高炉铸钢冷却壁热态实验研究

模拟高炉冷却壁的实际工作条件，进行1：1高炉铸钢冷却壁的热态实验，获得铸钢冷却壁的温度场分布．考察冷却水进水温度、水速以及炉气温度对铸钢冷却壁温度场的影响，分析了高炉冷却壁破损的主要原因．分析表明，降低水温以及提高冷却水水速都是不经济的．实验结果表明，铸钢冷却壁的性能优于球墨铸铁冷却壁，但与铜冷却壁相比还有较大差距．     

不同工况下各种材质高炉冷却壁温度场数值模拟

建立高炉冷却壁稳态传热模型,模拟球墨铸铁、铸钢和铜3种材质的冷却壁在热面镶砖、裸露和挂渣等工况下的温度场分布。结果表明,相同工况条件下,铜冷却壁导热性能优于铸钢冷却壁导热性能,铸钢冷却壁导热性能优于球墨铸铁冷却壁导热性能;铸钢冷却壁热面温度远低于球墨铸铁冷却壁热面温度;渣皮的存在,对冷却壁体起温度降低和保护作用,从而延长冷却器及高炉寿命。     

火积理论在高炉冷却壁性能评价中的应用

基于火积理论分析得出了高炉冷却壁的火积平衡方程式以及冷却壁中的火积耗散.在此基础上定义了高炉冷却壁的热阻.根据最小热阻原理,提出用高炉冷却壁的热阻来评价其传热性能的优劣的观点,通过实例说明了高炉冷却壁热阻的计算方法,比较了不同冷却水管间距下冷却壁热面最高温度及热阻之间的关系.结果表明,随着冷却水管间距的改变,冷却壁热阻与热面最高温度有相同的变化趋势.在一定的边界条件下,高炉冷却壁的热阻可以评价其传热性能的优劣.     

异形水管对高炉冷却壁温度和应力场的影响

利用ANSYS软件分析了各种异型管(椭圆、矩形、正六边形、双圆形及三圆形)对冷却壁温度场及热应力场的影响.结果表明:与圆管同周长时,各异型冷却水管冷却壁的热面最高温度和最大热应力变化幅度不大;与圆管同截面积时,各异型管冷却壁热面最高温度和最大热应力均有所下降.这说明冷却水管由圆管改成异型管后,提高了冷却壁的传热性能,从而延长了高炉的使用寿命.采用最优管形——长短轴比为0.6的椭圆管,可以减少冷却水流量和减薄冷却壁壁体厚度,从而达到降低炼铁成本的目的.     

高炉铸钢冷却壁温度和应变分布热态实验研究

为了研究铸钢冷却壁的高温工作性能,通过热态实验测试了铸钢冷却壁温度场分布,并首次在铸钢冷却壁上安装了应变片,对其冷面的应变分布进行了研究.在炉温1100℃无渣皮条件下,铸钢冷却壁热面最高温度在600℃左右,低于铸钢相变温度;冷面中心线部位应变在-5×10-4左右,四周平均应变在-3×10-4左右.对冷却水管进行了热阻分析,证实了冷却水管与基体之间融合充分,不存在气隙.验证了铸钢特殊的屈服现象,其在热冲击后应变分布得到明显改善.     

高炉冷却壁冷却能力影响因素分析

通过对某厂生产的高炉铸铁冷却壁进行热阻分析,计算不同参数条件下冷却壁本体与冷却水之间的综合换热系数,从而探讨冷却水速、水垢厚度、涂层厚度、气隙厚度等因素对高炉冷却壁冷却能力的影响。结果表明,提高冷却水速、减少水垢、减小涂层厚度均可提高冷却壁本体与冷却水之间的综合换热系数;气隙热阻占总热阻的71.6%以上,是影响冷却壁冷却能力的限制性环节,减小气隙厚度可以明显提高综合换热系数。冷却壁本体与冷却水之间的综合换热系数在121.5~343.8 W/(m2·℃)范围内。     

基于灰色关联度的高炉冷却壁整体优化

基于灰色关联度分析方法,研究了高炉冷却壁冷却水管半径、冷却水管间距、水管距热面距离 、冷却壁壁体厚度等对冷却壁热面最高温度和热应力的影响。综合冷却壁结构优化分析,得到冷却壁最优结构尺寸组合是：水管半径20mm、水管间距为220mm,水管距热面距离为90mm和冷却壁壁体厚度125mm。     

