阅读说明：本技术 导热型长寿高炉炉缸系统及其控制方法 (Heat-conducting long-life blast furnace hearth system and control method thereof ) 是由 王得刚 索延帅 段国建 全强 祁四清 陈秀娟 于 2019-11-07 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种导热型长寿高炉炉缸系统及其控制方法,该导热型长寿高炉炉缸系统包括：炉壳和导热型炉缸耐材,导热型炉缸耐材包括：由内到外设置的第一炉缸耐材和第二炉缸耐材,第一炉缸耐材表面设置为凹凸结构。本发明有利于高炉的长寿。(The invention discloses a heat-conducting long-life blast furnace hearth system and a control method thereof, wherein the heat-conducting long-life blast furnace hearth system comprises: the resistant material of stove outer covering and heat conduction type furnace hearth, the resistant material of heat conduction type furnace hearth includes: the refractory material comprises a first hearth refractory material and a second hearth refractory material which are arranged from inside to outside, wherein the surface of the first hearth refractory material is of a concave-convex structure. The invention is beneficial to the long service life of the blast furnace.)

导热型长寿高炉炉缸系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及冶金行业炼铁领域，具体涉及一种导热型长寿高炉炉缸系统及其控制方法。

背景技术

高炉寿命的薄弱环节是炉底、炉缸、炉腹、炉腰和炉身下部。炉缸内盛装铁水和熔渣的温度一般为1450-1500℃，特别是风口区燃烧焦炭产生大量煤气，是高炉内温度最高的区域，其温度在2000-2300℃。作为炉底、炉缸内衬的耐材，除受高温作用外，还受到渣铁的化学侵蚀与铁水冲刷。高炉的炉底和炉缸是高炉负荷最重的区域，它们的寿命决定了高炉炉役期的长短。

国内外高炉的炉缸系统可以归纳为两种：隔热型复合结构、导热型全炭砖结构。

隔热型复合结构主要是炭砖加陶瓷杯结构，其主要缺陷包括：陶瓷杯不可逆转的消耗保护，陶瓷杯与炭砖的热膨胀存在很大差异，这导致了内部应力集中，易造成风口上翘、炉壳开裂等现象。陶瓷杯与炭砖间膨胀缝易富集碱金属，为锌蒸汽、铁水、煤气提供了通道；并且，与炉缸传热体系相矛盾，炉缸冷却水无用损耗较大；陶瓷杯在侵蚀殆尽时，可能在局部突然坍塌又不能快速形成保护层而使炭砖失去保护直接暴露在铁水中，加速炭砖的溶蚀。

导热型全炭砖结构的缺陷主要在于：炭砖抗铁水溶蚀、抗氧化、抗冲刷性能较差；因铁水环流、凝固潜热的存在，形成的渣铁保护层不够稳定；另外，炭砖温度高、易侵蚀和易脆化，炉缸热量损失较大。

随着近些年耐材技术的进步，高性能的新型耐火材料不断出现，耐材对高炉炉底的保护得到大幅提升，但是出铁时炉缸内铁水的环流仍会加剧炉缸耐材的侵蚀，这严重影响了高炉的使用寿命。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种导热型长寿高炉炉缸系统及其控制方法，以解决上述提及的由于出铁时炉缸内铁水的环流加剧了对炉缸耐材的侵蚀从而严重影响高炉使用寿命的问题。

根据本发明的第一方面，提供一种导热型长寿高炉炉缸系统，所述导热型长寿高炉炉缸系统包括：炉壳和导热型炉缸耐材，所述导热型炉缸耐材包括：由内到外设置的第一炉缸耐材和第二炉缸耐材，所述第一炉缸耐材表面设置为凹凸结构，以便于炉缸耐材表面渣铁保护层的稳定。

其中，上述炉壳为外径由下而上逐渐变小的圆锥形炉壳。

上述导热型炉缸耐材的导热系数从冷面到热面呈降低趋势。

优选地，所述第一炉缸耐材为陶瓷复合砖结构，所述第二炉缸耐材为炭砖结构，其中，所述陶瓷复合砖呈凹凸结构布置。

进一步地，所述系统还包括：设置在所述炉缸耐材不同位置的多个测温元件。

进一步地，所述导热型长寿高炉炉缸系统还包括：炉缸冷却系统，与所述导热型炉缸耐材连接，用于为所述炉缸耐材提供冷却水。

进一步地，所述导热型长寿高炉炉缸系统还包括：炉缸耐材监测系统，用于通过监测所述测温元件以获知所述炉缸耐材的温度、以及监测所述炉缸冷却系统的冷却水量及冷却水温度。

进一步地，所述导热型长寿高炉炉缸系统还包括：控制系统，用于根据所述炉缸耐材监测系统监测到的炉缸耐材的温度控制所述炉缸冷却系统中的冷却水量及冷却水温度以实现对所述炉缸耐材的温度控制。

