炉膛、死人和出钢在高炉操作中的重要性
炉膛、死人和攻丝在高炉操作中的重要性
随着对铁矿石的需求增加，近来矿石质量呈现恶化趋势。矿石质量的恶化伴随着更多的炉渣，这反过来又影响炉料下降和液体流过炉膛。这些条件为衬里磨损机制提供了催化剂，炉衬、炉衬和炉膛衬里受到额外的压力。高炉中的出钢受到不利影响，并且由于较高的渣量，铸造车间的槽和流道承受压力。所有这些都给高炉操作带来了更大的压力。
铁矿石质量差对高炉运行的影响如下。
- 渣量 - 质量差的铁矿石会带入更多的杂质，导致渣量增加。
- 热负荷 - 炉子的热条件会发生变化，因为需要大量的热量来熔化额外的炉渣，并使其保持在适当的流体状态以便排出。这会在高炉内引入更高的热负荷。
- 结焦率和生产率 - 增加炉渣量需要更多的燃料输入到熔炉中，而在煤粉喷射速度已经处于最佳状态的情况下，这会导致结焦率更高。较高的焦炭意味着在炉中引入较高量的灰分，从而导致渣量进一步增加。这对熔炉的生产率产生了恶化的影响。
- 工艺稳定性——矿石质量的恶化对工艺稳定性产生不利影响，对高炉的平稳运行产生不利影响。
- 较高的渣量会影响气流。
- 随着炉渣量的增加，通过炉膛的液体流动更具挑战性，从而导致炉膛液位的波动增加。在极端情况下，负担下降会受到影响。
- 由于矿石质量差而导致气流受损的事件增加，可能表现为随着更频繁和更严重的滑倒而增加的悬垂。这反过来又会成为更大的炉衬磨损的催化剂，炉炉衬、烟囱和炉膛内衬会承受更大的压力。
- 较高的炉渣率对铸造车间造成很大的限制，因为铸造车间的炉槽和流道系统成为容纳更高炉渣量的瓶颈。
- 先出铁 - 如果在开孔时渣铁界面高于出铁口水平，则会发生这种情况。出钢周期仅从铁流出开始，当渣铁界面下降到出铁口时，渣开始流动。此后，铁和炉渣同时排出，直到出钢结束。从出钢开始到渣进入流道所经过的时间称为渣延迟。
- 同时 - 如果渣铁界面位于或在出钢口下方的有限深度处，当开始出钢时，就会出现这种模式。渣相中的高压梯度可以促进铁流动，甚至将铁从出铁口下方拖上来。因此，在整个出钢期间铁和渣一起排出。
- 先出渣 - 这与先出铁的模式相反。在这种模式中，炉渣最初流出，延迟后流出铁。这是因为在出钢开始时，渣铁界面远低于出铁口，这种现象可以在具有多个出铁口的较大熔炉中观察到。粘性炉渣引起的压力梯度最初不足以提升铁。
由于上述因素，高炉的生产工艺差异很大。过程中的广泛变化会对炉渣成分和铁水质量产生影响。上述因素也影响了许多其他领域的过程，如下所示。
为了适应高炉操作过程中可能出现的上述情况和许多其他情况，需要采取一些措施来在高炉出钢过程中进行充分控制，以防止高炉过冷或过热，并确保高炉的平稳运行炉。这些措施包括 (i) 炉膛管理以实现最佳排水和最小磨损以应对较高的炉渣量，(ii) 调整工艺和装载策略以实现最佳稳定性和最小化炉壁上的热负荷，(iii) 密切监控和适当维护高炉冷却系统，使其能够吸收更高的热负荷，以及 (iv) 对现有铸造车间布局进行评估和消除瓶颈，以增加液体流量。
出炉时炉膛、死人及铁水、渣向出铁口的流动见图1。
图 1 炉膛、死人以及出钢过程中的铁水和渣流
高炉炉膛和死人
炉膛状态对于稳定的炉子运行和较长的使用寿命起着最重要的作用。高炉中的这个最低区域暴露在与耐火材料直接接触的液态铁（铁水）和液态炉渣中，导致炉膛内衬的严重侵蚀以及化学和热侵蚀。炉膛中最具侵蚀性的环境通常位于出铁口附近，该处受到高热应力和液体流速的影响。出铁口管理（与其他操作指导技术相结合）对炉床性能至关重要，因此在整个熔炉操作中也至关重要。