冷却壁高炉炉墙温度场的数值模拟(I)──耐火材料种类及其侵蚀程度对炉墙温度场的影响

利用有限元分析软件ＡＮＳＹＳ对冷却壁高炉炉墙的温度场进行了数值模拟,研究了不 同的砖衬材质及其侵蚀程度对炉墙温度场的影响．并在此基础上探讨了高炉炉身下部破损的 基本原因及过程．结果表明：冷却壁凸台的冷却能力不足导致了凸台前砖衬热面温度始终高于 其受化学侵蚀的临界温度,不可能存在稳定的砖衬层．     

高炉镶砖冷却壁温度场研究

开发了一个三维柱坐标系下冷却壁传热计算的计算机软件。应用该软件在给定的假设条件下研究了高炉镶砖冷却壁的温度分布情况，同时研究了炉内对流换热系数、冷却水速度、水管间距及砖衬厚度对冷却壁及耐火材料温度分布的影响。     

高炉冷却壁热应力试验分析

采用脆性涂层法和电阻应变法实际测量了高温状态下高炉冷却壁的应力和应变,实测结果表明：由于冷却水管的非均匀布置,冷却壁中心位置应力较高,而四周应力较低,高炉冷却壁的应力分布,与有限元的应力分布计算结果的趋势和数量级相同,这种测量方法的应用为应力应变的理论计算提供了一种新的校验方法。     

铜冷却壁的有限元分析

对目前3种较为常见的高炉铜冷却壁:轧铜冷却壁、铸铜件内埋铜管冷却壁、铸铜件内埋钢管冷却壁进行三维建模,并利用有限元软件分别对3种铜冷却壁进行了传热分析和热应力分析,通过分析数据表明:从温度场结果来看,轧铜冷却壁的冷却效果最好,埋铜冷却壁冷却效果和轧铜冷却壁接近,埋钢管冷却壁的冷却效果最差。从热应力场的分析结果看,轧铜冷却壁和埋铜冷却壁的性能差别不大,埋钢管冷却壁受到的热应力最小。     

挂渣铸铁冷却壁水管形状优化研究

采用ABAQUS有限元软件,结合热态试验数据计算分析铸铁冷却壁冷却水管形状对冷却壁热表面渣皮厚度的影响.计算结果表明:冷却水管截面面积相同的情况下,当水管的短轴与长轴之比为0.2时,渣皮的厚度增加6.4%.综合考虑传热、冷却水阻力等因素,计算得出:把圆管做成面积相同的长短轴之比为0.45-0.55的椭圆管,不仅对铸铁冷却壁起到最好的保护效果,而且减少了水流量,这对于高炉的节能、降耗、长寿具有指导意义.     

薄形铜冷却壁的热态实验分析

为了减少高炉冷却壁的铜消耗量,降低单个铜冷却壁的价格,在保证高炉冷却效果的基础上,开发了一种薄型的铜冷却壁.为了测定该薄形铜冷却壁的冷却性能,设计了热态实验进行模拟实验.在未挂渣的情况下,当炉温为1200℃时,冷却壁冷面和热面的平均温度分别为72℃和135℃.当有热冲击的情况下,冷却壁冷面和热面的温度差变化不大.加快流速对降低冷却壁温度影响不大.当热面挂渣时,冷却壁的热流密度急剧降低,而且冷却壁热面温度随炉温变化很小.经过热态实验,薄型铜冷却壁的温度分布和热流密度基本符合高炉实际生产要求.     

