佳文赏读 || 冶炼钒钛矿高炉操作炉型计算模拟研究
简介: 🚀 在现代钢铁冶金领域，高炉操作炉型的设计与优化是提高生产效率、降低能耗和延长高炉寿命的关键环节。 选文介绍了一项关于冶炼钒钛磁铁矿高炉操作炉型的计算模拟研究，通过 MATLAB 软件建立传热模型，深入分析了高炉运行中高温区域炉墙挂渣情况。研究结果不仅揭示了钒钛高炉的独特运行特性，还为实际生产中的炉型优化提供了重要的理论支持。
论文题目：冶炼钒钛矿高炉操作炉型计算模拟研究 (英文题目：Simulation of operation inner profile of blast furnace with smelting vanadium-titanium magnetite)
来源期刊: 钢铁钒钛(北大核心)
第一作者：董晓森
通讯单位：钒钛资源综合利用国家重点实验室,攀钢集团研究院有限公司
发表时间：2024年6月
引用参考：董晓森, 饶家庭, 郑魁. 冶炼钒钛矿高炉操作炉型计算模拟研究[J]. 钢铁钒钛, 2024, 45(03):121. (来源：中国知网)
目录：
一、研究背景与意义
1.1 高炉操作炉型的重要性
1.2 研究现状与挑战
二、几何模型与传热模型建立
2.1 几何模型建立
2.2 传热模型建立
三、结果分析与讨论
3.1 模型可靠性验证
3.2 高炉挂渣分析
3.3 渣皮厚度影响因素研究
四、结束语
🚀 读完本文，你将获得以下超实用技能和知识储备：
- 理解高炉操作炉型的重要性：掌握高炉操作炉型在钢铁冶金中的关键作用。
- 掌握传热模型的建立方法：学会如何使用 MATLAB 软件建立高炉传热模型。
- 分析炉墙挂渣情况：了解如何通过传热模型计算炉墙挂渣厚度，并分析其分布规律。
- 优化高炉操作炉型：根据研究结果，提出优化高炉操作炉型的建议和方法。
一、研究背景与意义
1.1 高炉操作炉型的重要性
🔥 高炉操作炉型是指高炉在实际运行过程中，由于炉衬的磨损、侵蚀及渣皮的形成，逐渐从设计炉型向实际操作炉型演变。这一演变过程对高炉的稳定运行、能耗控制和寿命延长具有重要影响。特别是在炉腹、炉腰、炉身下部等关键区域，炉墙的挂渣情况直接关系到高炉的热效率和操作稳定性。
1.2 研究现状与挑战
🔍 当前，高炉操作炉型的研究已经取得了显著进展，但大多数研究集中在普通高炉上，对于冶炼钒钛磁铁矿的高炉（简称钒钛高炉）的研究相对较少。钒钛高炉由于其特殊的冶炼工艺和材料特性，其操作炉型具有独特的运行特性和挑战。例如，钒钛高炉的渣皮厚度普遍高于普通高炉，且分布不均匀，这可能导致煤气流分布失常，甚至烧毁冷却壁水管。因此，深入研究钒钛高炉的操作炉型，对于提高其生产效率和稳定性具有重要意义。
二、几何模型与传热模型建立
2.1 几何模型建立
📝 为了便于研究，选文以某公司炼铁厂一座1750立方米的钒钛高炉为研究对象，建立了炉腹、炉腰、炉身下部区域的基本几何结构模型。该模型包括炉壳、填料层、冷却壁、镶砖、高铝砖及喷涂料等部分，其中冷却壁材质为满镶砖球墨铸铁,具体参数如下:
2.2 传热模型建立
📊 传热模型的建立是选文的核心内容之一。根据高炉炉墙的传热特点，本文提出了一个一维稳态传热模型，假设炉墙传热为稳态过程，忽略接触热阻，仅考虑内部径向传热。模型的主要计算公式如下：
-
单层冷却水带走的热量：
-
总热流强度：
-
渣皮厚度计算：
除了上述理论传热模型的相关计算原理与参数外,文章还给出了传热模型数值计算中的部分参数,全部参数见原文中的参考文献.
三、结果分析与讨论
3.1 模型可靠性验证
🔍 为了验证模型的准确性，选文对比了钒钛高炉与普通高炉的渣皮厚度与热流强度关系。结果表明，钒钛高炉在同等热负荷下，高温区域的挂渣能力更强，渣皮厚度普遍高于100mm，个别方向甚至达到200mm以上。这与普通高炉的炉墙状况显著不同，进一步验证了模型的准确性和可靠性。
3.2 高炉挂渣分析
🔍 通过对高炉近期在线监控数据的分析，选文详细研究了高炉操作炉型在圆周方向和高度方向上的渣皮厚度分布情况。结果表明，渣皮厚度分布不均匀，存在明显的“突刺”现象，最大厚度超过192mm，最小厚度仅为8mm。这种不均匀性严重影响了炉内煤气流的均匀分布，进而影响高炉的运行稳定性。
3.3 渣皮厚度影响因素研究
🔍 选文进一步分析了不同因素对渣皮厚度的影响，包括冷却壁热负荷、水温差和冷却系统流量等。结果表明，渣皮厚度主要取决于冷却壁热负荷，且在水流量确定的条件下，渣皮厚度随水温差增加而减小。此外，冷却系统流量越高，炉墙表面挂渣厚度相对越薄。这些发现为优化高炉冷却制度提供了重要的理论依据。
四、结束语
🎉 本文通过建立传热模型，深入分析了冶炼钒钛磁铁矿高炉的操作炉型。研究结果表明，钒钛高炉在高温区域具有更强的挂渣能力，但渣皮厚度分布不均匀，这对其运行稳定性提出了挑战。通过优化冷却制度，可以有效控制渣皮厚度，提高高炉的运行效率和稳定性。
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