炉膛是高炉中最低但最重要的部分。熔炉的使用寿命很大程度上取决于它的炉膛耐久性。炉膛侧壁和炉底通常采用碳基块或砖结合优质陶瓷制成。
原则上，有两种基本的炉膛设计。第一个是小块或砖块设计，第二个是大块设计。设计差异是由于耐火材料的尺寸。小块炉床的主要优点是易于施工，因为砖可以人工搬运到位并在四面八方抹灰。另一个优点是砖不太容易开裂，因为整个炉膛基本上已经开裂了。然而，这也是一个缺点，因为每个接头都可以用作传热屏障，特别是如果有运动并且接头变成间隙时。大块不会遭受相同的缺点，因为关节少得多。但是由于热膨胀，大块容易开裂，从而造成类似的传热障碍。
在这两种基本设计中，有几种变体，大块和小块设计之间也有一些相似之处。这些相似之处和不同之处在于用于靠墙、热面和出铁口周围的耐火材料类型。最大的考虑因素之一是将热量从熔炉内部传递到冷却介质。为此，通常使用各种类型的耐火材料。一般来说，成本随着热导率的增加而增加。虽然成本非常高，但理论上最好的炉膛是用最高电导率的耐火材料建造的。这样的炉膛将永远使用并且永远不会磨损（由于保护耐火材料的冷冻衬里），但它也会从熔炉中吸收大量热量，从而导致运营成本很高。这样的炉膛在停炉期间冷却得非常快，以至于很难再次启动，从而导致更高的成本。通常在炉膛的设计中，会在上述因素之间保持平衡。
炉膛衬里配备了许多热电偶和冷却元件。死人位于活性焦炭区下方和（大部分）在滚道下方。死者的上半部分呈锥形，在滚道之间的区域有一个圆形的顶部。从死人顶点到滚道的倾角与装料焦炭的休止角大致相同。炉膛主要是一个焦床，是从风口处延伸出来的死人的一部分。
从粘性区域滴落的液态铁和熔渣在死者的空间中积聚。由于重力，液体分离成两个不同的层，底部较重的铁和顶部较轻的炉渣。由于铁和渣不断从粘性区滴落下来，铁滴将通过渣层下沉到底部。因此，顶层由炉渣和铁滴的混合物组成。死人的孔隙率介于 0.3 和 0.5 之间，这表明如果死人完全填满炉膛，则只有总体积的 30% 至 50% 可用于液体。事实上，如果液体的浮力足以将死者抬起，死者要么坐在炉底，要么部分或完全漂浮在液浴中。一个部分漂浮的死人坐在中央炉底底部，并在炉膛边缘形成一个环形无焦区，当炉膛排空时，流动阻力很小。因此，形成环流，是炉膛出现“象脚”形磨损的主要原因。
对淬火高炉的解剖研究表明，在炉膛和炉膛之间的炉芯中几乎存在停滞的焦炭床。停滞区，焦炭以极低的速度下降，已被命名为“死人”，因为早先推测该区对过程的功能没有积极影响。然而，这一假设后来被证明是不正确的，因为更多相关研究表明，死者在高炉操作中起着关键作用。由于高温、磨损和测量探头极端恶劣的环境，无法在运行的炉子中直接测量死人状态，因此与死人有关的研究通常使用物理和/或数学模型进行。
死人的上部呈圆锥形，在滚道之间的区域有一个圆形的顶部，它可以从炉底延伸到远高于风口的水平。死人的高度取决于炉子尺寸和操作条件，例如焦炭率、鼓风速度、炉料下降和死人更新率。由于铁矿石（还原）收缩和熔化造成的固体质量/体积损失强烈影响固体流动模式，因此也影响死人的轮廓。还发现随着固体消耗率的增加，死人的高度会降低。
