摘  要  高炉炉缸、炉底的侵蚀情况，是高炉操作者最关心的问题之一，特别是在炉役后期，耐材的剩余量涉及到高炉的安全生产，能够较为准确的确定耐材剩余量方法有好多，如热电偶法、仪器探测法，导热计算法等，这里作者就耐材导热原理，对导热计算法进行简要分析。

关键词  高炉  炉缸  计算  

1  前言

自高炉喷涂技术被成功应用之后，高炉炉底、炉缸安全与否就成为决定高炉寿命长短的最主要因素，其被侵蚀进度，残留剩余量是炼铁操作者非常关心的。但由于高炉工作的连续性，炉底、炉缸侵蚀情况一般只有高炉大修时才可以看到。当然，现在有部分厂家依据高炉侵蚀机理，用微机模型间接模拟炉缸的侵蚀情况。这些电子软件在一些大高炉上得到应用，也有部分企业实现了仪器红外检测等手段，不过大多数高炉依然靠原始的热电偶、水温差、热量强度等监测炉底、炉缸。

其实，对于微机模型显示机理，是传热导热定律的应用，作者这里对传热学中热量传递的计算进行详细的分析解剖，便于大量没有微机模型的高炉自己计算耐材侵蚀。

2  计算原理

谈到传热导热，就离不开热量传递的三种基本方式：导热、对流、热辐射。高炉炉底、炉缸侧面的传热严格意义上讲，每一种都是存在的，为了便于计算，现在设定几个假设：一，炉缸内的热流传递，假定只有耐材导热一种形式存在，忽略炉皮热辐射带走到周围空气的热量和水冷设备热辐射带走的热量（若精确计算，根据温度也可以列入）。二、耐材所传导热量全部为冷却壁吸收，三、第一边界条件：设炉内耐材厚度为s无限单层平壁，假定平壁两侧表面分别维持均匀稳定的温度tw1，tw2，根据傅立叶定律，单位时间内通过给定截面所传递的热量，正比例于垂直于该截方向上的温度变化率，而热量传递的方向与温度升高的方向相反，即Ф/A～δt /δx，变化数学表达式Ф=-λAδt /δx（负#表示热量传递方向与温度升高方向相反）。如下图所示：

其中Ф——热流密度w/m2（单位时间内通过单位面积的热流量）

δt /δx——物体温度沿x轴方向的变化率

若物体温度分布满足：t=f(x，y，z)时，则三个方向上单位矢量与该方向上的热流密度分量乘积合成一个热流密度矢量。则傅立叶定律的一般数学表达式是对热流密度矢量写出的，其形式为 q= -λgradt 。其中gradt—空间某类的温度梯度；q—为该点的热量密度矢量。

经过简化和汇总整理，则单位时间通过平壁传导的热量公式可以简化为：

Q=λF△T/S

Q：热流量，单位W

λ：是比例系数，称为导热系数或者热导率W/(m.℃)

F：面积，单位m2

△T：温度差，单位℃

S：厚度，单位m

以某座高炉为例，炉底从上至下依次为炉底保护砖一层、钢玉陶瓷杯2层，碳砖4层，由于热电偶的埋设是在碳砖的范围内，多层碳砖忽略砖缝看做一个整体，（当热电偶在陶瓷杯范围内，可以依据导热率不同分别计算导热量）从热电藕接触点达到冷却设备前端可以考虑为单层平壁。这样，高炉炉底、炉缸的的侵蚀计算模型就建立了。

3  推演计算侵蚀公式

有了上面的导热公式，就可以反推演侵蚀公式了，以冷却设备的面积为基础，根据传热公式Q=λF△T/S推演出：S=λΔTF /Mδta

S：耐材侵蚀剩余长度，m

λ：比例系数，耐材的导热系数或者热导率W/(m. ℃)

ΔT：耐材热端温度为T1，冷端温度为T2，则ΔT=T1-T2

F：冷却设备面积，单位m2

M：单位时间通过冷却设备的冷却水量，m3/h

a：水的比热容

δt：冷却设备进出水的温差，℃

作者以A厂的一座530m3高炉为实例，经过多次测量，该高炉炉缸三段部分冷却壁热流强度严重超标，超过了规定的33000 kJ/ (m2.h)，最高峰值达到45980kJ/(m2.h)，从公司到炼铁厂，都认为该高炉炉衬受到严重侵蚀，需要大修处理，我们对该部位的一系列参数进行了详细测量，最后依据上面的公式进行计算，测算出该部位的耐材衬剩余厚度不到300mm，在2010年3月该高炉拆炉大修时，放完残铁后从现场测量，很接近计算值。说明公式可以在生产实践中起到预警、提示的作用。

4  该公式的遗留问题及补充

由于该公式是一个工厂现场使用公式，对许多问题进行了简化或者忽略，高炉炉缸、炉底的侵蚀是一个非常复杂的过程，炉内的耐材也处于一个非常复杂的环境内，比如若砖衬内有横向断裂纹，空气隔层等，都会影响到计算的结果；比如在铁口区域，同一块冷却壁范围内就有铁口组合砖、碳砖2种不同导热系数的材质，就需要分别计算。应该说，对于单质范围内的情况，可以快速简单的算出耐材剩余量，对于复杂情况，需要反复验证和计算，针对炉缸工作的复杂性及安全的重要性，对于耐材剩余量的确定需要多种手段共同来验证确定，以保证数据的真实性和对现实的指导意义。

利用公式计算可以作为一种日常措施达到检测的目的，特殊情况仍然要结合热电偶、水温差或者红外波测量等多种方法验证，避免一种方法出现偏差导致事故的发生。