D01:10.13374j.isml00103x2006.11.011 第28卷第11期 北京科技大学学报 Vol.28 No.11 2006年11月 Journal of University of Science and Technology Beijing Now.2006 高炉铜冷却壁自保护能力的实现 钱亮程素森 北京科技大学治金与生态工程学院。北京100083 摘要讨论了实现高炉铜冷却壁冷却系统自保护能力的两个方面：挂渣能力和挂渣环境.在编 制通用三维冷却壁传热计算软件的基础上，通过对实际铜冷却壁进行计算并结合高炉实际操作经 验分析得出：铜冷却壁更适合应用在高炉的高热负荷区：铜冷却壁具备很好的挂渣能力，但在高炉 生产过程中实现冷却系统的自保护”能力以达到长寿高效，还必须提供好的挂渣环境.分析了挂 渣环境的诸因素，给出了煤气温度变化时炉墙温度场的变化规律. 关键词高炉；铜冷却壁；自保护：挂渣 分类号TF573.1 高炉长寿理念的发展是一个历史过程：开始 面温度就为冷却壁的热面温度，裸露时冷却壁热 是依靠耐火材料的“它保护”形式，然后是依靠冷 面温度越低则越有“能力”在自身热面形成渣皮， 却壁及其水冷能力，目前发展出了具有自保护功 本文把这种影响因素称为挂渣能力，因而自保护 能冷却器的长寿理念，即当耐火材料被侵蚀完后， 能力和冷却能力直接相关.有“能力”挂渣的时 冷却器能依靠自身的强冷能力在自身热面形成一 候不一定能挂渣.比如，铜冷却壁裸露时热面温 层保护壳从而使自己免受高温渣铁和煤气的侵 度一般在200℃的水平，具有很强的挂渣能力，可 蚀、冲刷，也保持自身温度不会太高，这种作用类 是如果只有煤气而没有熔融渣铁那是无论如何 似于炼钢过程的溅渣护炉，由于铜的导热能力很 都不会在冷却壁热面形成渣铁壳所以还有一个 强，是传统铸铁的10倍左右，容易形成“无过热” 环境的因素，我们把这种因素称为挂渣环境.挂 冷却体系，实现自保护功能所以目前流行的能实 渣环境和高炉操作紧密相关，主要包括：(1)上升 现长寿理念的冷却器是铜冷却壁，尤其在高炉的 煤气和下行炉料的冲刷：(2)熔融渣铁的量；(3)煤 高热负荷区域如高炉长寿的两个限制性区域（炉 气温度；(4)熔融渣铁的粘结性能：(5)内型等.同 腹、炉腰及炉身下部：炉缸炉底)，理论上和实践上 时具备了挂渣能力和挂渣环境。才能真正实现炉 也都证明了铜冷却壁的优越性和实用性一1. 墙的自保护，实现长寿.实际生产中的高炉，挂渣 1自保护能力的影响因素 能力的变化很小，主要的波动集中在挂渣环境. 铜的导热系数 在高炉的实际生产中，铜冷却壁热面的渣皮 镶砖的导热系数 处在不断生成和脱落的动态变化中，影响因素如 人口水湿 水速 上升的煤气 图1所示.上升的煤气和下降的炉料传递了高炉 高炉 冷却通道几何形状 能 下降的炉料 操作的各个方面的各种信息：冷却能力包括大括 冷却通道直径 号左边的八项内容可.最终决定渣皮存在和变化 冷却通道间距 黄皮 热面 的是在冷却能力、上升煤气以及下降炉料共同作 热面几何形状 用下形成的热面温度.根据熔融渣铁的凝固温度 图1渣皮存在状态示意图 为1150℃的假设，如果热面温度低于1150℃，则 Fig.I Sketch of slag skin condition 有“能力”挂渣：如果热面温度高于1150℃则没 有“能力”挂渣.如图1所示，当冷却壁裸露时，热 2计算模型 收稿日期：2005-09-05修回日期：3006-03-10 三维稳态传热计算模型如下. 基金项目：国家自然科学基金资助项目(Na.60472095) 作者简介：钱亮(1979-，男，顾士研究生，程素森(1964一)， (1)采用图2所示的三维物理模型.从外到 男.