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鞍钢新3#高炉炉缸炉底铁水流场数值仿真的开题报
告
一、选题背景及意义：
鞍钢新3#高炉是一座采用先进技术建造的大型高炉，其炉底铁水流场对高炉的稳定运行、冶炼效率等方面有着重要而直接的影响。
本文选题的目的即为了通过数值仿真研究鞍钢新3#高炉的炉底铁水流场特性，探究其对高炉冶炼效率的影响，为高炉的生产和运行提供科学依据。
二、研究内容及方法：
本文拟采用计算流体力学数值模拟方法，以鞍钢新3#高炉的炉底铁水流场为研究对象，考虑高炉内部复杂热流、物质交换等因素，对铁水在炉缸中的流动过程进行模拟。
同时，本文将建立高炉炉底铁水流场数值模型，通过MATLAB等软件进行仿真计算，探究特定操作参数对炉底铁水流场的影响，并对仿真结果进行分析和验证。
三、预期结果及贡献：
本文预期通过研究和分析，得到鞍钢新3#高炉炉底铁水流场关键参数的变化趋势和规律，为高炉的优化运行提供科学依据；同时，本文将引入计算流体力学、数值分析等方面的新技术和思路，丰富高炉领域的研究方法和手段，有助于推进高炉技术的进一步发展。
攀钢新3号高炉的设计和主要设备简介作者：王含来源：《硅谷》2011年第06期摘要：攀钢新3号高炉的设计在结合攀钢1、2、3、4号高炉生产实践经验的基础上，采用许多新工艺、新材料、新结构、新设备。
高炉的装备水平和自动控制水平达到当前国内高炉冶炼钒钛磁铁矿的先进水平，新3号高炉的有效容积为2000m3，为国内高炉冶炼钒钛磁铁矿的大型化奠定良好的基础。
关键词：设计；设备；高炉；热风炉中图分类号：F42文献标识码：A文章编号：1671－7597（2011）0320074－02攀钢四座高炉，总炉容为5030m3，年产炼钢铁水约420万吨，各高炉有效容积为：#1，1280m3（最初建设有效容积为1000m3，90年大修扩为1200m3，2002年再次大修扩为1280m3）；#2、#3，1200m3；#4，1350m3。
根据以上情况，可以看出，攀钢高炉单个有效容积偏小，难以充分发挥出高炉炼铁方面的优势。
为了提高高炉装备水平，攀钢新3号高炉有效容积设计为2000m3，是国内冶炼钒钛磁铁矿最大的高炉，为国内高炉冶炼钒钛磁铁矿的大型化奠定了良好的基础。
1 设计原则遵循长寿、高效、节能、实用的原则，方便生产操作和维护，结合实际采用成熟的先进技术，提高技术装备水平；以高起点、少投入、多产出为原则。
2 高炉主要技术操作指标攀钢新3号高炉主要设计指标的确定，一方面考虑了冶炼钒钛磁铁矿的特点，另一方面考虑了高炉大型化对指标的影响，同时也参考了攀钢其它四座高炉的操作指标，具体设计指标见表1。
3 平面布置新#3高炉布置在四号高炉西侧的弄弄沟内，为原炼铁厂铸铁车间位置。
此位置有铁路和道路与厂区连接；场地地形较平坦，地形标高在1104.00m～1104.50m左右。
四座外燃式热风炉和重力除尘器分别布置在新#3高炉的北面和西面。
原料矿槽布置在新#3高炉东面，与高炉轴线夹角为64°00′；煤粉喷吹塔和焦丁回收场布置在原料矿槽的北面。
