采用数学模型计算高炉炉缸侵蚀状况

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在线预测高炉炉底炉缸侵蚀模型的研究方法

I I
图2 Fig.2
两点法计算示意图
Hi T Z =l 式中 Hi =
〈
=
Gi g Z =l
（7）
Scheme of iow-point caicuiation
两点推测法现在为大多数高炉工作者使用，但使用时都不考虑导热系数与温度间的关系或干脆不考虑导热系数，这样的计算结果是很不准确的。马钢大高炉半石墨质碳砖的导热系数随温度变化较大，若按简单的两点法计算，结果是不正确的。因
图1 Fig.1
马钢大高炉炉底炉缸结构示意图
Scheme of BF hearth and bottom at Magang
由于炉底、炉缸 72 支热电偶损失近三分之二，尤其是炉底中心测温偶都已损坏，所以在碳砖 2 层、每孔埋入 2 支热电偶， 5 层、 7 层、 9 层共开孔 26 个，这是为两点法计算侵蚀厚度而布间距均为 100 mm，置的。 !"! 炉底炉缸侵蚀模型的建立 !"!"# 数学模型（1）基本方程在热传导过程中，通过傅立叶定理和系统能量
［9］此，考虑到导热方程：
{
〈
Hi ci + H i
〈
i# i =
T
Hi =
T
g c T， Gi =
T c T， ci = l / 2
通过数值积 T 为第个边界元， Gi 为系数矩阵，分求解，把未知量移到等号左边，已知量移到等号的右边，得：［ A］｛X ｝=［ F ］（8）解此线性方程组求得边界上未知的 T 值或 g 值。根据式（3）、边界条件及基本解，利用加权余量法和狄拉克函数性质可求域内任一点温度，即： Ti +

长寿高炉炉缸和炉底温度场数学模型及数值模拟

Mathematical Model and Numerical Simulation of Temperature Field
for Hearth and Hearth Bottom of Long Campaign Blast Furnace
CHENG Shu-sen1 ， YANG Tian-jun1 ， ZUO Hai-bin1 ， OUAN Oiang2 ， WANG Ze-min2 ， WU Oi-chang2
—8—
第1 期
程树森等：长寿高炉炉缸和炉底温度场数学模型及数值模拟
2月
计算的结果见图 4（ b），用考虑凝固潜热的模型计算的结果见图 5。将图 4（ b）和图 5 处理后得出图 6 所示结果。从图中可以看出，用考虑凝固潜热的模型计算出的 1 150 C 等温线位于碳砖内部。与未考虑凝固潜热的模型计算出的 1 150 C 等温线的位置相比，距炉缸和炉底的热面较近。这说明如果按照
3 计算结果及分析
3. 1 两种坐标系下的计算结果图 3 分别给出了未考虑凝固潜热时柱坐标系和
直角坐标系下高炉炉缸、炉底的等温线。可以看出，
1 — 炉壳； 2 — 外填料层； 3 — 冷却壁水管； 4 — 冷却壁本体； 5 — 内填料层； 6 — 耐火材料； 7 — 铁液； 8 — 耐火混凝土； 9 — 炉底冷却水管
1 — 1 150 C ； 2 — 1 000 C ； 3 — 800 C ； 4 — 600 C ； 5 — 400 C ； 6 — 200 C
图 5 用考虑凝固潜热的二维非稳态模型计算的高炉等温线
Fig. 5 Isothermal lines for unsteady state considering latent heat

