1080高炉数学模型

采用数学模型计算高炉炉缸侵蚀状况（韩）Jin-su Jung 等摘要：为了评估炉缸的侵蚀状况，特别是炉缸角部的侵蚀状况，开发了一种数学模型。

该模型考虑了热流路径和热流面积的影响。

计算结果：光阳1号高炉炉缸的侵蚀面呈象脚型，出铁口和炉缸的边角部侵蚀严重。

由于碳砖的低导热性，使炉缸侧壁热负荷比其它区域高，所以此区域的侵蚀程度大。

在炉役初期，侵蚀较为剧烈，但7年后一直保持稳定状态。

另外，用红外线照相法进行了炉缸周围区域的热分析，用这种方法同时测量大面积的热区域很有效。

虽然局部的热区域并没有找到，但测量的结果与热电偶测量的趋势一致。

关键词：高炉炉缸数学模型侵蚀1.前言高炉炉缸状况是决定高炉寿命的主要因素之一。

连续监视高炉炉缸状况对于确定高炉大修时间和炉缸耐材的保护有重要意义。

炉缸耐材的残余厚度是通过分析耐材温度得来的，而这些温度又是由安装在炉缸耐材上的热电偶测得的。

为了更好地了解炉缸侧壁的侵蚀状况，已经开发了一些传热模型，比如有限元法和边界元法等。

本文介绍了一种使用热流路径方法的特殊模型，可以计算侵蚀线和高炉炉缸的凝固层。

另外，还介绍了可用红外线照相法,对炉壳进行温度分析的方法。

2.考虑了热流路径的数学模型2.1用来计算的基本概念在高炉炉缸，铁水侵蚀炉缸砖衬，当铁水的热流与冷却水带走的热流相平衡时，这种侵蚀才停止。

因为熔融铁水的凝固点大约在1150℃，在此热平衡下，计算出1150℃等温线的位置，定义为铁水可以侵入的最初厚度。

模型主要目的是计算残余的耐火砖厚度。

一维传热方程做为计算的控制方程。

高炉炉缸是轴对称图形，炉缸的一半如图1所示。

用来计算的材料的物理特性如表1所示。

边界条件如下：=6000W/m2K）1)炉壳用25℃的水喷水冷却；（hw2)炉缸底部用25℃的水冷却；（h=30W/m2K）w3)热面假设为1150℃。

表1 材料的物理性质符号说明值h b（W/m2K）冷却水的导热系数30h w（W/m2K）喷水的导热系数6000k1（W/mK）莫来石的传热系数2k2（W/mK）碳砖的传热系数10k3（W/mK）石墨的传热系数18k4（W/mK）捣打料的传热系数6k5（W/mK）炉壳的传热系数40k s（W/mK）凝固层的传热系数22.2计算过程图2是计算耐火砖厚度的过程。

阿钢1080m3高炉工艺流程设计特点0 引言西林钢铁集团阿城钢铁有限公司（简称阿钢）根据发展需要，决定新建2座1080m3高炉，一期投产一座。

为实现高风温、高煤比、高顶压、高煤气利用、高利用系数、低能耗及长寿、环保的生产目标，1080m3高炉主要设计指标：利用系数2.7t/m3.d，入炉矿综合品位58%，焦比360kg/t，煤比200kg/t，风温1200℃，炉顶压力0.20mpa，富氧率2.3%，吨铁渣量不大于360kg，年产生铁100万t，高炉一代炉龄不低于12年。

