石横特钢380m~3高炉烘炉实测

　　炉过程中的不足，提出了改进建议。

　　1简况石横特钢380m3高炉是新建高炉，采用了无钟炉顶、炉体监测诊断和炉顶摄像等先进技术。炉缸、炉底采用了国内自行开发的“陶瓷杯”技术炉身上部支梁水箱以上为致密粘土砖，以下到炉腹为烧成微孔铝炭砖，风、渣、铁口均采用组合复合棕刚玉砖，高炉砌体所采用的部分耐火材料见表1.在高炉烘炉过程中，我们利用高炉炉体监测诊断技术对烘炉过程进行在线监测。

　　2高炉炉体监测诊断技术高炉炉体监测诊断技术是在高炉炉体的不同高表1高炉砌体用部分耐火材料及使用部位材料名称使用部位致密粘土砖支梁水箱上部到炉喉钢砖下部烧成微孔铝炭砖炉腹、炉腰及炉身（支梁水箱以下）组合砖（复合棕刚玉砖）风、渣、铁口复合棕刚玉砖炉缸黄刚玉莫来石砖炉底低气孔自焙炭砖炉缸、炉底半石墨质高炉炭砖炉缸、炉底高铝水泥浇注料炉腹以上冷却壁与炉壳之间轻质浇注料砖砌体与炉壳之间及炉喉钢砖部位的填充高铝质泥浆致密粘土砖砌体砌筑铝炭质泥浆铝炭砖砌体砌筑刚玉质泥浆组合砖及陶瓷杯之间低温粗缝糊炭砖与冷却壁之间及风冷管中心线以上找平层碳素胶泥炉底。炉缸炭砖砌筑复合泥浆炭砖与陶瓷杯、组合砖之间砌筑度埋设多点多支热电偶，由PLC系统进行数据采集与处理，并通过数学模型对高炉生产过程中炉体的温度场进行在线监测，从而对炉体和炉内状况进行实时诊断，指导高炉生产。

　　2.1测温元件的布置新型测温元件由保护管和几支长度不等的热电偶组成。在高炉施工砌砖过程中，整个炉体从上到下共埋设11层测量元件，其中炉身3层，炉腰、炉腹、炉缸及死铁层各1层，每层设4个监测点，各点的平面布置基本在同一方向，如所示；炉底2层，每层3个监测点，平面布置如所示；风冷管上部和耐热基墩各1层，每层各1个监测点。炉身上部2层，每个监测点设3支热电偶，风冷管上部和基墩为单点单支热电偶（可更换）其余每个监测点均为5支热电偶。死铁层以上每个监测点的**支炉底测温元件平面布置热电偶均与炉衬内侧平齐，其他各支热电偶按一定距离依次径向排列。

　　测温元件的使用寿命与炉衬相同，在一代炉役中不用更换，在砌筑炉衬时采用在砖衬上开槽的方式紧密镶嵌在设定部位，槽内注满耐火泥浆不留空隙，这样可以保证测温元件与炉衬紧密结合，能够准确地反映砖衬内部的温度分布。测温元件的安装与炉衬砌筑同步竣工，高炉烘炉时即投入运行，为分析烘炉过程中炉体各部分砖衬的温度状况提供了有利的数据支持。

　　数据米集系统系列的模块式PLC系统，它由电源模板、CPU模板（包括CPU、系统程序存储器、用户程序存储器）、远程I/O模板（CRA/CRP）、以太网模板（NOE）及ATI热电偶输入模板组成。该系统具有灵活的I/O扩展方式，可使用Windows环境下的Concept软件进行编程，并且系统高效、稳定，传输数据快，使得到的数据更加可靠，易分析。测温元件获得的信号通过PLC系统转化成温度数值传入工控机，在显示器上显示出来。

　　软件系统H+语言开发工具和SQLServer2000数据库，包括数据采集模块、热电偶损坏判定模块、数据预处理模块、温度场计算模块、参数识别与修正模块、输出与通讯模块、智能数据库和知识库。

　　数据采集模块每隔20s就会从数据采集系统读一次数据，所读到的数据全部为埋设在炉衬内测温元件所反映的温度值。由于在炉体上布置了足够的测温元件，所以温度值的变化能够在一定程度上反映炉衬内部温度场的变化。所得数据每20s刷新一次，并且每5min便可以在数据库中保存一次，这样既能及时反映炉体的温度状况，又有利于数据的调用和分析。热电偶损坏判定模块能够在热电偶损坏后作出及时准确的判断，以保证所得数据的可靠性。其他各个模块则应用于高炉生产过程中的在线监测，能够判定炉衬的侵蚀厚度以及进行炉况运行状况的分析，为高炉操作者提供有益的指导。

　　3高炉烘炉制度高炉烘炉采用经热风炉加热的热风为热源，烘炉前在铁口安装了煤气导出管（烘炉中后期封死），炉内安装了风口热风导管。热风导管的直径为89mm，垂直段长3 400mm，水平段的长度分别为800mm、1600mm、2200mm，垂直段下端距炉底400mm.热风导管的安装如所示。