第４３卷第２期２０２１年４月甘㊀肃㊀冶㊀金ＧＡＮＳＵ㊀ＭＥＴＡＬＬＵＲＧＹＶｏｌ.４３Ｎｏ.２Ａｐｒ.ꎬ２０２１文章编号:１６７２￣４４６１(２０２１)０２￣００３６￣０３酒钢３号高炉炉况调整操作实践孙春花ꎬ李㊀通(甘肃酒钢集团宏兴钢铁股份有限公司炼铁厂ꎬ甘肃㊀嘉峪关㊀７３５１００)摘㊀要:酒钢３号高炉对炉况操作㊁调整㊁稳定炉况的经验进行了总结ꎮ通过采取一系列的调整措施ꎬ并通过加强高炉生产管理ꎬ炉况逐步达到开炉以来最好水平ꎮ关键词:高炉ꎻ炉况调整ꎻ生产管理中图分类号:ＴＦ５４３.１㊀㊀㊀㊀㊀文献标识码:ＡＯｐｅｒａｔｉｏｎＰｒａｃｔｉｃｅｏｆＣｏｎｄｉｔｉｏｎＡｄｊｕｓｔｍｅｎｔｏｆＪＩＳＣＯＮｏ.３ＢＦＳＵＮＣｈｕｎ￣ｈｕａꎬＬＩＴｏｎｇ(ＧａｎｓｕＪｉｕＳｔｅｅｌＧｒｏｕｐＨｏｎｇｘｉｎｇＩｒｏｎ＆ＳｔｅｅｌＣｏ.Ｌｔｄ.ＩｒｏｎｍａｋｉｎｇＰｌａｎｔꎬＪｉａｙｕｇｕａｎ７３５１００ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:ＴｈｅｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅｏｆｏｐｅｒａｔｉｏｎꎬａｄｊｕｓｔｍｅｎｔａｎｄｓｔａｂｉｌｉｚａｔｉｏｎｏｆｂｌａｓｔｆｕｒｎａｃｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｆｏｒＮｏ.３ｂｌａｓｔｆｕｒｎａｃｅｏｆＪｉ￣ｕｑｕａｎＩｒｏｎａｎｄＳｔｅｅｌＣｏ.ｉｓｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ.Ｂｙａｄｏｐｔｉｎｇａｓｅｒｉｅｓｏｆａｄｊｕｓｔｍｅｎｔｍｅａｓｕｒｅｓａｎｄｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｉｎｇｔｈｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｍａｎ￣ａｇｅｍｅｎｔｏｆｔｈｅｂｌａｓｔｆｕｒｎａｃｅꎬｔｈｅｆｕｒｎａｃｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｇｒａｄｕａｌｌｙｒｅｃｏｖｅｒｅｄｆｒｏｍｔｈｅａｂｎｏｒｍａｌｃｏｎｄｉｔｉｏｎｔｏｔｈｅｂｅｓｔｌｅｖｅｌｓｉｎｃｅｔｈｅｏｐｅｎｉｎｇｏｆｔｈｅｆｕｒｎａｃｅ.ＫｅｙＷｏｒｄｓ:ｂｌａｓｔｆｕｒｎａｃｅꎻｂｌａｓｔｆｕｒｎａｃｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎａｄｊｕｓｔｍｅｎｔꎻｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｍａｎａｇｅｍｅｎｔ１㊀引言酒钢３号高炉于２０１７年３月１４日大修改造后送风投产ꎮ炉况运行至２０２０年２月份ꎬ受新冠肺炎疫情影响ꎬ酒钢炼焦煤库存不足ꎬ焦化厂将结焦时间由２２ｈ延长至５６ｈꎮ出焦量减少ꎬ质量下降ꎬ焦炭全部变为湿熄焦ꎮ为弥补焦炭缺口ꎬ高炉大量补充落地不合格焦炭ꎬ３号高炉炉况顺行状况变差ꎬ高炉表现出冶炼强度低㊁炉温不稳定㊁透气性变差㊁滑尺多㊁加减风多ꎬ风量出现回缩ꎮ进而频繁出现难行㊁悬料ꎬ休风堵风口恢复炉况等情况ꎮ这种炉况困扰着高炉的正常操作ꎬ为此通过对炉况波动的原因进行认真分析后ꎬ采取了有针对性的措施ꎬ炉况得到逐步恢复ꎬ各项指标得到了优化ꎬ达到了该代炉役最好水平ꎮ２㊀焦炭质量变化情况疫情前３号高炉使用８５％的自产５＃６＃焦炉焦炭ꎬ２月份受疫情影响ꎬ炼焦煤库存不足ꎬ自产焦产量减少ꎬ高炉配加６７％不合格３＃４＃焦炉焦炭ꎬ两种焦炭主要指标见表１ꎮ表１㊀自产５＃６＃焦炭㊁不合格３＃４＃焦炭主要指标/％㊀ＭｔＡｄＳＴ.