散博+生师China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved. http://www.cnki.ne高炉铜冷却壁自保护能力的实现 钱 亮 程素森 北京科技大学冶金与生态工程学院, 北京 100083 摘 要 讨论了实现高炉铜冷却壁冷却系统自保护能力的两个方面:挂渣能力和挂渣环境.在编 制通用三维冷却壁传热计算软件的基础上, 通过对实际铜冷却壁进行计算并结合高炉实际操作经 验分析得出:铜冷却壁更适合应用在高炉的高热负荷区;铜冷却壁具备很好的挂渣能力, 但在高炉 生产过程中实现冷却系统的“自保护” 能力以达到长寿高效, 还必须提供好的挂渣环境.分析了挂 渣环境的诸因素, 给出了煤气温度变化时炉墙温度场的变化规律. 关键词 高炉;铜冷却壁;自保护;挂渣 分类号 TF573.1 收稿日期:2005 09 05 修回日期:2006 03 10 基金项目:国家自然科学基金资助项目(No .60472095) 作者简介:钱 亮(1979—), 男, 硕士研究生;程素森(1964—), 男, 教授, 博士生导师 高炉长寿理念的发展是一个历史过程 :开始 是依靠耐火材料的“ 它保护” 形式, 然后是依靠冷 却壁及其水冷能力 , 目前发展出了具有自保护功 能冷却器的长寿理念 ,即当耐火材料被侵蚀完后, 冷却器能依靠自身的强冷能力在自身热面形成一 层保护壳, 从而使自己免受高温渣铁和煤气的侵 蚀、冲刷 ,也保持自身温度不会太高, 这种作用类 似于炼钢过程的溅渣护炉 .由于铜的导热能力很 强,是传统铸铁的 10 倍左右, 容易形成“无过热” 冷却体系 ,实现自保护功能,所以目前流行的能实 现长寿理念的冷却器是铜冷却壁, 尤其在高炉的 高热负荷区域, 如高炉长寿的两个限制性区域(炉 腹、炉腰及炉身下部 ;炉缸炉底),理论上和实践上 也都证明了铜冷却壁的优越性和实用性[ 1-5] . 1 自保护能力的影响因素 在高炉的实际生产中, 铜冷却壁热面的渣皮 处在不断生成和脱落的动态变化中, 影响因素如 图 1 所示 .上升的煤气和下降的炉料传递了高炉 操作的各个方面的各种信息;冷却能力包括大括 号左边的八项内容[ 6] .最终决定渣皮存在和变化 的是在冷却能力、上升煤气以及下降炉料共同作 用下形成的热面温度 .根据熔融渣铁的凝固温度 为1 150 ℃的假设,如果热面温度低于 1150 ℃,则 有“能力”挂渣;如果热面温度高于 1 150 ℃,则没 有“能力”挂渣.如图 1 所示 ,当冷却壁裸露时 ,热 面温度就为冷却壁的热面温度, 裸露时冷却壁热 面温度越低,则越有“能力”在自身热面形成渣皮, 本文把这种影响因素称为挂渣能力, 因而自保护 能力和冷却能力直接相关.有“能力”挂渣的时 候,不一定能挂渣 .比如 ,铜冷却壁裸露时热面温 度一般在 200 ℃的水平, 具有很强的挂渣能力 ,可 是如果只有煤气而没有熔融渣铁, 那是无论如何 都不会在冷却壁热面形成渣铁壳, 所以还有一个 环境的因素, 我们把这种因素称为挂渣环境 .挂 渣环境和高炉操作紧密相关, 主要包括 :(1)上升 煤气和下行炉料的冲刷;(2)熔融渣铁的量;(3)煤 气温度 ;(4)熔融渣铁的粘结性能;(5)内型等.同 时具备了挂渣能力和挂渣环境, 才能真正实现炉 墙的自保护, 实现长寿 .实际生产中的高炉, 挂渣 能力的变化很小,主要的波动集中在挂渣环境. 图 1 渣皮存在状态示意图 Fig.1 Sketch of slag skin condition 2 计算模型 三维稳态传热计算模型如下. (1)采用图 2 所示的三维物理模型 .从外到 第 28 卷 第 11 期 2006 年 11 月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol.28 No.11 Nov.2006 DOI :10.13374/j .issn1001 -053x.2006.11.011