高炉冷却壁故障原因分析以及应对措施

高炉冷却壁一直以来都是高炉生产中的关键设备,其良好的运行是确保高炉安全、顺利生产必备条件。由于高炉工艺操作、进入炉内的原燃材料等各种因素,高炉冷却壁经常会出现开裂漏水、楼煤气等故障,而其安装结构较复杂,更换冷却壁时间相当长,部分地方还必须降深料线才能更换,因此更换冷却壁对高炉生产来说损失巨大。本文重点介绍了波纹管穿管技术在高炉冷却壁上的应用。     

冷却壁高炉炉墙温度场的数值模拟（Ⅰ）：耐火材料种类及？…

利用有限元分析软件ＡＮＳＹＳ对冷却壁高炉炉墙的温度场进行了数值模拟,研究了不同的砖衬材质及其侵蚀程度对炉墙温度的影响。并在此基础上探讨了高炉炉身下部破损的基本原因及过程。结果表明：冷却壁凸台的冷却能力不足导致了凸台前砖衬热面温度始终高于其受化学侵蚀的临界温度,不能可存在稳定的砖衬层。     

铜钢复合冷却壁热变形分析

提高高炉炉腰及炉身下部冷却壁抗热变形能力是维持高炉长寿的关键.采用热态实验和数值模拟手段研究高炉炉腰及炉身下部区域铜钢复合冷却壁的传热及热变形行为,并与铜冷却壁进行对比分析.铜钢复合冷却壁热面无渣铁壳覆盖,煤气温度1200℃条件下,铜钢复合冷却壁最高温度为180℃,传热性能与铜冷却壁接近.铜钢界面最大等效应力约为114.45MPa,低于铜钢复合板的抗拉强度.铜钢复合冷却壁发生弯曲变形,中心z向位移为0.66 mm,较铜冷却壁低约25.8％;顶底端沿z向位移为0.13mm,较铜冷却壁低约50％;曲率为0.93×10-4 mm-1,较铜冷却壁低约51.81％.铜钢复合冷却壁抗变形能力优于铜冷却壁,可以避免铜冷却壁热变形过大导致的螺栓及冷却水管断裂破损问题.     

高炉冷却壁热表面传热系数的研究

基于边界条件替代法建立了高炉冷却壁热表面与炉气间的传热系数计算模型.采用试验测量冷却壁温度场和温度场数值计算相结合的方法,确定了炉气温度为505～1 248 ℃时炉气与冷却壁壁体及炉气与捣打料间的传热系数.理论分析了在炉气温度较高时炉气与捣打料间传热系数大于炉气与冷却壁壁体间传热系数的原因,从而改变了以往在冷却壁传热模型计算中冷却壁热表面传热系数只用一个综合传热系数的观点,两种传热系数的区分使传热数值计算精度更高.     

高炉铜冷却壁自保护能力的实现

讨论了实现高炉铜冷却壁冷却系统自保护能力的两个方面:挂渣能力和挂渣环境. 在编制通用三维冷却壁传热计算软件的基础上,通过对实际铜冷却壁进行计算并结合高炉实际操作经验分析得出:铜冷却壁更适合应用在高炉的高热负荷区;铜冷却壁具备很好的挂渣能力,但在高炉生产过程中实现冷却系统的"自保护"能力以达到长寿高效,还必须提供好的挂渣环境. 分析了挂渣环境的诸因素,给出了煤气温度变化时炉墙温度场的变化规律.     

高炉铸铁冷却壁结构优化

采用正交试验和数值模拟方法对高炉炉身下部冷却壁主要结构参数进行优化,对优化前后的冷却壁温度场进行计算。结果表明,冷却壁热面最高温度的影响因素中影响程度从大到小依次为:水管直径、水管间距、水管中心线距冷却壁热面距离、壁体厚度,其中水管直径、水管间距和水管中心线距冷却壁热面距离为显著因素;最优冷却壁结构参数组合为:水管直径60mm、水管间距180mm、水管中心线距冷却壁热面距离120mm、壁体厚度220mm,优化后的冷却壁较优化前的冷却壁冷却性能有较大幅度的改善。     

高炉铸铁冷却壁结构优化

采用正交试验和数值模拟方法对高炉炉身下部冷却壁主要结构参数进行优化,对优化前后的冷却壁温度场进行计算。结果表明,冷却壁热面最高温度的影响因素中影响程度从大到小依次为：水管直径、水管间距、水管中心线距冷却壁热面距离、壁体厚度,其中水管直径、水管间距和水管中心线距冷却壁热面距离为显著因素;最优冷却壁结构参数组合为：水管直径60mm、水管间距180mm、水管中心线距冷却壁热面距离120mm、壁体厚度220mm,优化后的冷却壁较优化前的冷却壁冷却性能有较大幅度的改善。