ｄＶｄａｆＣＳＲＣＲＩ自产５＃６＃焦１.８１３.０１１.１８１.２６６４.８２５.２不合格３＃４＃焦４.２１４.２６１.２５１.４７６０.３３０.２㊀㊀⑴受焦炭质量大幅度下降影响ꎬ炉况表现出透气性恶化明显㊁滑尺增多㊁加减风增多ꎬ风量出现回缩ꎬ高炉出现悬料ꎮ⑵制定炉况应对方案时对透气性恶化严重的问题预估不足ꎬ方案中调整批重及负荷力度不够ꎬ未有效改善料柱透气性及料尺工作ꎬ未及时遏制炉况变差的趋势ꎮ３㊀炉内操作参数及指标统计分析２０２０年１－８月份主要操作参数㊁指标及趋势分别见表２和图１㊁图２ꎮ表２㊀１－８月份３号高炉主要操作参数及指标月份风量/(ｍ３/ｍｉｎ)Ｓｉ/％Ｃｏ/％风压/ＭＰａ硅偏差产量/ｔ利用系数/(ｔ/(ｍ３ ｄ))１月１２１００.８０３８.２３０.２４７０.１８１４６３９４３.３３２月１１１８０.９１３７.７８０.２２６０.２１２３７２１４２.９５３月１１１８１.０５３７.５２０.２２５０.２５３３８３８２２.７５４月１１４００.８１３７.４６０.２２８０.３１３３７０３６２.７４５月１１６６０.８３３７.８２０.２３５０.２２５４０８８６２.９３６月１１７３０.９２３７.２４０.２３２０.２６１３８１２８２.８２７月１１７９０.８３３７.５６０.２４１０.２８３４２６１８３.０６８月１２２５０.８２３８.５８０.２５００.１７３４８９３９３.５１图１㊀风量㊁风压趋势图２㊀焦比㊁利用系数趋势㊀㊀⑴由上表及趋势图可以看出ꎬ高炉在１月份风量㊁风压㊁产量㊁焦比㊁煤比指标基本正常ꎬ而２－７月份急转之下ꎬ到８月份恢复至较好水平ꎮ⑵２－７月份风量回缩明显ꎬ风压整体不高ꎬ崩料７３第２期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀孙春花ꎬ等:酒钢３号高炉炉况调整操作实践㊀㊀㊀㊀㊀㊀及悬料次数明显增加ꎬ表面炉内风压波动较大ꎬ气流不稳ꎬ日常崩料频繁ꎮ⑶从２月份炉况开始出现波动ꎬ突出表现在以下几个方面:①炉内出现崩料后ꎬ料尺工作差ꎬ高炉慢风时间长ꎮ②顶温偏高ꎬ料慢ꎬ炉内频繁吹出管道行程ꎮ③炉况不顺ꎬ煤气利用率波动较大ꎬ工作操作困难ꎬ炉温不受控ꎬ波动较大ꎬ这也加剧了炉况的波动及恢复进度ꎮ４㊀炉况的调整措施２－３月份受疫情影响ꎬ焦炭质量劣化ꎬ导致了炉况出现波动ꎮ４月份焦化厂已恢复正常生产ꎬ焦炭质量已恢复至疫情前的水平ꎬ但炉况却得不到恢复ꎬ为此３号高炉进行了认真分析ꎬ采取了针对性的措施ꎬ到８月份炉况得到恢复ꎬ各项指标逐渐好转ꎬ达到了这代炉役的最好水平ꎮ４.１㊀调整上下部装料制度ꎬ开放边缘气流ꎬ稳定中心气流顶温偏高ꎬ料慢ꎬ透气指数偏高主要因煤气流分布不合理ꎬ边缘气流过重ꎬ出现局部过吹ꎬ长期风量偏小造成中心气流加重ꎮ为此３号高炉３月２４日上部装料制度由 平台＋漏斗 模式ꎬ变为中心加焦模式ꎬ实施后中心加焦后改善了上部块状带的透气性ꎬ使高炉接受风量的能力增加ꎬ但随风量的增加ꎬ中心气流增强导致边缘气流过重ꎬ边缘局部出现管道行程的次数增加ꎬ炉况仍未得到恢复ꎮ４－６月份利用休风机会对下部送风制度进行调整ꎬ将进风面积由０.１２７４ｍ２逐步扩大至０.１３８８ｍ２ꎬ风口长度由平均４３７.７ｍｍ缩短至４００ｍｍꎬ边缘气流得到疏通ꎬ风量增加后中心气流改善ꎬ为炉况的恢复奠定了基础ꎮ４.