　　一风口水平剖面一热风导管热风导管布置示意实际烘炉温度以炉底上表面温度为准，检测点为由铁口伸入炉内炉底上表面的热电偶（用耐火泥料压住），以此为依据来控制烘炉温度和升温速度。

　　烘炉从常温（0C）开始，分别以10C/h的速度升温至150、300、400°C，其间，在每个温度点各保温24h，再以15C/h的速度升温至600C保温48h，*后以25C/h的速度降温到50C整个过程为192h（高炉烘炉时间为2002.10.18 ~26）。烘炉曲线如所示。

　　风，然后根据烘炉曲线的温度要求逐渐引入热风。

　　在控制炉顶放散阀较小的开度下，以较小的热风流量，保持炉内按规定的温度升温，热风压力不能高于25kPa炉顶平均温度控制在300 C以下。初期主要通过控制风机风量来控制烘炉温度，如果控制风机风量达不到要求，再以热风炉冷风阀调节。中后期烘炉温度升高后，用混风阀调节温度。在风量控制方面，控制炉顶放散阀在较小的开度下，以较小的热风流量，保持炉内按规定的温度升温。当炉顶升温速度过快，且达到300 C时，应减少入炉风量，使平均温度控制在300C以下。

　　整个烘炉过程历时8天，没有因设备问题和其他因素导致停风而影响烘炉，确保了高炉炉体监测诊断系统获得数据的准确性和可靠性，实际烘炉曲线与计划烘炉曲线基本相符。

　　4结果分析4.1数据分析高炉炉衬中的水主要来自耐火泥浆和耐火浇注料，烘炉的目的主要是去除砌体中的自由水，并有效地加砌体的整体固结强度。因高炉各部位所采用的耐火材料不同，因此烘炉温度对耐火材料的影响也不一样。根据耐火材料厂家提供的资料，要烘干砌体中的水分，砌体温度需要达到105 ~110烘干时间不少于48h；而对于以有机物为结合剂的泥浆，还要完成有机物的固化，其焙烧固化温度一般为200~250C，焙烧时间一般为20高炉炉体监测诊断系统在炉体上共设有36个监测点，从炉身到炉底对整个高炉进行全面的监测。

　　现在分别在炉身下部、炉腰、炉缸下部（死铁层处）和炉底上层各取一个监测点，并结合每层所采用的不同耐火材料进行分析，利用获得的数据作曲线（如、、、所示，各图中曲线从上到下分别为第1、2、3、4、5测点的温度曲线）。、反映出炉身及炉腰部位砌体中各监测点的温度变化同烘炉曲线基本一致，具有明显的升温段、保温段和降温段，说明利用高炉炉体监测诊断系统所得数据的真实性和可靠性。

　　炉身下部是铝炭砖炉衬，采用铝碳质泥浆砌筑，因此，既需要烘干水分，又需要足够的温度进行有机物的固化。从中可以看出，炉身下部5个测点的*高温度均超过110除第5点以外，其他4点也都达到了200C以上，并且具有了足够的保温时间，达到了去除水分和加砌体固结强度的目的。炉腰部位同样采用铝炭砖和铝炭质泥浆砌筑，但从中各曲线反应的情况来看，仅仅去除了部分自由水，没有完成有机物的固化，同炉身下部相比效果相对较差。

　　炉缸、炉底是陶瓷杯结构，采用的耐火材料有复合棕刚玉砖、黄刚玉莫来石砖、低气孔自焙炭砖、半石墨质炭砖、低温粗缝糊、复合泥浆和碳素胶泥。因此，炉缸、炉底部分除了排除水分外，同样要完成有机物的固化。在、中，炉缸下部及炉底上层的炉衬中，第1、2、3点*高温度均在110 C以上，并且具有一定的时间进行水分和热量的传递，所以这一部位的自由水去除效果较好；但除第1点外，其余两点温度均低于200C，达不到有机物固化的*低温度200C要求，未能完成固结；而第4、5两点均未超过100Q其中的水分不能够被去除。

　　为了进一步分析炉底砌体中水分的去除效果，对炉底下层和风冷管上部取数据作温度变化曲线，如、0所示。从图中更加明显地看出，炉底下层*高温度没超过60C，风冷管上部温度*高仅41C.通过分析说明炉身部位砌体中的水分去除效果较好，并达到了一定的固结程度，而炉腰以下到炉缸、炉底砌体中水分的去除效果不十分理想，也没有形成一定的固结强度。

　　4.2烘炉制度分析烘炉效果主要取决于烘炉制度，下面针对烘炉制度的几个方面进行进一步的分析。

　　风量控制方面。整个烘炉过程中，为防止炉顶温度过高，在炉顶放散阀开度较小的情况下以较小的风量进行烘炉，这样致使风量始终维持在较低的水平。当烘炉温度在600C保温时，热风温度达到800C以上，但热风流量大多情况下维持在30000~38000m3/h（1）。在这种条件下，即使风温较高，带入炉内的热量也少，不利于砌体的烘干。而且在炉顶放散阀开度较小的情况下采用小风量，不利于炉内水蒸汽的排出。如采用大风量，可以带入炉内大量的热量，既有利于砌体的烘干，也有利于炉内水蒸汽的排出。