应用有限差分法模拟高炉炉缸侵蚀

ＪＡＮｎ，ＩＬｉｇＺＨＡＮＧｉｎｏｇＯＮＧｎｕｎｅ１ＮｕｒｃｌｓｍｕａｉｎｏｌｓｕｎａｅｈａｔｒｓｏａｅｎｆｉｅｄｉＪａｓｎ，ＳＹｕｑａ，ｔ．ｍｅｉａｉｌｔｏｆａｔｒｃｅｒｈｅｏｉｎｂｓｄｏｎｔｆａｂｆｉ－
摘
要：现有有限元、边界元方法模拟高炉炉缸侵蚀状况需要对炉缸进行网格划分的前处理，于自由变动边界问题，对这类模型
计算十分复杂。应用基于适体坐标的有限差分方法模拟高炉炉缸侵蚀状况：过求解Ｐｓｏ微分方程建立适体坐标系，通ｏｓｎｉ将炉缸的不规则边界变换到规则的计算平面上，利用有限差分方法在计算平面上离散并数值求解热传导方程，给出高炉炉缸等温线的数值模拟。该方法计算简单，时间短，运行适合在线实时监测，邯钢７号高炉在线运行表明模型可以动态地跟踪炉缸侵蚀状况。
ＣｍｕｅｎｉｅｉｎＡｐｉｔｎ计算机工程与应用ｏｐｔＥｇｎｒｇａｄｐｌａｉｓｒｅｎｃｏ
应用有限差分法模拟高炉炉缸侵蚀
渐令张建松宋ｎｑｎ，ＩＬｉｇ，Ｊａｏｇ，ＹｕｕａＺＨＡ０ｉＭｎ
ｉｇｖｎｔｒｕｈｓｌｉｇｔｅｈａｏｄｃｉｎｅｕｔｎａｃｌｔｅｐａｅＴｅｍｏｅａｅｎｕｅ．ｌｓｕａｅａｎａｓｉｅｈｏｇｏｖｎｅｔｃｎｕｔｏｑａｉｓｉｃｌｕａｉｌｎ．ｈｄｌｓｂｅｓｄｉＮｏ７ｂａｔｍｃｔｈｏｎｖｈｎｆＨａｄｎＩｏｒｎ＆Ｓｅｌ．ｔｎａｌｃｅｅｏｉｎｓａｅｏｌｓｆｒａｅｈａｔｙａｉａｌ．ｔｅＣｏＬｄａｄｉｃｒ订ａｋｔｒｓｏｔｔｆａｔｕｎｃｅｒｈｄｎｍｃｌｔｈｂｙＫｅｒｓｂａｔｕｎｃ；ｅｒｈｅｏｉｎｂｕｄｒ・ｔｅｏｒｉａｅｆｉｉｅｅｃｔｏ；ｕｅｃｌｉｌｔｏｙｗｏｄ：ｌｓｒａｅｈａｔｒｓｏ；ｏｎａｙｆｔｄｃｏｄｎｔ；ｎｔｄｆｒｎｅｍｅｈｄｎｍｒａｍｕａｉｎｆｉｉｅｉｓ

高炉炉缸炉底侵蚀预测数值模拟

高炉炉缸炉底侵蚀预测数值模拟
赵波;马方清;李静;徐连营;胡义龙
【期刊名称】《辽宁科技大学学报》
【年(卷),期】2014(037)006
【摘要】基于3 200m3高炉炉缸炉底设计及生产过程中侵蚀的实际情况,利用ANSYS软件,从传热学的角度出发,建立了高炉炉缸炉底侵蚀二维物理模型,通过数值模拟的方法,研究该高炉从开炉初期、中期、中后期、后期高炉炉缸炉底温度场分布.模拟计算表明,1 150℃侵蚀线位于铁口下方区域和炉缸炉底交界处,但无明显“象脚状”侵蚀.对比高炉不同服役时期温度场和1 150℃侵蚀线分布,分析导致其变化的原因,同时对影响高炉炉缸内衬温度的若干因素进行探讨.
【总页数】5页(P577-581)
【作者】赵波;马方清;李静;徐连营;胡义龙
【作者单位】鞍钢集团工程技术有限公司,辽宁鞍山114000;辽宁科技大学材料与冶金学院,辽宁鞍山114051;辽宁科技大学材料与冶金学院,辽宁鞍山114051;辽宁科技大学材料与冶金学院,辽宁鞍山114051;辽宁科技大学材料与冶金学院,辽宁鞍山114051
【正文语种】中文
【中图分类】TF573.1
【相关文献】
1.宝钢三号高炉炉缸炉底侵蚀预测数值模拟 [J], 唐勇;苍大强;唐刚;郦希
2.高炉炉役后期炉缸炉底侵蚀分析及其应对 [J], 毕文涛
3.高炉妒缸炉底侵蚀预测数值模拟 [J], 但斌斌;杨莉;陈令坤
4.基于高炉冷却壁热流强度的炉缸炉底侵蚀研究 [J], 杜旭;黄亚明
5.安钢1#高炉炉缸炉底侵蚀监测系统的开发及应用 [J], 周旭朋; 梁庆峰; 谷莉; 赵磊
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采用数学模型计算高炉炉缸侵蚀状况

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。

-高炉炉缸侵蚀监测模型的研究

摘要一代高炉寿命的长短对高炉能否取得良好的经济技术指标具有重要意义。

高炉炉缸、炉底工作状态是高炉寿命长短的决定性因素。

所以，分析高炉炉缸、炉底的工作状态就成了炼铁研究者关注的重点问题。

本文首先简要阐述了目前我国高炉寿命的状况，介绍了炉缸炉底侵蚀产生的原因以及延长炉缸炉底寿命的方法。

结合国内外对高炉炉缸侵蚀监测方法的研究总结出高炉炉缸侵蚀监测技术的发展趋势。

其次结合高炉炉缸侵蚀机理提出了建立监测工作状态下炉缸炉底耐火材料残余厚度的数学模型的方法。

并构建了热电偶的位置布置与数学模型之间的关系。

课题以预埋在炉缸炉底中的热电偶反馈的温度为基础，运用数值传热学、有限元法和移动边界法建立了高炉炉缸炉底侵蚀监测模型。

该模型包括炉缸温度场计算、最优步长计算和炉缸形貌构造三个部分。

最后对此模型进行了可靠性分析，以一个侵蚀不均的高炉炉缸为原型，构造一个已侵蚀的高炉炉缸样本，将模型计算得到的残余厚度、残余样貌与原始侵蚀形貌对比，结果显示误差在可接受范围内，证明本模型可靠。