死者的上界一直是许多理论和实验研究的主题。这些调查表明，死者被一个准停滞区包围，带电粒子最终移动到跑道。死机大小对是否在有或没有“喷煤”的情况下进行熔炉操作很敏感。调查还表明，死者是从死者顶部的一个小的中央流入区域更新的。因此，通过在高炉中心装入大量优质焦炭可以保持良好的死人渗透性。还发现，由于出钢作业导致炉膛内液体的周期性积累和清除与死人更新过程密切相关。随着敲击操作的重复，死人颗粒逐渐移动到滚道中。粒子的更新以这样一种方式发生，即“旧”粒子通过浮力（施加在死者的水下部分）被迫离开死者，而“新”粒子进入填充死人穿过它的顶面。
死人状态和炉底形状对炉缸内衬磨损和高炉炉缸排液有很大影响。死者被淹没在一个大的液体浴中，并受到液体浮力的作用。当液体浮力变得足以提升死人时，在死人下方形成无焦区，从而为液体流动创造了自由通道。死者具有动态行为，因为它随着液位的变化而移动。已经发现，死者在炉膛中上升和下降时，其运动会受到滞后的影响。
死人的形状是由几个因素决定的。可以通过压死人的力与炉膛中铁和炉渣的浮力之间的平衡来估计。浮力的估计相对简单，因为它是液位和死人孔隙度的函数。然而，通常以压力形式表示的向下作用力取决于炉况，例如炉料重量、滚道长度、持液率和气体阻力。风口水平以上的负载重量由向上流动的气体的提升压力补偿，因此滚道下方（即滚道下方区域）的向下作用压力仅归因于自重。另一方面，中心区域的向下作用压力被公式化为自重、持液率和颗粒流动态压力的函数。假定由活性焦区内的颗粒会聚流引起的动态压力沿从炉中心到滚道前部的径向尺寸线性减小。通常可以看到死者在跑道下方漂浮得更高。向下作用压力的分布对形成死人底部起着至关重要的作用。一些研究将死人漂浮状态分为四类，即（i）坐着，（ii）部分漂浮在墙上，（iii）完全漂浮，底部平坦，以及（iv）完全漂浮，但漂浮在靠近墙壁的位置.
高炉出钢
高炉出钢不仅是交付高炉产品所必需的，而且对于高炉和铸造车间操作人员的安全也至关重要。高炉出钢，有时也称为浇注或排水，是从高炉炉膛中去除热金属和液态炉渣的过程。当今的高炉出钢技术采用全池做法。这种做法是指在炉子没有出钢的情况下，在短时间内使槽内充满热金属和液态炉渣的技术。在接下来的出钢过程中，料槽仍然是液体，便于铁和渣分离，并在料槽中保温，从而通过铁路运输在耐火衬里的敞开式顶部或鱼雷勺。
出钢过程关键地决定了炉内气体压力和炉膛中液态铁和炉渣的残余量。炉缸排水不良通常会导致炉子运行不稳定，这通常与炉子生产率和活动寿命的显着损失有关。排水效率低下也会导致液体过度积聚，从而导致炉膛中的液位高。如果液（渣）接近风口高度，则炉腹内的还原气流受到严重干扰，常常导致不规则的炉料下降，称为挂滑。
出钢循环从出铁口钻开开始，并在炉气爆裂时通过用出铁口物质堵塞出铁口而终止。在出钢结束时，气渣界面向出铁口向下倾斜，相当多的熔渣残留在出铁口水平面之上。由于在粘性渣相中靠近出铁口的压力梯度很大，铁相可以从出铁口下方的水平面排出。因此，平均渣铁界面低于出铁口水平。根据液体生产率、炉膛容积和出钢策略等多种因素，出钢周期的初始阶段各不相同，可分为以下几类。
出钢的主要要求是可靠地确保所需的熔炉产品速率。因此，确定影响出钢率的因素很重要。通常在大型高炉中，7 吨/分钟的出钢速度和 5 米/秒的液体出钢速度，在直径 70 毫米和 3.5 米长的出铁口中通常会遇到。出铁口条件和出铁口长度对出钢率有很大影响。高炉运行时，出铁口被一种称为出铁口物质的耐火材料完全填满。