1 高炉本体炉体框架设计采用自立式框架结构（17m×17m）。

炉顶采用框架式结构，考虑阿城当地的气候条件，炉顶从31.9米大平台至炉顶受料斗区域设计为封闭式结构。

高炉车间工艺流程见图1。

1.1 高炉内型高炉内型对高炉冶炼起着重要作用。

在总结国内外同类型容积高炉内型尺寸的基础上，结合阿钢原燃料条件，设计采用适宜强化冶炼的矮胖炉型，合理的内型能促使冶炼指标的改善。

高炉炉型主要参数见表1。

其特点如下：1）采用矮胖型炉型，减小炉腹角、炉身角。

较大的炉身角有利于受热膨胀后的炉料下降，较小的炉腹角有利于煤气流的均匀分布，减小对炉腹生成渣皮的冲刷，保护炉腹冷却壁，延长其寿命。

2）加深死铁层厚度。

加深死铁层会增加炉缸侵蚀面积，但环流的减弱，将延缓炉墙厚度方向的侵蚀速度，无疑对高炉是有利的。

同时较深的死铁层可多贮存铁水，保证炉缸有充足的热量储备，稳定铁水温度和成分。

3）加大了炉缸高度。

可保证风口前有足够的风口回旋区，有利于煤粉的充分燃烧及改善高炉下部中心焦的透气（液）性，有利于改善气体动力学条件。

4）高炉设有20个风口，2个铁口（夹角170℃）。

1.2 炉体冷却系统及冷却结构1）为最大限度地节约用水并考虑到方便检测，高炉炉体冷却分三个系统：软水密闭循环冷却系统、高压工业水冷却系统、常压工业水冷却系统。

a：软水密闭循环冷却系统：总供水量3200m3/h，压力0.6mpa，包括冷却壁本体串联冷却环路，风口大、中套、水冷炉底冷却环路。

1080立方米高炉系统高炉本体基础工程施工方案目录第一章. 编制说明 (2)第二章. 工程概况 (2)第三章.施工部署 (4)第四章. 施工准备…………………………………………………………………………. .9第五章. 主要施工方法 (10)第六章. 质量保证措施 (32)第七章.安全措施 (34)第八章. 施工进度保证措施 (36)第九章. 产品(成品)保护措施 (36)第十章. 危险源点 (38)第十三章. 应急措施 (4)3第一章. 编制说明1.1 编制依据1.1.1 XX公司管理手册；1.1.2 第四版《建筑施工手册》；1.1.3 XX高炉本体基础施工图，XX出铁场基础施工图1.1.4 主要适用的规、规程1.2 编制目的为了保证全体施工人员在开工之前对本工程施工要求、质量要求、现场安全及文明施工要求的了解，保证工程顺利保质保量的完成，特编制本施工方案。

第二章. 工程概况2.1 工程基本情况业主单位名称：河XX公司设计单位名称：XX设计研究院施工单位名称：XX项目部2.2 工程简介本工程为一套1080m3高炉系统工程，建设地点为XX厂区。

南北分为1/A、A、B轴（轴线间距6.2m、21.5m）东西分为1-10线（长度112m）。

高炉基础基底标高-4.5m，基础顶标高+5.376m；高炉基础平面尺寸为29.700m×25.000m；在基础面上设有46个混凝土柱基础。

柱基础顶标高为-0.500m。

标高2.20m以上部分采用C25耐热混凝土，耐热混凝土直径10.306m，高度3.176m，耐热极限温度不小于800℃。

高炉基础混凝土强度等级C30；填充为C15素混凝土，垫层为C10混凝土。

二次浇灌层采用强度大于C40的高强无收缩灌浆料。

此工程每个高炉基础砼量约为3054m3，其中垫层约124m3；基础本体及短柱砼量约为2540m3，耐热砼量约为390m3。

钢筋均为HPB235与HRB335,钢筋连接采用直螺纹套筒连接，钢筋砼保护层底板、侧壁为40mm，短柱为35mm。

基于反应动力学的全高炉数学模型概述储满生(东北大学)摘要　高炉是一个气固向流的复杂冶金反应器。

为了更好地理解、控制和改进高炉炼铁过程,更多的努力被用于开发高炉数学模型,特别是基于反应动力学理论而开发的反应动力学模型。

本文简述了全高炉反应动力学模型的发展历程,介绍了该类模型的代表-基于多流体理论、反应动力学、冶金传输理论而创建的多流体高炉数学模型,并对全高炉数学模型的未来发展做出了若干展望。