关键词：炉缸侵蚀；最优步长计算；监测模型；有限元法；误差分析AbstractThe campaingn life has great significance on achieving good economic and technical indicators of the blast furnace. The working condition in blast furnace hearth and bottom is the decisive factor of the blast furnace lifespan. Therefore, the ironmaking researchers focus on analyzing the working condition in blast furnace hearth, and bottom.First, this paper briefly expounded the current state of blast furnace lifespan in our country, the reason of hearth erosion and the method to extend the life in the blast furnace hearth and bottom. The article comes to the conclusion that the development trend of the blast furnace hearth erosion monitoring technology combining with the domestic and foreign studies of blast furnace hearth erosion monitoring method.Secondly, combining the blast furnace hearth erosion mechanism, mathematical model method that monitoring the residual thickness of refractory in hearth and bottom of the under working status was proposed. And build the relationship between the location of the thermocouple and the mathematical model. Based on the feedback temperature of the thermocouples which are embedded in the hearth, hearth and bottom erosion monitoring model is established according to numerical heat transfer, finite element method and moving boundary method. The model includes three parts followed by, the calculation of hearth temperature field, the optimal step length calculation and the constructing of hearth morphology.Finally, this paper analyzed the reliability of this model. An uneven eroded blast furnace hearth was chosen as the prototype, A sample of eroded blast furnace hearth was constructed. The residual thickness and residual appearance calculated by the model were compared with the those of original erosion morphology. The result shows that the error is acceptable, which approves that the model is reliable.Key words: Hearth erosion; optimal step calculation; monitoring model; finite element method; error analysis目录第一章绪论 (1)1.1课题背景 (1)1.2文献综述 (1)1.2.1国内外高炉炉缸炉底侵蚀监测的研究现状 (1)1.2.2 延长炉缸炉底寿命的几种途径 (3)1.3本文研究内容与意义 (5)1.3.1 研究意义 (5)1.3.2 研究内容 (5)第二章高炉炉缸侵蚀监测模型 (6)2.1高炉炉缸侵蚀监测模型的设计方法 (6)2.2 MATLAB的有限元应用 (7)2.2.1 运用有限元解决问题的步骤 (7)2.2.2线性三角形元 (8)2.3 高炉炉体结构 (10)2.3.1 假设条件 (10)2.3.2 炉缸炉底结构 (11)2.3.3 炉缸炉底的热电偶布置 (12)2.4计算条件 (13)2.5 炉缸温度场计算 (14)2.5.1 影响因子 (14)2.5.2 传热方程 (15)2.5.3 求解温度场 (16)2.6 最优步长计算 (17)2.7炉缸形貌构造 (19)2.8本章小结 (20)第三章高炉炉缸侵蚀监测模型的误差讨论 (21)3.1误差估计 (21)3.2误差分析 (26)3.2.1误差产生原因 (26)3.2.2误差分布不均原因 (26)3.3本章小结 (27)结论 (28)致谢 ................................................................................................... 错误！未定义书签。

210978905_高炉炉缸炉底侵蚀模型的应用

管理及其他M anagement and other 高炉炉缸炉底侵蚀模型的应用姚萍摘要：高炉寿命的长短主要决定于高炉炉缸、炉底。

如果炉缸、炉底严重侵蚀没有及时发现，容易导致烧穿等重大事故,针对新钢两座2500M3高炉炉缸、炉底侵蚀状况,通过利用热电偶及冷却设备数据监测炉缸炉底侵蚀监测模型，提供了高炉炉缸、炉底的侵蚀程度与注意事项。

本论文详细阐述了本技术的具体实施方案、思路及其功能的实现。

关键词：高炉；炉缸炉底；侵蚀模型；应用新钢两座2500M3高炉自2009年开炉投产以来，已安全运行约10年，目前处于炉役中后期。

由于高炉设计时，炉缸侧壁，尤其是象脚侵蚀区域热电偶预埋偏少，导致形成较大的监控盲区。

高炉炉缸第六层、第七层、第九层、第十一层、第十二层碳砖采用德国西格里碳砖。

炉底封板上下两层热电偶，炉底碳砖内预埋三层热电偶，炉缸环砌碳砖内预埋5层热电偶，热电偶分8个角度监测炉缸炉底耐材安全，合计安装106个热电偶监测点。

高炉安全运行至今超过10年，已进入高炉服役中后期，炉缸炉底耐材内预埋的热电偶数据完好率超过90%，炉缸炉底内耐材及热电偶保护完好,可以继续使用。

1 高炉目前炉缸、炉底侵蚀状况高炉炉缸炉底侧壁冷却采用密闭循环水方式，单块冷却壁水管采用四进四出方式，冷却水支管没有安装温度和流量监测点，不能测算单块冷却壁的热流强度数据。

