高炉炉衬破损调查与炉体状态模型的建立

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1、高炉炉衬破损调查与炉体状态模型的建立摘　要　通过对高炉炉衬破损的实际调查，结合高炉操作和检测条件建立了炉体状态模型。该模型可在线监测和判断高炉炉衬的破损状况，并根据判断结果调用知识库中的操作知识对高炉操作进行指导，以及时调整操作，维护合理的操作炉型。关键词　高炉　炉衬破损　调查　人工智能　模型高炉长寿不仅可以节约大量的维修费用、改善冶炼指标、增加生铁产量，还可以充分发挥高炉前后工序的设备能力，提高整个企业的经济效益。因此，高炉长寿问题已越来越引起国内外钢铁界的重视。高炉长寿是一项综合性技术，从设计

2、、选材、施工到高炉的操作、检测和维护无一不对高炉的寿命产生重要的影响。生产中要保持良好的高炉炉形，达到高炉长寿的目的，必须随时了解和控制高炉炉衬的侵蚀情况，尤其在强化冶炼的情况下更是如此。　　本研究在安钢2号高炉炉衬破损实际调查的基础上，针对该高炉的特点，建立了炉体状态模型，以指导操作、维护合理的操作炉型。1　炉衬破损调查1.1　破损调查　　安钢2号高炉(300m3)为达到强化冶炼的目的，除加强高炉操作管理外，还采用：①小高压操作；②高风温和富氧加湿综合鼓风；③加强高炉上中下部调剂。2号高炉生产4

3、年后，采用打水降焦法停炉中修，期间笔者实地调查了该高炉的破损情况，发现在炉身中下部和炉缸炉底两个部位炉衬砖侵蚀较严重，见表1。　　由表1可见，要提高炉衬质量，维护良好的炉体状况，必须做好以下几个方面的工作：①合理稳定的操作；②改善冷却制度；③改进冷却器的结构；④寻求新的耐火材质；⑤加强炉体监测，及时维护炉衬。表1　安钢2号(300m3)高炉炉体破损调查情况［1］Table1　Investigationofdamagedstateoffurnacelining序号破损现象原因分析对策1炉身砖衬全部脱

4、落或磨损，起砖衬保护作用的是支梁式水箱和镶砖冷却壁支梁式水箱对炉身部的砖衬支撑不牢；炉内机械磨损较大，还存在高温熔蚀改进冷却器的结构和形式，改善操作2稳定操作支梁式水箱与镶砖冷却壁交界处形成一个环形大炉瘤操作不稳、波动大，造成软融带位置上下移动，因凉热交替而形成炉瘤。从炉瘤显微结构(反光下放大100倍)可见，该炉瘤为初渣与金属铁的混合物3镶砖冷却壁比其所镶的砖侵蚀更严重，说明炉身中下部存在高温熔蚀现象炉身部温度偏高，冷却强度不够调整冷却制度4炉身中下部在圆周方向上侵蚀明显不均衡。炉子轴线发生偏移煤

5、气流分布不均匀，风口直径和长度变化过于频繁稳定操作，维持合理煤气流分布；不轻易改变风口大小5炉底存有大量石墨化沉积碳，沉积碳下是渣皮，再下是炉底衬砖强化冶炼，提高热风压力，有利于析出石墨碳，形成渣皮保护层合理强化，综合考虑强化、顺行和长寿的关系6炉底砖缝过大，有的甚至达到80mm宽，从而造成铁水深渗，石墨化严重，极大影响了炉底寿命炉底砌筑质量不好加强砌炉检查，提高砌炉质量7炉缸炉底处存在“异常侵蚀”，沿圆周方向，炉底侵蚀不均匀，个别处已侵蚀到光面冷却壁，炉子仅以石墨碳维持工作出铁环流的冲刷和碱金属

6、的脆化作用改变材质，提高抗冲刷能力；设法使炉缸炉底的碳砖避开800～900℃的温度区域，可采用陶瓷杯8镶砖冷却壁和光面冷却壁断裂现象严重冷却水在冷却壁中结垢，最后被堵死，造成冷却壁冷却不均，产生应力而断裂改善水质，最好采用软水(费用较高)1.2　改善措施　　根据以上分析，为改善高炉衬砖的工作状况，使该300m3高炉通过中修达到内衬更能适应高炉强化冶炼条件下长寿的要求，在炉型及炉体结构不变的前提下，①炉底、炉缸采用“低气孔率自焙碳砖复合棕刚玉陶瓷砌体”复合炉衬，并加强砌炉质量的监督检查工作；②在炉身

7、部位改用能较好支撑衬砖的扁水箱取代支梁式水箱，以加强对炉身部位砖衬的保护；③增设温度检测元件，开发、应用炉体状态模型。中修时，对该高炉的检测元件做了必要的增设，其中用于检测炉衬状态的测温元件为配合炉体状态模型的建立，相对增设较多。在整个高炉的衬砖部埋设了52点热电偶：炉身2×4点、炉腰2×2×4点、炉缸2×2×4点、炉底2×5点、炉底底层1点、炉基1点。2　炉体状态模型的建立2.1　模型结构　　基于以上对高炉砖衬破损状况的调查分析，炉衬破损较严重的部位主要是炉身中下部和炉缸炉底。为此，本炉体状态模

8、型设有两个判断子模型，分别用于炉墙结厚与侵蚀的判断以及炉底侵蚀曲线的推定，其中炉墙状态采用神经网络的方法进行推断，炉底状态采用有限元法进行计算推理。本模型还设有标准化操作知识库以用于对高炉操作进行指导。模型结构如图1所示。图1　炉体状态模型的结构Fig.1　Structureoffurnaceliningconditionmodel2.2　侵蚀判断　　(1)炉墙结厚与侵蚀的判断　　高炉过程控制模型，无论是数学模型还是知识模型，其运行的前提是必须有可供处理的信息(数据)，而这些信息多