出钢作业中经常造成困难的重要因素是 (i) 出铁口枪和钻头的缺陷，或这些与出铁口的对齐错误，(ii) 出铁口、出钢口、撇渣器、浇口和倾斜、摆动或其他流道的状况不佳, (iii) 钢包输送铁水的能力不足, (iv) 渣粒化系统出现故障以及渣坑空间不足。
出钢时间表取决于液态铁和炉渣的数量、炉床尺寸、出钢速度以及每次出钢操作之间所需的准备操作。通常在出铁口出钢之前，应检查出铁口枪和钻头的正确功能、位置和对齐情况，以确保它们与出铁口正确对齐（如有必要，可以纠正它们的位置）。这种做法的优点是它允许对尚未注意到的缺陷或调整进行最终检查，并可以对其进行补救。根据操作条件，使用特定尺寸的钻头打开出铁口，在某些情况下，塞子的最后一部分被切入。如果钻孔不够长，则必须用氧气枪打开出铁口, 采取所有使用氧气所需的预防措施。
如果热金属射流流入湿流道，出钢可能会受到干扰，因为这可能会导致流道沸腾，并伴有爆炸。因此，必须进行细致的检查并彻底干燥槽和流道，因为流道中的沸腾经常达到必须中断出钢操作的比例。这就是为什么逃生出口要始终保持畅通的原因之一。
在出钢过程中停止出钢是一项要求出铁口枪提供最大功率的操作（因为堵塞必须抵消熔融金属流动的全部力量）。在某些情况下，有必要将爆破压力和顶部压力降低到足以堵塞出铁口的程度。使用干燥材料对跑步者的损坏部位进行快速即兴修复。
如果将出铁口枪过早地从出铁口移开，则存在注入出铁口的堵漏粘土可能会突然爆炸排出的危险，因为材料可能没有时间凝固。因此，铸造厂操作员必须远离“火线”，以防发生此类突发事件。
出钢开始时在铁水之前的熔渣流也会引起干扰。在这种情况下，铸造厂操作员需要在出铁口和流道的直接区域进行调整，以将炉渣引向打算运送它的流道。这就是为什么在铁流道两侧的出铁口前要留出一个空闲空间的原因之一，这个空间要尽可能大。
在正常出钢操作期间，铸造厂操作员的主要工作是确保铁水和液态渣流入运输钢包或相邻装置的过程是否顺畅且没有事故。流道的大小和坡度应与高炉的其他技术特点有关。然而，存在热金属和/或熔渣停滞和溢出的可能性，这需要铸造厂操作员立即采取行动。此操作中使用的工具应完全干燥；否则水会突然蒸发，导致爆炸。
仔细检查钢包出料口的情况也很重要，因为固体物质可能会被热金属流带走，并可能堵塞横截面相对较小的浇口。
在出钢过程中，出铁口可能会被堵塞（例如被焦炭）。出铁口钻通常用于清除此类障碍物，但如果失败，则使用长杆（碎石）。这种操作很危险，因为可能会突然喷出热金属和熔渣。因此，铸造车间操作员必须能够立即无障碍地进入紧急出口。
渣流道的施工要格外小心。它们应安装能够阻止随渣携带的热金属和焦炭的闸门，以最大程度地减少渣粒化过程中发生爆炸的危险。
从事出钢作业的铸造厂操作员最重要的工作之一是监督铁水包的填充，确保其不超过在运输过程中内容物可能溢出或在填充过程中溢出的水平。由于钢包通常一个接一个地装满，操作员必须能够将铁水流引导到适当的通道中。倾斜和摆动的流道和浇口还具有将耐火衬里受潮风险降至最低的优点，这对于传统浇口来说要大得多，因为每次出钢后都会更换衬里。
在出钢快结束时，铁水的流动变得不规则，并伴随着强烈的气流，随着炉膛的清空，这些现象变得更加频繁。同时，铁水和炉渣飞溅出来，最终可能覆盖整个铸造车间。为避免这种情况，必须尽快堵塞出铁口。操作者将出铁口枪移至出铁口处，注入适量的堵漏土进行堵漏。
制造工艺