２㊀制定料慢㊁顶温高的控制措施⑴正常情况下ꎬ严格按照规定料线放料ꎬ避免因放料不当引起气流波动ꎮ⑵出现低料线时ꎬ控制风量赶料线ꎬ将低料线时间控制在１ｈ内ꎮ⑶因低料线减风控制后ꎬ与炉前做好沟通ꎬ合理控制铁口孔径大小及铁口深度ꎬ避免在减风状态下渣铁不能及时排净ꎮ４.３㊀灌浆封堵煤气通过日产生产现象分析ꎬ考虑炉皮及冷却壁之间有缝隙ꎬ炉皮串煤气ꎬ煤气走 短路 也是造成煤气流不稳定ꎬ料慢顶温高的原因之一ꎮ利用６月１１日计划检修机会对炉身㊁大套㊁铁口区域进行灌浆封堵ꎬ封堵后跑煤气现象大幅度降低ꎬ炉况顺行程度也逐步提高ꎮ５㊀加强高炉生产管理通过炉况的调整ꎬ７月份炉况基本稳定下来ꎬ为巩固炉况及避免人为失误对炉况造成影响ꎬ３号高炉在生产管理上进行了完善ꎬ抓基础管理工作ꎬ通过各项管理制度的实施ꎬ严格抓落实ꎬ促进了炉况的稳定ꎮ５.１㊀规范工作操作ꎬ改变操作陋习进入７月份后ꎬ料慢㊁顶温高㊁边缘过吹的现象已得到基本的治理ꎬ但整体炉况仍不太稳定ꎬ炉温波动仍就偏大ꎬ冶炼强度偏低ꎬ这种情况主要受工长操作受前期炉况不顺时的操作思想影响ꎬ思想未及时改变ꎬ操作滞后造成的ꎮ⑴制定炉况操作规定ꎬ针对炉况变化情况每日进行微调ꎬ并监督工长的执行情况ꎬ把握好操作的细节ꎮ对存在的操作问题及时进行纠正ꎬ始终保持操作处于稳定的态势ꎮ⑵严抓交接班管理ꎬ严格控制低炉温跑料的情况ꎬ要求工长给下个班交班时交一个稳定的炉况ꎬ每班作业结束后对本班的炉况操作进行总结ꎬ给接班方提出建议ꎮ⑶扭转工长旧有的保守观念ꎬ总认为３号高炉风压提不上去ꎬ透气性指数先天性偏高ꎬ风压长期控制偏低ꎮ操作上不加风ꎬ不提高风压水平ꎬ过于保守ꎬ反而不利于炉况的顺行及稳定ꎮ⑷建立异常情况的汇报制度ꎬ要求工长对于生产期间出现的异常情况第一时间汇报至作业区ꎬ使作业区随时掌握炉况的情况ꎬ以便采取相应的措施ꎬ避免造成事故ꎮ５.２㊀稳定炉前操作ꎬ促进炉况稳定炉前操作是否稳定是高炉炉况稳定关键性因素ꎬ同时随着高炉的逐步恢复ꎬ产量的上升对炉前提出了更高的要求ꎬ３号高炉在原有的基础上对炉前操作进行了规范和统一ꎬ促进了炉内操作ꎬ提高了炉况的稳定性ꎮ⑴缩短出铁间隔时间ꎬ及时排净渣铁ꎮ随着产量及渣量的提升ꎬ原有的出铁间隔４５ｍｉｎ已无法及时排净渣铁ꎬ炉内存在憋风现象ꎬ将出铁间隔时间缩短至３５ｍｉｎꎬ有效的解决了炉内憋风现象ꎮ⑵稳定铁口工作ꎬ提高炮泥质量ꎮ出渣出铁量的增加ꎬ出铁后期铁口眼 拉大 ꎬ堵口时会发生跑泥的现象ꎬ这严重制约了铁口的正常工作ꎬ作业区汇报炼铁厂后对炮泥进行了调整ꎬ提高了炮泥的强度ꎬ解决了炮泥现象ꎮ㊀㊀⑶为防止各班组对铁口深度弄虚作假ꎬ要求看(下转第４２页)使用后１７０９１５－１１９６５２２４７１７５９２３４９１５２０３３２１３９正常２５２７５２ˑ１.０５５４.５１２１２.２正常１７０９１５－１２０５８２４４８１７５７２３４８１８２０４４２１２１正常２４２８５２ˑ１.０５５４.３１２１２.１正常１７０９１５－１２１３８２３４８１７４５２３４９１８２０４０２１１５正常２４２７５１ˑ１.０５５４１２１１.９正常１７０９１５－１２２４５２４４８１９５７２５４８１６２０３０２１４５正常２２３０５２ˑ１.０５５５１２１２.１正常１７０９１５－１２３２９２４４９１６３８２４４９１６２０３２２１２０正常２２２９５１ˑ１.０５５３.５１２１１.４<０.６１７０９１５－１２４３８２３４８１８４５２４４９１８２０４４２１１５正常２４２９５３ˑ１.０５５４.６１２１１.