矿热炉冷凝炉衬的数值模拟与耐火材料选择

发布时间：2018-04-21 21:21

  本文选题：矿热炉 + “冷凝”炉衬　； 参考：《北京科技大学》2015年博士论文

【摘要】：“冷凝”炉衬技术是延长大型矿热炉炉衬寿命的有效手段,该技术在我国铁合金企业的应用尚处于起步和探索阶段。文章系统深入研究矿热炉“冷凝”炉衬运行技术特征和耐火材料的合理选择。 计算了冶炼硅钙合金矿热炉“冷凝”炉衬的水冷出铁口温度场,分析了相关设计参数对水冷出铁口寿命的影响。结果表明水冷出铁口可应用于冶炼硅钙合金的矿热炉,解决液态硅钙合金对出铁口冲刷导致出铁口寿命低的问题。适宜的水冷出铁口冷却水温度不高于40℃,冷却水流速不低于1.5m/s,铜冷却器和高导热炭砖之间导热胶泥的热导率不低于3W/(m·℃)。 开发石蜡铝复合材料(热导率5.15W/(m·℃),熔点为56℃)在冷态实验条件下模拟炉衬从被侵蚀至侵蚀边界稳定的过程,验证了炉衬侵蚀边界一维模型的计算结果。在炉衬温度场处于非稳态时,一维模型适用性较差。使用一维稳态模型监测炉衬侵蚀边界,要求炉衬热导率的大小在一定范围内,该范围根据炉衬散热量确定。 编制了镍铁矿热炉“冷凝”炉衬“边界元-改进单纯形法”二维“反问题”炉衬侵蚀边界计算模型的MATLAB程序。求得侵蚀边界之后,热电偶处的计算温度和实测温度相差小于4℃。依据矿热炉的工业数据并采用热平衡理论对模型结果进行验证,计算结果同工业数据的相对误差约为11%。分析了炉衬热导率降低对侵蚀边界计算结果的影响,炉衬热导率下降23%,炉衬厚度对应减薄4.56%。 对热压炭砖的一系列理化指标进行了分析测试,证明了国产热压炭砖(SLTA)可替代UCAR炭砖(NMA)作为冶炼锰系、铬系合金矿热炉“冷凝”炉衬的耐火材料。热压炭砖热导率和孔径尺寸分布有关,增加在0.1D1μm区间孔径尺寸的分布比例,降低1μm区间的比例可提高其热导率。 根据镍铁生产工艺,从理论上证明了炭砖不适于作为冶炼低Si镍铁产品的炉衬耐火材料,由此解释了国内砌筑炭砖镍铁矿热炉炉衬寿命低的原因。根据三元相图计算液相下耐材在炉渣-耐材系统中所占比例,结果显示高铝砖所占比例大于50%,不适于作为镍铁矿热炉“冷凝”炉衬的炉壁耐材。为此,对镁铬砖和铬刚玉砖进行抗渣性评定的“静态坩埚法”实验研究,设计正交试验探讨合理的镍铁炉渣成分,对影响侵蚀、渗透指标的炉渣性质因素排序,结果显示：镍铁炉渣对镁铬砖和铬刚玉砖的侵蚀和渗透与温度成正比,铬刚玉砖的抗侵蚀性能较好,镁铬砖的抗渗透性能占优。影响“炉衬侵蚀量”指标的因素顺序：耐材种类FeO含量碱度和SiO2/MgO,影响“炉衬渗透量”指标的因素顺序为：耐材种类FeO含量SiO2/MgO碱度。渗入铬刚玉砖的氧化物为MgO和FeO,渗入镁铬砖主要以FeO为主。对耐火材料侵蚀渗透程度最小的镍铁炉渣成分建议：SiO2/MgO为1.7,FeO含量不大于15%,碱度为0.85。铬刚玉砖常温耐压强度为190.34Mpa,渗入炉渣后降至66.44Mpa,高于镁铬砖的45Mpa,高温下热导率是镁铬砖1.8倍。综上,铬刚玉砖适宜作为矿热炉“冷凝”炉衬的炉壁耐火材料。
[Abstract]:The technology of " condensing " furnace lining is an effective means to prolong the service life of large - scale submerged arc furnace lining . The application of this technology in China ' s iron alloy enterprises is still in its infancy and exploration stage .

The temperature field of the water - cooled tapping hole of the " condensing " lining of the smelting silicon - calcium alloy submerged arc furnace is calculated , and the influence of the relevant design parameters on the life of the water - cooled tapping hole is analyzed . The results show that the water - cooled tapping hole can be applied to the ore - smelting furnace for smelting the silicon - calcium alloy . The cooling water temperature of the water - cooled tapping hole is not higher than 40 DEG C , the flow rate of the cooling water is not lower than 1.5m / s , and the thermal conductivity of the heat - conducting paste between the copper cooler and the high - heat - conductive carbon brick is not less than 3 W / ( m & deg ; C ) .

The results of one - dimensional model of lining erosion boundary have been verified by developing paraffin - aluminum composites ( thermal conductivity 5.15W / ( m 路 鈩，

本文编号：1784145