《高爐爐缸“自保護”凝殼生長/消蝕動力學基礎研究》是依託東北大學，由邵磊擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：高爐爐缸“自保護”凝殼生長/消蝕動力學基礎研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：邵磊
- 依託單位：東北大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
在高冶煉強度和低原燃料品質的當下，限制高爐壽命的瓶頸部位正轉向爐缸。高爐爐缸內襯在生產過程中的耗損不可避免，所以創造無過熱爐缸體系，形成穩定熱面凝殼，是隔絕高溫熔體與襯材，保障爐缸長期安全的根本途徑。然而，目前具體以爐缸凝殼為題的基礎性研究仍不多見。有鑒於此，本項目以冶金物理化學、冶金傳輸原理、冶金巨觀動力學及高溫合金凝固等理論為基礎，圍繞高爐爐缸凝殼現象速率過程所涉及的主要科學問題進行深入系統的理論和實驗研究，旨在確定大溫差變物性邊界層對流傳熱/傳質係數的定量關係式及合理的定性溫度、揭示爐缸凝殼物性參數變化規律並對各物性參數進行定量表征，最終建立相應的凝殼生長/消蝕過程巨觀動力學模型。同時，套用上述模型，對高爐爐缸凝殼生長/消蝕過程進行綜合模擬解析，進而確定相應條件下的限制性環節，探討及時調控高爐爐缸凝殼狀態的技術手段。項目成果可為實現多物理場協同護爐和延長高爐壽命提供先期科學指導。
結題摘要
受高冶煉強度和低原燃料品質的雙重影響，限制煉鐵高爐壽命的瓶頸部位正轉向爐缸。由於高爐爐缸內襯在生產過程中的耗損不可避免，所以採用較高導熱係數襯材，配備高效冷卻設備，以爐缸內熔融鐵水為原料，在襯材熱面形成“自保護”的凝殼，是隔絕內襯與高溫渣鐵接觸，從而保障爐缸長期安全的根本途徑。然而，目前具體以爐缸凝殼為對象的基礎性研究仍不多見，導致對凝殼現象本質的認識尚待深入。本項目針對高爐爐缸鐵口以下侵蝕嚴重區域的鐵水-炭磚組合，開展關於鐵基凝殼的系統研究，在其基礎上探索合理調控爐缸凝殼狀態，進而延長高爐壽命的技術方法。項目成果可為實現多物理場協同護爐和延長高爐壽命提供先期科學指導，具有顯著的現實意義和參考價值。本項目主要研究緊張和結果分別為：（1）結合高溫實驗結果、經驗公式和熱力學軟體，建立了可用於計算高爐爐缸近熱面處流體碳含量，進而預測其密度、黏度、導熱係數以及碳元素擴散係數的通用模型，模型研究結果表明高爐爐缸近熱面處流體的物性參數與溫度的線性關係良好，所以可將邊界層內平均溫度作為定性溫度使用；（2）基於邊界層理論、馮卡門積分方法以及雷諾相似律，推導出了可用於表征高爐爐缸凝殼生長/消蝕傳熱過程的Nu、Re和Pr數以及傳質過程的Sh、Re和Sc數定量關係式；（3）設計並搭建了可進行高爐爐缸凝殼生長/消蝕過程動力學的高溫實驗設備，驗證了實際生產中炭磚與冷卻壁間氣隙對凝殼行為的決定性影響，並對凝殼微觀形貌進行了研究，發現爐缸凝殼內析出石墨的結構特徵自凝殼冷麵至熱面有很大差別；（4）耦合流動、傳熱和傳質，建立了高爐爐缸凝殼生長/消蝕過程數學模型，考察了陶瓷杯壁厚度對爐缸熱面凝殼生成過程的影響；（5）結合數值傳熱學、有限元法以及遺傳算法，建立了能夠準確預測高爐爐缸內襯輪廓的“反問題”數學模型，並開發了相關係統，不僅可用於預測不同類型的殘襯和凝殼雙輪廓內型，還能計算特定內型對應的爐缸容積及爐底和爐壁熱損失。