关键词　高炉　数学模型　炼铁　计算流体力学REV I E W S O N TO TAL BLAST FURNACE M ATHEM AT ICALMOD EL BASE D O N REACT IO N-K I NET ICSChu Mansheng(Northeastern University)ABSTRACT　B last furnace is a comp lex metallurgical react or with gas-s olid counter-fl ow.I n order t o understand, contr ol and i m p r ove the blast furnace p r ocess,more eff orts are made t o devel op mathe maticalmodels,es pecially ones based on the theories of reacti on-kinetics.A t first,hist oric revie ws on t otal blast furnace model of reacti on-kinetics are made in the paper.Then,multi-fluid blast furnace is intr oduced as one of the latest reacti on-kinetics models.Multi-fluid model is devel oped on basis of multi-fluid theory,kinetics,trans port phenomena theory and computati onal fluid dyna m2 ics.Finally,s ome pers pectives are made f or the future devel op ing trends of t otal blast furnace models.KE Y WO RD S　blast furnace　mathe matical model　ir on making　computati onal fluid dyna m ics0　前言在高炉操作过程中,由炉顶加入炉料,从炉缸渣铁口排放渣铁;而从风口鼓入热风和喷吹煤粉,产生的煤气从炉顶逸出。

0 引言在矿料下降的过程中，铁水和炉渣逐渐形成，从而发生固态和液态之高炉是一种多相态物质相互作用的化学反应容器，它被称为化工领域间的传热。

固态-液态之间的热传递系数通过下面的公式计算，它适用于最复杂的冶金反应器之一[1]。

为了更好地控制和改进高炉的生产过程，建立高炉的数学模型是非常必要的。

随着计算机技术的发展，更大的矩阵得以解决，模型的控制方程可以采用偏微分方程来描述，大量实用的高炉模型被开发[2]。

其中，基于计算流体力学的高炉数学模型能够详细分析通过上述一系列公式，可建立高炉内相态之间的基本传热数学描述气炉内状态并且精确预测高炉的操作性能，得到了更广泛的发展，成为目前态和固态间的动量传递可通过Ergun 公式[8]导出：国内外研究和应用的热点[3]。

为了准确地仿真高炉内部状态，本文对炉内相态间的动量、质量传输现象进行了数学描述[4]，建立了化学反应模型和高炉整体二维动态模 1.3 化学反应的描述型。

确立了数学模型的数值求解方法，完成了对高炉动态过程的仿真，仿高炉的实质是一种化学反应容器，最核心的内容就是化学反应的发真结果较好地反应了实际工况，为高炉自动化的实现打下基础。

生。

高炉内的主要化学反应可以归为三类：还原反应，碳的气化反应和水1 高炉数学模型煤气变换反应。

其中铁矿石内氧化铁的还原反应是最重要的化学反应。

为高炉过程和其他现象一样都必须遵循自然规律（质量守恒定律、动量了研究铁矿石的还原机理，我们采用三界面未反应核模型理论。

此理论认守恒定律和能量守恒定律），可以用流体力学和传热学的基本方程来描述为还原反应只发生在界面上，随着反应的一步步深入，未反应部分向中心[5]。

方向收缩，最后形成一个未反应的核心[9]。

由于氧化铁分级反应的特1.1 基本方程点，在一个矿球反应到一定程度的时候，就会形成明显的三界面，四层，模型的控制方程就是流体流动的质量、动量和能量守恒方程，采用一由外向内分别是：Fe-FeO-Fe3O4-Fe2O3。

高炉铁水硅含量的预测模型摘要本文主要讨论的是铁水硅含量与料速、铁量差等各影响参数的数学预测模型。

就高炉冶炼而言，既定条件下炉内平均反应温度(这里指高温区)可认为是唯一的[1]。

假定高温区域内反应基本达到平衡，则：C )(2CO Si 2/[Si]a a p f w K SiO ⋅⋅⋅=结合文献[1]可推出炉温的计算式子为:]068.16032.0)197.0lg(2[Si]0552.0[Si][lg 26038.8−+++++−=B A p w w /T f 即影响炉温的因素为Al 2O 3、MgO 、Si 、Mn 、P 、S 、F 、Ti ，由于模型一中涉及到的数据是炉渣中各元素的含量，不能实时预测，故建立模型二。

