） 北京科技大学冶金与生态工程学院北京100083 2） 首钢集团总公司技术研究院北京100041 摘 要 从传热学的角度出发利用 VC 编制炉缸炉底温度场计算软件对国内某些高炉进行了实例建模．模型计算结果和 实际高炉热电偶温度数据吻合较好．据此对目前流行的“传热法”的高导热压小块炭砖炉缸和“隔热法”的陶瓷杯复合炉缸炉 底的各自特点进行了分析以实例为基础阐明了这两种结构的炉缸炉底延长高炉寿命的不同方法．指出在铁水和耐火材料之 间低导热系数的“保护壳”存在是不同设计延长炉缸炉底寿命的相同本质并分析了这两种结构的炉缸炉底的不足． 关键词 炉缸炉底；高炉寿命；长寿实质；传热学；温度场 分类号 TF573∙1 收稿日期：2005－12－27 修回日期：2006－12－01 基金项目：国家自然科学基金资助项目（No．60472095） 作者简介：赵宏博（1981－）男博士研究生；程树森（1964－）男 教授博士 炉缸炉底的寿命是高炉长寿的限制性环节之 一在高炉生产中如果全部内衬保持在低温状态就 能够减缓或防止侵蚀延长炉缸炉底的使用寿 命［1－2］．因此高炉设计者们从传热学的角度不断 地提升炉缸炉底材料和结构设计的合理性．从最初 的高铝砖或粘土砖无冷却炉缸炉底到大块焙烧炭 砖和高铝砖结合的有冷却综合炉底炉缸炉底耐火 材料的导热性、耐氧化性及强度性能逐渐提高．当 陶瓷杯和高导热压小块炭砖技术出现后“传热 法” ［3］高导热压小块炭砖炉缸和“隔热法” ［3］陶瓷杯 复合炉缸炉底成为目前最流行的两种炉缸炉底结 构．两者在炉底都已经有了一个共性就是炉底的 内衬材料以炭砖和石墨砖为主并在炉底炭砖上部 采用1～2层陶瓷或高铝质砖作为保护层即所谓的 “陶瓷垫”．本文通过对国内某些炼铁厂的上述两种 结构的炉缸炉底进行实际建模计算分析从传热学 的本质上阐明这两种不同结构炉缸炉底的长寿途径 和各自特点进而得出它们共同的延长寿命的实质 并分析其存在的不足． 1 炉缸炉底温度场计算模型简介 本文中的炉缸炉底温度场计算软件所采用的基 础物理模型和边界条件如图1所示．此炉缸炉底的 物理模型具有很强的通用性能够满足实际高炉炉 缸炉底的结构和所选用耐火材料的多样性．建立柱 坐标系下带有凝固潜热的二维非稳态数学模型以 计算不同结构炉缸炉底的温度场分布［4－6］． 图1 基础物理模型 Fig．1 Basic physical model 2 “传热法”炉缸分析 对于采用高导热压小块炭砖的“传热法”炉缸来 说普遍认为其优点是由于发挥了炭砖的高导热性 使铁水的热量很快传入炭砖再由炭砖很快地传出 炉缸而被冷却水带走进而使靠近炭砖热面的铁水 凝固形成渣铁壳高温等温线大部分集中在低导热 系数的渣铁壳内使炭砖能处于安全的工作温度以 达到保护炉缸炉底的目的．这和炉腰炉腹部位采用 铜冷却壁迅速吸收并传递高温煤气热量以降低热 面温度使渣铁液凝固结壳的理念是相同的［7－8］．因 此“传热法”炉缸的长寿理念是快速吸收并传递铁 水热量使其降温结壳但要注意炭砖的导热系数远 比铜的要小 （石墨炭砖 导 热 系 数 虽 然 可 达 100 W·m －1·K －1以上但由于其耐侵蚀性差“传热法” 炉缸不可能都采用石墨炭砖炉缸热阻必然远大于 铜冷却壁热阻）通过炉缸的热流强度也远小于铜冷 第29卷 第6期 2007年 6月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol．29No．6 Jun．2007 DOI:10．13374／j．issn1001－053x．2007．06．036