两座高炉每层冷却壁分别有176根冷却水管，但炉缸、炉底1层～4层冷却壁只有8个水温差在线检测点，其余均靠人工手动检测，这种方法既不及时，又不连续，不容易看到规律和进行数据对比，且工人劳动强度高，误差大，无法真实反映热流强度变化，容易造成生产事故影响高炉寿命，且作业区煤气较大，存在较高的安全风险。

2500M3高炉铁口附近均有个别点的温度一直居高不下，受到现有检测手段的限制，无法得到及时监控和采取相应防范措施，不能满足高炉20年长寿目标的需要。

此外受限于现有单一的监测手段和缺乏对热电偶的数据进行实时的采集和存储，单纯的依靠现有条件无法建立起炉缸、炉底的侵蚀模型。

浅析4#高炉的炉缸侵蚀预测模型

法。
关键词：炉缸侵蚀温度场预测模型
ＡｎｌｓｓｏｒｃｓｉｏｌｏａｔＥｒｓｏｏａｙｉｆＦｏｅａｔｎｇＭｄｅｆＨｅｒｈｏｉｎｆＢＦ＃４
ＬｎｎＷａｇＪａｄｎｉｇＹｕｎｉｎｏｇ
３系统构成
炉底的侵蚀状况，直观地给出炉缸工作炉型。基于传热模型神经网络预测方法的步骤是：１（）
３１热电偶布置．
炉缸炉底侵蚀特征主要是通过布置在炉缸炉底耐材内的热电偶和相应的计算机程序来获得，因此热电偶的布置是否合理对于预测炉缸炉底的侵蚀状
（ｒｎｍａｉｇＰａｔＩｏ・ｋｎｌｎ）
ＡｂｔａｔＴｅｐｐｒｉｔｄｃｓｂｓｏｃｐｓａｄｍｅｈｄｆｆｒｃｓｉｇｍｏｅｆｈａｔｒｓｏｆＢ＃ｎｎｌｚｓｓｒｃ：ｈａｅｒｕｅａｉｃｎｅｔｎｔｏｓｏｅａｔｄｌｏｅｒｈｅｏｉｎｏＦ４ａｄａａｙｅｎｏｃｏｎ
坐标非稳态传热模型。
３３程序的实现．３３１温度场仿真软件．．（）１网格生成模块的实现网格生成模块是对整个模型自动的进行网格划分，其结果是返回每个节点的参数，提供给计算模块，为计算整个温度场做准备。其过程是这样的：首
维普资讯
２００７年第３期
南钢科技与管理
３７
浅析４高炉的炉缸侵蚀预测模型＃凌 Leabharlann 王建东（铁厂）炼

高炉炉缸炉底侵蚀预测数值模拟

÷ ；； ÷
：
关键词：炉缸炉底侵蚀模型；有限单元法；单元物性转换法；温度场；应力场
：
［ｂｔｃ】ｎｏｕｅｔｓｂｓｍｎｏｅｒｒｉｏｅｕｉＥａｄｔｏｍｎＡｓａｔｈｉｒｃｓｈｅｔｌｈｅｔｆｈａｈｅｓｎｍｄｌｓｇＦＭ，ｈｃｍｏｒｔｄｅａｉｔｏｏｎｎｅｉｈａｈｂｔｍｔｐｒｕｅｎｒｓａｕｔｎｓｔａｅｓｇＶ．ｅｏｗｒａｏｔｇｅａａｉｅｒｏｏｍｅａｒａｄｓｅｌｌｉｆｒｕｉＢｆａｄｐｉｎｗｗｙｔｔｔｔｅｔｔｓｃｃａｏｏｗｎＳｔｅｎａｈ ÷ ｅｃｌｈｓａｐｏｅｉａｓｒａｏｅｏｏｏ — ｎｐｏｃｓｅａｄｃｔａｕ一 ÷ ｅｙｉｌｒｒｅｔｎｏｔｎｍｔｄｏｅｓｎｌｅａｒｈｉｕｃｎｒｕｅｈｃｌｌｌｐｃｐｔｓｒｆｍｉｈｆｒｉｉｐａｓｅｅｃａ；ｔｎｔｎｐｏｅｈｃｃｌｉｃｒｙｈｏｗｅｃｎｓｕｔｔｅｒｏｏｍｅｔｒｉｍａｄｉｒｅａｕｔｎａｕ．ｅｆａａｉｌｅｈｈａｈｂｔｍｔｐｒｕｏｉｅｍｔｌａｏｃａＴＳｒｃｔｍａｅｔｔｅａｅ
第１期
２１０１年１月
文章编号：０１３９（０）ｌ０２ — ２１０ — ９７２１Ｏ一２３０１
机械设计与制造