运用Matlab 中的stepwise 函数进行逐步回归建立模型二，为简便计算，用主成分分析法将表格所给因素得到Si Mn P S Ti 等19个候选影响因素，经特征根分析得Mn P S Ti 铁水温度铁间批次炉温指数这7个因素的累计贡献率达到了%80%8.92>，因此可以认为:这7个因素可以作为逐步回归用的因素。

通过stepwise 函数回归引入新变量和交叉项或者二次项提高回归方程预测的准确度，再通过对回归方程的残差检验，剔除异常点最终得到拟合度为0.9933下的回归方程1198.13241.02495.02166.04905.3771614742++−−−=x x x x x y 由于逐步回归模型中只考虑两种变量之间的相互作用对铁水硅含量的影响，并没有考虑到多种变量相互作用的影响，一定程度上影响了预测的准群性，所以运用BP 神经网络建立模型三来进一步优化模型。

结合模型二，将风温、P 、Ti 、铁水温度、炉温指数作为输入层的5个重要参数。

因为确定隐含层神经元个数目前尚无理论依据,通过反复的调试将隐含层神经元个数取为10。

为了实现铁水硅含量的预测,故确定输出层神经元的个数为1，运用MATLAB 中的网络工具箱得到各层的权重值和偏度，根据训练出来的网络结合所要预测的数据得到Si 的含量。

1080m3高炉工艺配置及新技术应用陈林森【摘要】介绍了常熟市龙腾特种钢有限公司1080m3高炉工艺配置及新技术应用情况.【期刊名称】《现代冶金》【年(卷),期】2011(039)001【总页数】3页(P19-21)【关键词】高炉;工艺;新技术【作者】陈林森【作者单位】中冶华天工程技术有限公司,安徽,马鞍山,243005【正文语种】中文【中图分类】TF54引言常熟市龙腾特种钢有限公司(以下简称“龙腾特钢”)为降低电炉冶炼成本、缩短冶炼周期、实现铁水热装,在提升式技改项目规划中拟建2座1 080 m3高炉,工程一期先上1座1 080 m3高炉,设计年产炼钢生铁120万t。

高炉设计采用“先进、实用、可靠、经济、环保”的原则,贯彻精料、高压、高风温、长寿等技术方针,以实现高效、优质、低耗、长寿、环保的目标。

1 炼铁工艺配置1.1 高炉工艺主要设计指标龙腾特钢1080m3高炉主要工艺设计参数如表1所示。

表1 高炉主要技术经济指标公称容积/m3 1 080利用系数/(t·m-3·d-1) 3.18入炉焦比/(kg·t-1) 390煤比/(kg·t-1) 150入炉综合品位/% ≥58熟料率/% 95炉顶压力/M Pa 0.20热风温度/°C ≥1 150富氧率/% 3渣铁比/(kg·t-1) 320年作业天数/d 350一代炉龄/a ≥10生铁年产量/(万t·a-1) 1201.2 炼铁工艺配置炼铁工艺主要包括上料系统、炉顶、高炉本体、风口平台出铁场、热风炉系统、粗煤气系统、渣处理设施、喷煤设施、铸铁机车间等。