根据本发明的第二方面，提供一种高炉炉缸系统的控制方法，所述方法包括：监控炉缸耐材的温度数据，所述炉缸耐材包括：由内到外设置的第一炉缸耐材和第二炉缸耐材，所述第一炉缸耐材表面设置为凹凸结构；根据所述温度数据分别调节炉缸冷却系统中的冷却水量和冷却水温度，以保证所述高炉炉缸系统的长寿。

优选地，上述方法还包括：预先在所述炉缸耐材的不同位置设置多个测温元件。

具体地，监控炉缸耐材的温度数据包括：分别监控所述多个测温元件的温度数据；根据所述多个测温元件的温度数据确定所述炉缸耐材的温度数据。

根据本发明的第三方面，提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述高炉炉底炉缸的控制方法的步骤。

根据本发明的第四方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述高炉炉底炉缸的控制方法的步骤。

由上述技术方案可知，凹凸结构的炉缸耐材内表面在与熔渣和铁水接触的过程中，有利于在表面形成渣铁保护层，与现有的光滑炉缸耐材表面相比，凹凸结构表面更加有利于渣铁保护层的稳定，对炉缸耐材形成更加有效的保护，可以解决现有技术中的由于出铁时炉缸内铁水的环流加剧炉缸耐材的侵蚀从而严重影响高炉使用寿命的问题，本发明实施例中的凹凸结构的炉缸耐材内表面有利于高炉的长寿。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本发明实施例的导热型长寿高炉炉缸系统的结构示意图；

图2是根据本发明实施例的炉缸耐材凹凸结构的示意图；

图3和图4是现有的光滑炉缸耐材表面示意图；

图5和图6根据本发明实施例的炉缸耐材凹凸结构的示意图；

图7是根据本发明实施例的导热型长寿高炉炉缸系统的详细结构示意图；

图8是根据本发明实施例的高炉炉缸系统的控制方法的流程图；

图9是根据本发明实施例的电子设备的示意图。

附图标号：

1：炉壳；

2：炉缸冷却系统；

3：测温元件；

4：第二炉缸耐材(大块炭砖)；

5：第一炉缸耐材(小块陶瓷复合砖)；

51：小块凹陷陶瓷复合砖；

52：小块凸起陶瓷复合砖；

6：炉缸耐材监测系统；

7：控制系统；

901：处理器；

902：存储器；

903：总线；

904：显示控制器；

905：输入/输出装置；

906：输入/输出控制器。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

对于目前的高炉炉缸系统，在常规设计中，炉缸靠近铁水的耐材表面一般为光滑表面，这样不利于耐材表面渣铁保护层的稳定性，不利于炉缸的长期稳定运行。并且，炉缸对应的炉壳是自下而上直径相同的圆柱形，当炉缸耐材受到铁水的浮力而具有上浮趋势时，只能靠炉壳和炉缸耐材之间的摩擦力阻止炉缸耐材上浮，炉壳对炉缸耐材没有额外的束缚，炉缸耐材容易被破坏。

随着近些年耐材技术的进步，高性能的新型耐火材料不断出现，耐材对高炉炉底的保护得到大幅提升，但是出铁时炉缸内铁水的环流仍会加剧炉缸耐材的侵蚀，这严重影响了高炉的使用寿命。

因此，充分利用新型耐火材料，研究长寿型炉缸系统，对于延长高炉寿命、保证高炉的长期稳定运行具有重大意义。

基于此，本发明实施例提供了一种导热型长寿高炉炉缸系统，以解决上述由于出铁时炉缸内铁水的环流加剧了对炉缸耐材的侵蚀从而严重影响高炉使用寿命的问题。

在本发明实施例中，导热型长寿高炉炉缸系统包括：炉壳和炉缸耐材，其中，炉缸耐材具体包括：由内到外设置的第一炉缸耐材和第二炉缸耐材，所述第一炉缸耐材表面设置为凹凸结构，该凹凸结构的炉缸耐材内表面在与熔渣和铁水接触的过程中，有利于在表面形成渣铁保护层，与现有的光滑炉缸耐材表面相比，本发明实施例的凹凸结构表面更加有利于渣铁保护层的稳定，对炉缸耐材形成更加有效的保护，可以解决现有技术中的由于出铁时炉缸内铁水的环流加剧炉缸耐材的侵蚀从而严重影响高炉使用寿命的问题，本发明实施例中的凹凸结构的炉缸耐材内表面有利于高炉的长寿。