８正常１７０９１５－１２５２９２４４９１６５８２３４８１７２０４７２１４５正常２６２６５２ˑ１.０５５４.３１２１２正常１７０９１５－１２６５８２３４８１８４５２５４９１８２０２１２１３３正常２３３９５２ˑ１.０５５４.２１２１２.１正常１７０９１５－１２７４５２５４８１８４５２４４９１８２０３０２１４４正常２５２７５２ˑ１.０５５４１２１１.９正常１７０９１５－１２８３５２４４９１７３８２５４８１６２０４０２１２８正常２２３０５２ˑ１.０５５４.５１２１２.４正常１７０９１５－１２９５７２４４８１５４８２３４８１７２０４１２１４５正常２３３０５３ˑ１.０５５４.６１２１２.２正常１７０９１５－１３０４６２３４８１７３７２５４８１８２０４２２１４６正常２４２８５１ˑ１.０５５４.８１２１２正常１７０９１５－１３１５８２５４７１６４８２４４８１６２０４１２１４８正常２５３０５２ˑ１.０５５４.８１２１２.２正常１７０９１５－１３２６５２１４６１５５９２３４７１７２０４０２１３９正常２６２９５３ˑ１.０５５５１２１１.８正常１７０９１５－１３３４６２４４８１７３４２５４６１５２０４５２１３８正常２５２７５２ˑ１.０５５４.６１２１１.９正常１７０９１５－１３４５８２５４８１８４５２１４８１８２０４９２１４０正常２４２８５１ˑ１.０５５４.４１２１１.８正常１７０９１５－１３５８５２３４９１９５８２３４２１５２０４８２１４１正常２５２８５２ˑ１.０５５４１２１２.１正常９４.１０％５㊀实施后效果高炉时间虚拟模块自动修正布料圈数技术应用后ꎬ从图２可以明显看出ꎬ布料圈数实际值与目标值偏差明显缩小(该图为圈数要求１２圈ꎬ１５批料的效果对比)ꎮ４号高炉布料精准度由８２.４％提高至９４.１％ꎬ完成高炉布料精准度９２％以上的项目目标ꎮ图２㊀高炉时间虚拟模块自动修正布料圈数程序使用前后ꎬ布料圈数实际值与目标值偏差对比图６㊀结语通过利用时间模块自动控制提高高炉布料准确性攻关与研究ꎬ自动程序确定节流阀开度的调整范围ꎬ达到修正布料圈数的目的ꎬ减少布料圈数的误差次数和频次ꎬ使高炉布料圈数的角度与圈数的对应性更加准确ꎬ布料精准度由８２.４％提高到９４.１％ꎬ为高炉稳定㊁顺行㊁优质㊁高产创造条件ꎮ参考文献:[１]㊀胡仁云ꎬ钱㊀敏.高炉焦炭质量对高炉冶炼的影响[Ｊ].江苏冶金ꎬ２００３(０６):１０￣１１.[２]㊀王筱留.钢铁冶金学(炼铁部分)[Ｍ].北京:冶金工业出版社ꎬ２００２:７７.收稿日期:２０２０￣０９￣１０作者简介:陈㊀保(１９８４￣)ꎬ男ꎬ甘肃省嘉峪关市人ꎬ工程师ꎬ本科ꎮ从事高炉冶炼技术工作ꎮ(上接第３８页)水岗位每次铁开口记录铁口深度ꎬ如实反映铁口的工作状态ꎬ这在另一方面也提高了炉前人员的责任心ꎬ促进了铁口工作的稳定ꎮ６㊀结语⑴通过调整措施及管理措施的实施ꎬ３号高炉炉况逐步得到恢复ꎬ目前高炉利用系数达到３.７８ｔ/(ｍ３ ｄ)ꎬ达到了该代炉役的最好水平ꎬ高炉生产步入了良性循环ꎬ但炉况仍有很大进步的空间ꎬ今后还需在气流的稳定上进一步摸索ꎮ⑵采用中心加焦的布料摸索ꎬ对于提高风量水平作用明显ꎬ但风量上升后会造成边缘加重ꎬ炉况调整上需要疏导边缘气流维持两股气流的平衡ꎮ⑶高炉日常管理的作用巨大ꎬ若要保持炉况长期稳定ꎬ日常管理需长抓不懈ꎮ收稿日期:２０２０￣０９￣０７作者简介:孙春花(１９９０￣)ꎬ女ꎬ青海湟中人ꎬ工程师ꎬ本科ꎮ现从事高炉冶炼管理工作ꎮ。