1.2.1 上料系统上料系统包括槽下供料和上料两部分。

槽下供料采用分散筛分、分散称量、焦丁回收工艺。

矿槽采用双排布置。

设4个焦槽,贮存时间8h;12个烧结矿槽,贮存时间14.5 h;3个球团矿槽和3个块矿槽,杂矿槽2个。

上料系统采用双料车斜桥上料。

高炉炉缸的瞬态侵蚀过程的数学模型已经建立能够估计瞬态高炉炉缸侵蚀过程的数学模型。

这个数学模型，把铁水流动，传热和砖/耐火材料的侵蚀联系起来。

为了验证数学模型的可用性，把炉膛最终侵蚀的计算结果与解剖高炉的计算结果进行分析比较发现二者基本相符。

利用这一模型研究炉内铁水流入炉缸流量，焦炭自由层的大小，铁水的产出率，碳砖导热性及焦炭填充床的流体流动阻力。

关键词：数学模型，高炉炉缸侵蚀，流体流动，传热。

1.简介关于高炉炉缸现象如铁水质量流量，焦炭填充床/焦炭自由层的传热等很多学者已经做了大量研究。

为了延长高炉寿命，在发展高炉操作，高炉设计，高炉维修方面也做了很多努力。

然而，炉缸砖/耐火材料，在高炉操作过程中是很难修复的，因此，它是影响高炉寿命的一个关键因素。

尽管在这一领域付出了很多努力，但是高炉炉缸的侵蚀机理仍不明确。

人们普遍认为，铁水流动影响炉缸壁砖/耐火材料及在炉缸中焦炭自由层之间存在的焦炭填充床和底砖的侵蚀。

在估算炉缸侵蚀时，两个主要的机制可能需要考虑，一个是热化学溶液侵蚀，另一个是热机械损伤。

在这两种情况下，了解铁水流动及通过焦炭填充床/焦炭自由层和砖/耐火材料之间的传热非常重要。

许多数学模型已经给出了关于高炉炉缸铁水流动和传热的基本知识。

但是，那些数学模型不适用于炉体结构设计。

为了设计炉体结构，必须分析短暂的侵蚀过程。

本次研究的目的是为了建立出适用于铁水流动，传热和炉缸侵蚀的完全耦合分析的数学模型，并了解短暂的侵蚀过程。

2.数学模型分析的系统包括焦炭填充床区域，焦炭自由层和砖炉/耐火材料区域，如图1所示。

图1.炉缸侵蚀模型系统2.1.控制方程在这一系统中，铁水原料与动量的平衡，铁水和炉缸砖/耐火材料的平衡的要求如下式(1)到（3）所示，其中（2）是Navier-Stokes方程，U代表实际速度,流量F由厄根方程确定。

▽•（ℇρU）=0 (1)ρρ(U▽)U=-▽p-µ▽2U+F (2)ρ+ρ(U▽)C P T=▽(k▽T) (3)其中F={150[]2µ+1.75[]ρU}U2.2.边界条件给出的边界条件如下:1) 上边界：温度和铁水流量给出，且耐火材料区域是绝热的；2) 出铁口：铁水流出速率作为出口边界；3）侧面和底部的壁表面的总传热系数给出；4）耐火材料与焦炭填充床之间传热系数给出；5）焦炭填充床区域：在验证的情况下由炉内应力分析结果给出，其他情况应适当。

氧气高炉喷吹焦炉煤气数学模型高炉的工作过程是以焦炭为燃料，燃烧后排放出CO2气体。

目前我国高炉炼铁的发展方向是以低成本消耗为基础，采取有效解决措施来降低焦炭的损耗量，避免大量的CO气体排放空气中污染环境。

其中高炉喷吹焦炉煤气是解决措施之一。

本文对氧气高炉喷吹焦炉煤气工艺的内容及其数学模型进行了论述。

标签：氧气高炉；喷吹；焦炉煤气；数学模型0 前言高炉是钢铁冶金体系中最重要的工艺装置，它的工作过程是以消耗能量为主并释放CO2气体，我国本着可持续发展观的经济发展理念，以节省能量损耗减少气体排放的基础来研发各种新型技术，其中本文所论述的氧气高炉喷吹焦炉煤气工艺装置就是最有效的解决办法之一。