　　关于渣、铁口煤气导出管的问题。烘炉前在铁口安装了煤气导出管，渣口没有安装。在烘炉中后期，将煤气导出管盲死。这样做的后果是，炉缸、炉底的对流传热作用减弱，不利于炉底的烘干。

　　这从死铁层处热电偶所测数据能够反映出：当炉底中心温度（实际烘炉温度）达到600C后，此处第1点温度却不超过250C（如所示）。

　　安装渣、铁口煤气导出管，在炉缸形成向炉外的热风通道，从热力学上分析，就是加强了炉缸内部气体的流动，强化了热风与炉缸、炉底的对流传热作用，有利于炉底的烘干。同时，也使炉顶的热量分配相对减小，有利于控制炉顶温度。这样就可以大放散阀的开度，进一步调节热量分配，也有利于炉内水蒸汽的排出。为了减少炉内的热量损失，可以在煤气导出管上安装阀门来控制排风量。利用放散阀和铁口煤气导出管进行上下部控制，使炉内上下部的热量合理分配，达到较好的烘炉效果。

　　开设炉体排气孔。烘炉结束，休风以后，在维护风口大、中、小套时，发现风口套之间有水流淌出，说明烘炉时炉壳与砌体之间存有积水。在整个烘炉过程中，随着砌体温度的升高，一部分水分向炉内扩散随烘炉气体排出炉外，而另一部分则向炉壳方向扩散。从烘炉的数据分析可以看出，炉腰以下部位炉衬砌体中的第4、5测温点的温度均低于100C而冷却壁和炉壳的温度更低，又因烘炉前没有在炉壳上开设排气孔，使得向炉壳方向扩散的水分在炉壳或冷却壁与砌体之间冷凝下来，形成积水。

　　如果烘炉时在炉体开设一定数量的排气孔，会有利于砌体中向炉壳方向扩散的水分排出，烘炉后再将排气孔封住。

　　烘炉曲线的分析。本次烘炉的初始温度从常温（30C）开始，终止温度为50C但从实际操作中来看，高炉送风后，从风机送来的冷风，其温度就达到65C在经热风炉前，*高达到了这期间，经过3h，实际温度（测温点的温度）由25C逐渐升至50C，升温速度基本正常。但是，在冷风经过热风炉后，风温突升至300C以上，而实际温度在1h内由50C上升至95C，显然升温速度太快。烘炉后期，实际温度降至200 C以后，降温较困难，即使全送冷风，降温速度仍达不到要求，降至145C后便无法再降，只能休风，烘炉结束。

　　所以，烘炉初始温度从常温开始已经没有实际意义，综合考虑各方面因素，可以将初始温度定为100C.因测温点的温度是炉衬砌体中的*高温度，所以砌体中的温度均在100C以下，此时水分蒸发较弱，不会对砌体产生影响。而烘炉的终止温度可以定为200C计划烘炉曲线设定了4个保温温度，分别是150、300、400、600C.但从实际砌体中的温度分布曲线来看（如2、3所示）实际烘炉温度升温到150C保温后，整个保温段，砌体温度均在100C以下，炉身部位的**点也仅仅达到100炉腰部位的*高温度在60~70C而炉缸、炉底部位的温度甚至更低，在这样的温度范围内，水分的排出量十分微弱，保温等于浪费时间。所以，这一保温点已没有意义，在实际温度达到150C后，可以继续升温。当实际烘炉温度在300C和400C保温时，砌体温度保持在100~150C并且300C和400C两个保温点的保温段以及它们之间的升温段连成缓慢上升的曲线，区分不明显，因此，可以把这两个保温点合二为一。将修改后的烘炉曲线的**个保温点设为300C从烘炉开始一直升温到300C后，进行**次保温，保温时间为48h，是修改以前两个保温点的保温时间之和。而原来的600C保温点保留，作为修改后的第二个保温点，保温时间仍为48h.对于升温速度，前期仍以10C/h为准，后期砌体的脱水量相对较小，升温速度可适当加快，同时也为了缩短烘炉时间，选择20C/h. 4推荐烘炉曲线45h，可使高炉提前2天投产。

　　5结论烘炉虽然在高炉一代炉役的整个过程中是一个微小的环节，但却是一个不可忽视的环节。烘炉效果的好坏，直接影响到能否顺利开炉，进而影响到一代炉役的寿命。通过上述分析，可得到如下结论：在高炉烘炉过程中，高炉炉体监测诊断系统运行状况良好，利用该系统所采集的数据真实、可靠，能够及时反映炉衬砌体中各点温度的变化，对高炉烘炉提供了有价值的数据。

　　通过对所得数据的处理与分析，得到了整个高炉砌体中不同部位的温度随时间的变化，反映出烘炉过程中砌体的温度变化情况，对不同部位耐火材料的烘炉效果作出了评价。

　　（4）依据烘炉过程中的实测数据，对烘炉曲线进行了分析，并在原有烘炉曲线的基础上进行了修改，推荐了一条更加切合实际的烘炉曲线。

　　62332880（100083）北京市海淀区北京科技大学冶金学院炼铁研宄所