基于大数据技术的炉缸侵蚀模型

基于大数据技术的炉缸侵蚀模型摘要：随着经济和科技水平的快速发展，高炉长寿，可以减少一代炉役内高炉停炉检修的次数，并延长一代炉役的时间，即能够节省停炉改造的投资成本，亦可以提高一代炉役期间单位炉容的出铁量，进而提高经济效益，因此，高炉长寿已是各钢铁企业的追求目标。

高炉的炉底炉缸区域，处于高炉的高热负荷区，热流强度及受铁水熔渣的冲击极大，该区域能否长寿，往往决定了高炉的长寿，因此，炉底炉缸区域的寿命，历来是炼铁从业者关注的重点。

本文重点就高炉炉底的结构型式、炉底炉缸冷却系统、耐材的材质选择和结构等方面，从设计角度探讨高炉炉底炉缸的长寿。

关键词：高炉；炉底炉缸；设计引言为提高冶金的经济效率，开展了延长冶金高炉炉缸使用寿命的方法研究。

通过明确冶金高炉炉缸整体结构，得出冶金高炉炉缸使用寿命的影响因素，并提出延长冶金高炉炉缸使用寿命的方法。

在炉身、炉腰、炉腹3个部位部设铜冷却壁，优化了冶金高炉炉缸结构，采用冶金高炉炉缸无间隙综合炉底结构，处理冷却设备产生漏水的情况，延长冶金高炉炉缸使用寿命。

1冶金高炉炉缸使用寿命影响因素影响冶金高炉炉缸使用寿命的因素主要包括：冷却设备漏水、冷却壁背部填料间隙、风口损坏以及锌在高炉内的循环富集。

因此，本文提出的延长冶金高炉炉缸使用寿命方法针对以上三点冶金高炉炉缸使用寿命影响主要因素进行设计。

2延长冶金高炉炉缸使用寿命的方法2.1炉底水冷管的布置型式目前，水冷炉底已取代风冷炉底，成为炉底冷却的主流设计型式，《高炉炼铁工艺设计规范》有关要求亦明确：“高炉炉底宜采用水冷”。

早期设计小炉容的高炉时，由于炉底炉缸的直径较小，炉底水冷管的数量也较少，因此普遍采用单根水管进出水的型式。

随着高炉炉容的扩大，炉底炉缸的直径也随之加大，炉底水冷管的数量也随之增加，如采用单根水管进出水，不但冷却水量加大，而且冷却水的水温差很小，冷却水得不到充分利用，因此，目前，对于大中型高炉，炉底冷却多采用两根或多根冷却水管串联的型式，以提高冷却水的使用效率，同时可以完全满足高炉炉底冷却的需要。

高炉耐材侵蚀简易计算

5.2 剩余厚度计算高炉炉底、炉缸安全与否就成为决定高炉寿命长短的最主要因素，其被侵蚀进度，残留剩余量是炼铁操作者非常关心的。

其实，对于微机模型显示机理，是传热导热定律的应用。

通过此检测方法的应用和9次大修炉缸侵蚀测量分析，总结出炉缸剩余厚度的简单计算，便于大量没有微机模型的高炉自己计算耐材侵蚀状况。

5.2.1计算原理谈到传热导热，就离不开热量传递的三种基本方式：导热、对流、热辐射。

高炉炉底、炉缸侧面的传热严格意义上讲，每一种都是存在。

为了便于计算，现在设定几个假设：一，炉缸内的热流传递，假定只有耐材导热一种形式存在，忽略炉皮热辐射带走的热量（若精确计算，根据温度也可以列入）；二，耐材所传导热量全部被冷却壁吸收；三，第一边界条件：设炉内耐材厚度S为无限单层平壁，假定平壁两侧表面分别维持均匀稳定的温度tw1,tw2.根据傅里叶定律，单位时间内通过给定截面所传递的热量，正比例于垂直于该方向上的温度变化率，而热量传递的方向与温度的升高的方向相反，即φ/λA-σt/σx,变化。

数学表达式则为φ=-λA σt/σx(负号表示热量传递方向与温度升高方向相反)。

如下图所示。

图1 通过平壁的导热其中φ---热流密度w/m2(单位时间内通过单位面积的热流量)σt/σx----物体温度沿x轴方向的变化率若物体温度分布满足：t=f(x,y,z)时，则三个方向上单位矢量与该方向上的热流密度分量乘积合成一个热流密度矢量写出的，其形式为q=-λgradt。