图1是导热型长寿高炉炉缸系统的结构示意图，如图1所示，该系统包括：炉壳1、炉缸冷却系统2、测温元件3、导热性炉缸耐材的第二炉缸耐材4以及第一炉缸耐材(包括：51和52)。以下结合图1来详细描述本发明实施例。

如图1所示，整个炉缸系统采用斜炉缸结构，炉缸的炉壳1外径自下而上逐渐变小，炉壳呈圆锥形，炉壳与水平面夹角为83度左右。炉缸耐材在炉壳内部紧贴炉壳，当炉缸耐材受到铁水的浮力而具有上浮趋势时，外径自下而上逐渐变小的圆锥形炉壳可以对炉缸耐材形成向下的束缚，减少了炉缸耐材被破坏的安全隐患。

在实际操作中，炉缸可以选用高性能的新型耐火材料(简称为耐材)，高性能的新型耐火材料抗铁水渗透、抗侵蚀、抗冲刷性能较好，能够为一代炉役的正常工作提供保证；新型耐火材料的热膨胀系数远比传统常用的陶瓷杯材料低，可以避免耐火材料热膨胀变形过大导致的风口上翘、炉壳开裂的现象。

在一个实施例中，引入传热学进行导热型炉缸耐材的结构设计，炉缸耐材的导热系数从耐材冷面到热面呈降低的趋势。例如，炉缸耐材可以采用碳复合砖，该碳复合砖在300℃、600℃、800℃的导热系数分别为16.21、14.27、13.78。

耐火材料导热系数从高炉冷面到热面呈降低的趋势，这符合炉缸设计原则，有利于在高炉生产过程中在耐材热面快速形成渣铁保护层，有效隔离熔渣和铁水与炉缸耐材的直接接触，形成对炉缸保护的长效机制。

在实际操作中，炉缸耐材的第一炉缸耐材可以是陶瓷复合砖结构，该陶瓷复合砖呈凹凸结构布置，第二炉缸耐材可以是炭砖结构。

参见图1和图2，靠近炉壳的炭砖为大块炭砖4结构，靠近铁水的陶瓷复合材料为小块陶瓷复合砖5结构。其中，靠近铁水的小块陶瓷复合砖进行图2所示的凹凸布置，小块凹陷陶瓷复合砖51和小块凸起陶瓷复合砖52使得炉缸耐材的内表面呈现不平整的凹凸结构。在生产运行时，熔渣和铁水能够在炉缸耐材内表面形成渣铁保护层，与图3、图4所示的光滑耐材表面相比较，图5和图6所示的凹凸结构的表面更加有利于渣铁保护层的稳定，对炉缸耐材形成更加有效的保护，有利于高炉的长寿。

在实际操作中，炉缸冷却系统2与炉缸耐材连接，可以围绕在炉缸耐材周围，为炉缸及其耐材提供冷却水，以调整炉缸及其耐材的温度。

如图7所示，上述系统还包括：独立的炉缸耐材监测系统6，炉缸耐材监测系统6能够随时监测炉缸耐材的温度、炉缸冷却系统2的冷却水量及冷却前后的水温。

在实际操作中，还可以在炉缸耐材不同位置设置多个测温元件3，用于测量炉缸耐材的温度。

上述系统还可以包括：控制系统7，该控制系统7可以根据上述炉缸耐材监测系统6通过监测测温元件3获知的炉缸耐材的温度来控制上述炉缸冷却系统中的冷却水量及冷却水温度，以实现对炉缸耐材的温度控制。

在具体实施过程中，控制系统可以在获取监测数据后，根据预先设定的程序，自动调节炉缸冷却系统的冷却水量和/或冷却水温度，使炉缸耐材的冷却强度达到设定要求，保证炉缸的长期稳定运行。

高炉系统除了包括上述的高炉炉缸系统，还可以包括炉底系统，炉底系统具体包括：炉底及炉底耐材、独立的炉底冷却系统以及独立的炉底耐材监测系统。炉底耐材监测系统能够随时监测炉底耐材的温度、炉底耐材冷却系统的冷却水量及冷却前后的水温。在实际操作中，可以在炉底耐材不同位置设置多个测温元件，用于测量炉底耐材的温度。