氧气高炉喷吹焦炉煤气工艺装置的优点在于克服燃料之间的消耗量，工艺流程简便，能够为社会经济带来效益，绿色、节能、环保，促使经济循环发展。

1 氧气高炉喷吹焦炉煤气（1）焦炉煤气的成分。

焦炉煤气作为高级气体燃料，它具有还原性，并且氢元素含量极高。

氧气高炉喷吹焦炉煤气包含H2，CH4，CO，CmHn，N2。

其中H2成分量占半数以上，其次是CH4和CO，CmHn和N2的成分较少，一般焦炉煤气的燃烧热量值不到20000KJ/Nm3。

（2）高炉喷吹焦炉煤气工艺。

高炉喷吹焦炉煤气工艺流程如下，燃烧原料以气体形式进入压缩机装置后，经压缩机处理，把气体导入储气罐，其中一部分气体通过旁通回路返回到原焦炉气体进口处，被循环利用，二次回收具有环保高效作用；另一部分气体通过吹扫蒸汽和喷吹支管进入到高炉中，高炉开始工作。

（3）喷吹焦炉煤气的优点。

首先该工艺可提供给高炉优质还原剂，CH4+1/2O2=2H2+CO，H2成分占据总成分3/4，其中H2还原速度较快，损耗能量少，能够增强高炉生产能力并提高焦炉工作进度；其次是还原产物环保，C 和CO还原最终产物是CO2，而H2还原产物是H2O，可以减少CO2的排放量，社会意义显著；然后焦炉煤气的价值量高，对能量运用效率得到改善，燃烧原料煤气，其能量利用率一般不到1/2，价格比例按热值计算，每立方米在0.4左右；另外喷吹技术简洁方便，控制精确度较高，工作原理组成是通过加大气体压强，运送气体以及喷吹，其有效特征在于设备投资成本低，控制灵活，精确度强，能够实现单风口定量喷吹。

分析1080高炉气流分布的因素控制贾满红（长治钢铁集团有限公司）摘要 :高炉冶铁中煤气流的问题，历来受到高炉工作者的重视，现就1080立方高炉煤气流的因素控制分布情况进行分析。

关键词: 高炉煤气利用率操作燃料比1 概述长钢8号高炉自2004年9月开炉以来高炉煤气利用率逐年提高，燃料比逐年下降。

在2006_2007年（200kg/t）煤比大幅度提高的情况下，燃料比控制在(510-520kg/t)。

这一成果的取得，是高炉长期以来一直非常重视煤气流分布及操作技术研究的结果。

2.1煤气流分布的重要性风口前燃烧后生成的煤气流对软熔带形成起一定的作用，进入块状带受布料和原燃料的影响，因而煤气流的分布状况直接反映了高炉的内部变化。

，长钢8号高炉除了传统的十字测温等之外，增设了炉身热负荷的检测。

对布料还采用了料面仪，掌握料面形状，以获得满意的煤气利用，这些都反映了煤气流分布在千级高炉操作中的重要性。

3 煤气流合理分布的作用高炉冶炼中的气流稳定是十分重要的。

局部区域的不合理，在下料等方面可能变化不大，但在煤气流的利用率和温度方面会有反映。

例如:高炉周围某一方面的气流温度升高或下降都预示着布料的不良，而当时的料线和风压等参数并不一定马上有变化，等到后者变化，则已对炉况造成大的影响了。

如果预先根据温度变化，CO波动，调整布料，就可以减少滑料等炉况方面的问题，把损失控制在最小。

在无料钟布料的情况下，保证适量的中心煤气流，是高炉强化操作的基础，比如宝钢1.2.3号高炉就专门对十字测温的中心温度进行规定和管理，并认为这与炉况顺行相一致，武钢2号高炉也对该温度进行管理，根据不同的冶炼条件，制定不同的操作规定范围，。

煤气利用率的第一目标是稳定，也是炉热控制的基础。

气流发生变化，还原，预热波动，热量水平变化，加剧了炉况的不良倾向，进而影响顺行等其他的问题。

气流分布对炉墙温度控制作用明显。

如延长耐火材料的寿命，降低热负荷，是一项长期追求的目标。