其中gradt---空间某点的温度梯度；q---为该点的热量密度矢量。

经过简化和汇总整理，则单位时间通过平壁传导的热量公式可以简化为：Q=λFΔT/S式中Q：热流量，Wλ：比例系数，称为导热系数或者热导率W/（m. ℃）F:面积，m2ΔT:温度差，℃S：厚度，m4.2.2 推导简单计算侵蚀公式有了上面的导热公式，就可以反推导侵蚀公式了，以冷却设备的面积为基础，根据传热公式Q=λFΔT/S推演出：S=λΔTF/Mδt A式中S：耐材侵蚀剩余长度，mλ：比例系数，耐材的导热系数或者热导率，W/（m, ℃）ΔT:耐材热端温度为T1，冷端温度为T2，则ΔT=T1-T2，F:冷却设备面积，m2M：单位时间通过冷却设备的冷却水量，m3/hA:水的比热容，J/(g. ℃)δt:冷却设备进出水的温差，℃根据以上公式，需要至少6种参数。

炉缸侵蚀模型调研报告

炉缸侵蚀模型调研报告炉缸侵蚀模型调研报告一、引言炉缸侵蚀是指高温炉缸内壁被金属熔体侵蚀而发生较大程度的损坏，严重影响了工业生产的安全性和可靠性。

为了减少炉缸侵蚀的风险，很多学者和研究人员开展了相关研究，并提出了多种模型用于预测和分析炉缸侵蚀的发生和发展过程。

本报告通过调研和总结的方式，对炉缸侵蚀模型进行分析和评价。

二、模型分类和基本原理根据炉缸侵蚀的发生机制和过程，炉缸侵蚀模型可以分为物理模型和数学模型两类。

1. 物理模型物理模型主要基于实验和观测结果，通过对炉缸内壁材料的侵蚀机理和规律进行研究，来预测和评估炉缸侵蚀的发生和发展。

物理模型的主要优点是直观且易于理解，但受实验条件和材料性质等因素的制约，其预测结果的精确性可能有限。

2. 数学模型数学模型主要基于物理学和化学原理，通过建立数学方程或模型来描述炉缸侵蚀的过程和特性。

数学模型的主要优点是具有较高的预测精度和广泛的适应性，但需要考虑多个参数和变量，模型的建立和求解较为复杂。

三、常见的炉缸侵蚀模型及评价1. 基于质量平衡的模型基于质量平衡的炉缸侵蚀模型通常通过考虑金属熔体在炉缸内壁的质量传递来描述侵蚀过程。

该模型通常采用质量传递方程和材料的侵蚀速率等参数来计算炉缸侵蚀的程度。

该模型简单直观，但对于炉缸内壁的细节结构和侵蚀机理等因素的考虑不足。

2. 基于热力学的模型基于热力学的炉缸侵蚀模型主要考虑炉缸内壁材料和金属熔体之间的化学反应和平衡，通过建立热力学方程和考虑炉缸内壁温度分布等因素来预测炉缸侵蚀的发生和发展。

该模型对于化学反应和热力学平衡的考虑较为充分，但尚未考虑到金属熔体流动和对炉缸内壁的物理冲击等因素。

3. 基于流体力学的模型基于流体力学的炉缸侵蚀模型主要考虑金属熔体在炉缸内壁上的冲击和磨损作用，通过建立流体力学方程和考虑金属熔体的流动速度和压力分布等因素来预测炉缸侵蚀的过程和特性。

该模型对于流体力学效应的考虑较为准确，但对于化学反应和热力学平衡等因素的考虑不足。

高炉炉缸侵蚀状态监控关键技术

高炉炉缸侵蚀状态监控关键技术车玉满;郭天永;孙鹏;姚硕;姜喆【摘要】Keeping blast furnace hearth and blast furnace bottom safe operation is the restrictive part of blast furnace operations with high efficiency and long campaign life. Firstly the mathematical expression between the thermal conductivity coefficient and temperature should be established by mathematical method in monitoring the eroded state of hearth by using the mathematical model. Then the defect data should be processed by the data pre-processing method. When the characteristics of the abnormal phenomenon occurred at hearth were discriminated availably, the correct boundary conditions can be proposed so that the accuracy of pre-judgement for the blast furnace can be improved.%高炉炉缸炉底安全是高炉高效、长寿的限制性环节。

在应用数学模型监控炉缸侵蚀状态时，前提需要采用数学方法建立导热系数与温度之间的数学表达式，采用数据预处理方法处理有缺陷数据，在有效识别炉缸异常现象特征后，提出正确边界条件，才能提高预判准确度。

高炉炉缸的瞬态侵蚀过程的数学模型

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。

高炉炉缸炉底内衬侵蚀形貌的计算和应用

题。应用实例表明所提出和研究的内衬侵蚀计算方法具有可靠性，能为高炉炉缸安全生产提供技术依据。
关键词：高炉炉缸炉底；内衬侵蚀；三维／二维解；应用实例
中图分类号：Ｔ６Ｆ０文献标识码：Ａ文章编号：１７ —７８（０９０～０１ —５６３１０２０）８６６
ＣａｃａｉｎａｐｌｃｔｏｆｅｏｉｎｐｏｌｆｌｕｌｔｏｎｄａｐｉａｉｎｏｒｓｏｒｆｅｏｈａｔｉｉｓｉＢＦｅｒｈｌｎｇｎ
ＣｈｎＬｉｎｙｅａｇｕ，ＬｉＹｕ
（ｃｏｌｆｃａｉｌｎｉｅｉｎＡｔｍｔｎＮｒｅｓｒｎｖｒｉ，ｈｎａｇ１００，ｈｎ）ＳｈｏＭｅｈｎｃｇｎｒｇａｄｕｏａｉ，ｏｔａｔｎＵｉｓｙＳｅｙｎ１０４ＣｉｏａＥｅｎｏｈｅｅｔａ
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高炉炉缸内衬侵蚀分析技术--原理与工程应用2