上述控制系统还可以根据炉底耐材监测系统通过监测测温元件获知的炉底耐材的温度来控制炉底冷却系统中的冷却水量及冷却水温度，以实现对炉底耐材的温度控制。

基于相似的发明构思，本发明实施例还提供一种高炉炉缸系统的控制方法，图8是该方法的流程图，如图8所示，该方法包括：

步骤801，监控炉缸耐材的温度数据，所述炉缸耐材包括：由内到外设置的第一炉缸耐材和第二炉缸耐材，所述第一炉缸耐材表面设置为凹凸结构；

步骤802，根据所述温度数据分别调节炉缸冷却系统中的冷却水量和冷却水温度，以保证所述高炉炉缸系统的长寿。

通过根据监控到的炉缸耐材的温度数据分别调节炉缸冷却系统中的冷却水量和冷却水温度，实现对炉缸耐材冷却强度的控制，使得炉缸耐材的冷却强度达到实际工作设定要求，保证炉缸冷却系统维持均衡的冷却强度，保证炉缸的长期稳定运行，从而可以保证高炉炉缸系统的长寿。并且，通过将炉缸耐材的耐材表面设置为凹凸结构，使得熔渣和铁水能够在炉缸耐材内表面形成渣铁保护层，与光滑耐材表面相比较，凹凸结构表面更加有利于渣铁保护层的稳定，对炉缸耐材形成更加有效的保护，有利于高炉的长寿。

在实际操作中，可以预先在炉缸耐材的不同位置设置多个测温元件。通过分别监控多个测温元件的温度数据，就可以分别确定炉缸耐材的温度数据。

通过获知炉缸耐材的温度数据，可以调整炉缸冷却系统中的冷却水量及冷却水温度，以实现对炉缸耐材的温度控制。

图9是根据本发明实施例的电子设备的示意图。图9所示的电子设备为通用数据处理装置，其包括通用的计算机硬件结构，其至少包括处理器901和存储器902。处理器901和存储器902通过总线903连接。存储器902适于存储处理器901可执行的一条或多条指令或程序。该一条或多条指令或程序被处理器901执行以实现上述高炉炉缸系统的控制方法中的步骤。

上述处理器901可以是独立的微处理器，也可以是一个或者多个微处理器集合。由此，处理器901通过执行存储器902所存储的命令，从而执行如上所述的本发明实施例的方法流程实现对于数据的处理和对于其他装置的控制。总线903将上述多个组件连接在一起，同时将上述组件连接到显示控制器904和显示装置以及输入/输出(I/O)装置905。输入/输出(I/O)装置905可以是鼠标、键盘、调制解调器、网络接口、触控输入装置、体感输入装置、打印机以及本领域公知的其他装置。典型地，输入/输出(I/O)装置905通过输入/输出(I/O)控制器906与系统相连。

其中，存储器902可以存储软件组件，例如操作系统、通信模块、交互模块以及应用程序。以上所述的每个模块和应用程序都对应于完成一个或多个功能和在发明实施例中描述的方法的一组可执行程序指令。

本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时以实现上述高炉炉缸系统的控制方法的步骤。

综上所述，本发明实施例提供的导热型长寿高炉炉缸系统导热性能好、热膨胀系数低，能够避免风口上翘、炉壳开裂的现象；通过设置凹凸结构的炉缸耐材内表面、能够快速形成稳定的渣铁保护层，有利于实现高炉的长寿；并且，炉缸耐材导热系数从冷面到热面呈降低的趋势，能够在耐材热面快速形成渣铁保护层，对炉缸形成长期有效的保护；以及，本发明实施例的斜炉缸结构能够使炉缸耐材不会受到铁水的浮力而上浮；另外，通过设置炉缸耐材独立的冷却系统及独立的监测系统，控制系统能够根据监测系统监测到的炉缸耐材温度控制冷却水量和冷却水温度，实现对炉缸耐材冷却强度的控制，对于高炉安全稳定的长期运行具有重大意义。

以上参照附图描述了本发明的优选实施方式。这些实施方式的许多特征和优点根据该详细的说明书是清楚的，因此权利要求旨在覆盖这些实施方式的落入其真实精神和范围内的所有这些特征和优点。此外，由于本领域的技术人员容易想到很多修改和改变，因此不是要将本发明的实施方式限于所例示和描述的精确结构和操作，而是可以涵盖落入其范围内的所有合适修改和等同物。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。