4炉缸内衬侵蚀二维逆解法炉缸炉底内衬的设计内型近似为绕高炉纵轴线的旋转曲面，服役高炉的内衬被逐步侵蚀形成后变成不规则的曲面，严格地其传热为三维空间形态。

在某个轴截面上其内衬侵蚀边界为自炉缸上部、炉角到炉底中心的一条平面曲线；在炉缸的水平横截面上是一条封闭的平面曲线。

在轴截面内，若不考虑环向传热用轴对称二维传热方程来描述其传热，在炉缸横截面内若不考虑纵向（轴向）传热用平面二维传热方程来描述其传热，这便是两个可用来作侵蚀计算的二维传热模型。

利用第2章所述的炉缸炉底热工测量条件来确定轴、横截面内的侵蚀边界即为内衬侵蚀二维逆解法。

4.1二维逆解的基本原理二维侵蚀计算模型使用二维传热方程。

在柱坐标系O rz -中轴截面二维传热方程为式(2-3)，即1()()0r y T T k T r k T r r r z z ∂∂∂∂⎛⎫⎛⎫+= ⎪ ⎪∂∂∂∂⎝⎭⎝⎭(2-3) 式中，r 为半径坐标，z 为纵向坐标。

在极坐标系O r θ-和平面直角坐标系O xy -横截面二维传热方程为式(2-4)，即0)(1)(=⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂∂∂+⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂∂∂θθθT T k r r T r T k r r (2-4.1)0)()(=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂∂∂+⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂∂∂y T T k y x T T k x y x (2-4.2) 式中，r 为半径坐标，θ为环向坐标；x 、y 分别为平面直角坐标。

二维侵蚀计算原理如图4-1所示。

对某一时刻的炉缸炉底内衬结构，存在一个对应的实际的物理温度场T Ω。

对于具有第1类、第2类热工测量条件的炉缸，这个实际的温度场由设置在内衬中的热电偶温度反映，也可以说，测温点温度能描述这个物理温度场，其描述的精度或准确性与热电偶的数目、分布有关。

假定1150℃等温线位于内衬中，计算中先假定1150℃等温线位置，计算得到一个模型温度场C Ω。

若T Ω和C Ω两者相同，设定的1150℃等温线S C1150就是实际的1150℃等温线S T1150。

高炉三维炉缸炉底侵蚀模型在线监测

高炉三维炉缸炉底侵蚀模型在线监测李洋龙１程树森１赵宏博１张连航２王盟２范维鹏２１．北京科技大学高效钢铁冶金国家重点实验室，北京１０００８３２．山东石横特钢炼铁厂，山东２７１６１２摘要针对高炉炉缸炉底难于监测的现状，为了安全生产，成功开发了高炉三维炉缸炉底侵蚀模型在线监测系统，利用该系统实时计算炉缸炉底残衬厚度，分析侵蚀形貌，并成功应用在某厂１０８０ｍ３高炉，运行结果良好，为该厂１０８０ｍ３高炉炉缸炉底的侵蚀状况提供了判断依据。

关键词高炉；炉缸炉底；侵蚀；在线监测Ｏｎｌｉｎｅ　Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　Ｓｙｓｔｅｍ　ｏｆ　Ｔｈｒｅｅ　Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ　Ｅｒｏｓｉｏｎ　Ｍｏｄｅｌ　ａｔ　Ｈｅａｒｔｈ　ａｎｄ　Ｂｏｔｔｏｍ　ｏｆ　ＢＦＬＩ　Ｙａｎｇ－ｌｏｎｇＣＨＥＮＧ　Ｓｈｕ　－　ｓｅｎＺＨＡＯ　Ｈｏｎｇ　－　ｂｏ１．　Ｓｔａｔｅ　Ｋｅｙ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　ｏｆ　Ａｄｖａｎｃｅｄ　Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ，　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｂｅｉｊｉｎｇ，　Ｂｅｉｊｉｎｇ　１０００８３，Ｃｈｉｎａ；　２．　Ｉｒｏｎｍａｋｉｎｇ　Ｐｌａｎｔ．　，Ｓｈｉｈｅｎｇ　Ｓｐｅｃｉａｌ　Ｓｔｅｅｌ，Ｓｈａｎｄｏｎｇ　２７１６１２，ＣｈｉｎａＡｂｓｔｒａｃｔＦａｃｅｄ　ｔｈｅ　ｆａｃｔ　ｏｆ　ｈｉｇｈ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ａｔ　ｈｅａｒｔｈ　ａｎｄ　ｂｏｔｔｏｍ　ｏｆ　ＢＦ，　ｉｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔｏ　ｅｎｓｕｒｅ　ｔｈｅ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｓａｆｅｔｙ，　Ｔｈｅ　ｏｎｌｉｎｅ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ　ｏｆ　ｔｈｒｅｅ　ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ　ｅｒｏｓｉｏｎ　ｍｏｄｅｌ　ａｔ　ｈｅａｒｔｈ　ａｎｄ　ｂｏｔｔｏｍ　ｉｓ　ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ　ｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｌｙ．　Ｗｉｔｈ　ｔｈｉｓ　ｓｙｓｔｅｍ，　ｔｈｅ　ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ　ｏｆ　ｂｒｉｃｋ　ｉｓ　ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｐｒｏｆｉｌｅ　ｏｆ　ｅｒｏｓｉｏｎ　ｉｓ　ａｎａｌｙｓｅｄ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｈｅａｒｔｈ　ａｎｄ　ｂｏｔｔｏｍ．　Ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｉｓ　ａｐｐｌｉｅｄ　ｉｎ　ｔｈｅ　１０８０ｍ３　ＢＦ　ｏｆ　ａ　ｃｅｒｔａｉｎ　ｐｌａｎｔ　ａｎｄ　ｉｔ　ｗｏｒｋｓ　ｗｅｌｌ　ｔｈａｔ　ｉｔ　ｐｒｏｖｉｄｅｓ　ｔｈｅ　ｂａｓｉｓ　ｏｆ　ｅｒｏｓｉｏｎ　ｓｔａｔｅ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　１０８０ｍ３　ＢＦ．Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓＢＦ；ｈｅａｒｔｈ；ｂｏｔｔｏｍ；ｅｒｏｓｉｏｎ；ｏｎｌｉｎｅ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ『采集数据、计算ｆ能，图１所示为：图，阴影部分表圈—■测系统，通过：口处的刚玉ｊ３ｒａｍ左右，位：用。

基于轮廓向量集和遗传算法的高炉炉缸内衬侵蚀预测模型

基于轮廓向量集和遗传算法的高炉炉缸内衬侵蚀预测模型邵磊;余珊;王楠;邹宗树【期刊名称】《东北大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2016(037)006【摘要】针对高炉炉缸连续式生产、工况恶劣以及耐火材料内衬实际形貌在生产过程中不断变化的特点，提出了一种利用轮廓向量集表征炉缸内衬热面形状的简易方法，从而将求解未知定温边界几何形状的复杂反问题归结为搜索最佳轮廓向量集合的最优化数学问题。

结合数值传热学、有限元法以及遗传算法，建立了能够准确预测高炉炉缸内衬轮廓的传热“反问题”数学模型。

在陶瓷杯复合炉缸的基础上，制备典型的非均匀“象脚状”异常侵蚀数值样本，对模型的有效性、稳定性以及计算结果的精确度进行了校验。

结果表明，上述模型具有广阔的实际应用前景。

%With respect to consecutive drainage,aggressive internal conditions and varying lining profile during production process in blast furnace hearth, a simple method is proposed for representing the lining profile by a set of lining profile vectors. It can convert the solving of a complicated inverse heat transfer problem with unknown geometries at a specified-temperature boundary into searching the optimal set of profile vectors in an optimization problem. Integrating numerical heat transfer theory and finite element method with genetic algorithm, an inverse problem oriented mathematical model has been developed,which can predict the lining profile of blast furnace hearth accurately. A testing example of elephant-foot erosion pattern on the basis of an intact ceramic cup synthetichearth,is employed to examine the effectiveness,stability and accuracy of the model. The results indicate that the model would have a broad prospect of practical applications.【总页数】5页(P790-794)【作者】邵磊;余珊;王楠;邹宗树【作者单位】东北大学冶金学院，辽宁沈阳 110819;东北大学冶金学院，辽宁沈阳 110819;东北大学冶金学院，辽宁沈阳 110819;东北大学冶金学院，辽宁沈阳110819【正文语种】中文【中图分类】TF572【相关文献】1.炉缸内衬侵蚀诊断技术在高炉的研究与应甩 [J], 任燕霞;李京业;包卫华;王金刚;杨培文2.高炉炉缸内衬侵蚀状态分析定制系统在高炉中的应用 [J], 孔祥珍;刘同飞3.高炉炉缸内衬侵蚀状态分析定制系统在高炉中的应用 [J], 孔祥珍;刘同飞4.用于高炉炉缸内衬侵蚀预测的二步算法及其应用 [J], 张京;邵磊;邹宗树;5.用于高炉炉缸内衬侵蚀预测的二步算法及其应用 [J], 张京;邵磊;邹宗树因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。