不同工况下铸铁冷却壁热负荷分析

采用有限元软件ANSYS建立高炉冷却壁稳态传热模型,利用ANSYS单元生死技术模拟冷却壁表面渣皮熔化行为,以计算铸铁冷却壁在渣皮稳定、渣皮脱落、冷却壁烧损和冷却壁烧毁4种工况下的温度分布和热负荷。分析结果表明,冷却壁热负荷随着炉气温度的升高而增加,提高冷却水速度和壁体烧损变薄对热负荷的影响较小。渣皮脱落和冷却壁完全消失造成热负荷急剧增加。     

铜钢复合冷却壁热力耦合分析

采用ANSYS建立铜钢复合冷却壁的传热和热应力模型,分析稳定挂渣及渣皮脱落后的温度和热应力分布.结果表明,炉气温度是影响壁体温度、渣皮厚度、热负荷和应力状态的主要因素.在稳定挂渣时,铜壁最高温度为124℃,热负荷81.1 kW/m2,变形量比铜质冷却壁有所减少.在渣皮脱落后,铜壁温度和应力快速上升,5 min后趋向稳定.在冷却壁裸露的情况下,铜壁和钢板之间仍然保持牢固结合.     

高炉渣皮厚度的传热分析

通过有限元软件ANSYS建立高炉冷却壁三维传热模型,利用单元生死技术创立渣皮熔化迭代方法,分析稳态下工艺参数对渣皮厚度的影响.分析结果表明:高炉内炉气温度对渣皮厚度的影响最显著,而冷却水水速影响很小;降低冷却壁气隙宽度可以有效改善高温炉气下的挂渣情况;冷却壁上的渣皮厚度与冷却壁热电偶测定点温度及热负荷之间存在明显的对应关系.采用熔化迭代方法建立的数学模型优化了冷却壁传热分析,能够直接计算不同条件下高炉冷却壁上渣皮厚度.     

高炉铜冷却壁渣皮生长传热分析

建立了高炉铜冷却壁非稳态传热分析模型,利用ANSYS单元生死技术模拟了冷却壁表面的渣皮再生行为,分析了渣皮脱落后的生长规律及壁体温度和热负荷的变化过程。结果表明,渣皮生长遵循幂函数规律。经过计算,渣皮脱落0.9 min时铜壁测量点温度达到最高值59℃,经过23.5 min趋于稳定。铜冷却壁承受的最高热负荷为107.8 kW/m2,热面最高温度达到123℃。     

鞍钢铜冷却壁高炉操作炉型管理模型开发与应用

对鞍钢铜冷却壁高炉操作管理模型的建立方法进行了阐述,并对在2号高炉上的实践进行了总结.根据经验知识和实验室热态模拟实验结果,利用传热模型反推计算,建立铜冷却壁高炉操作炉型管理模型,可对铜冷却壁热面渣皮厚度进行实时计算,实现操作炉型管理.鞍钢2号高炉应用结果表明,铜冷却壁操作管理模型可对渣皮脱落部位、炉腰和炉身下部铜冷却壁热面温度和渣皮厚度变化趋势进行判断,提示操作人员及时采取措施,控制渣皮厚度适宜并保持稳定,减少铜冷却壁区域热损失,并保证高炉操作炉型合理.     

高炉铜冷却壁热面复合传热系数的计算

 铜冷却壁的应用大大提高了高炉的使用寿命。通过热态试验和数值模拟的方法来测试其热态性能。铜冷却壁热面复合传热系数值对于其温度场的模拟结果有重要影响。通过对铜冷却壁的传热过程分析,得到热面复合传热系数的计算公式。建立了高炉冷却壁热态试验系统,并在不同炉气温度和不同冷却水流速下进行了1∶1的铜冷却壁热态试验。根据热态试验结果,得到不同炉气温度下铜冷却壁热面复合传热系数值,该系数适用于相同试验条件下所有型号的铜冷却壁。     

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114.45 MPa,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0.13 mm,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.      

变渣皮厚度条件下铜冷却壁应力分布规律及挂渣稳定性

根据热弹性力学理论,建立了渣皮厚度可变的铜冷却壁热-力耦合应力场分布计算模型,从铜冷却壁本体和炉渣-镶砖界面应力分布的角度分析了煤气温度、冷却制度、镶砖材质和炉渣性质等因素对铜冷却壁寿命及挂渣稳定性的影响规律.计算结果表明:煤气温度的升高使铜冷却壁本体应力线性升高,同时挂渣稳定性减弱;铜冷却壁本体应力值及挂渣稳定性均随渣皮厚度增加而呈现先下降后上升的趋势,实际生产中渣皮厚度应维持在30~60 mm之间;冷却水流速的增大会导致铜冷却壁本体应力值小幅上升,但可使挂渣稳定性增强;冷却水温的提升可小幅降低冷却壁本体应力,但会显著降低挂渣稳定性;镶砖热导率的提升和炉渣热膨胀系数的减小均有利于降低铜冷却壁本体应力并增强挂渣稳定性.      

大型高炉铜冷却壁渣皮物相组成及性能分析

 高炉铜冷却壁热面形成的渣皮是保障冷却壁寿命的关键。基于高炉中修，针对铜冷却壁热面的渣皮进行实地取样，通过化学成分分析、XRD分析以及SEM EDS分析，并结合FactSage热力学计算及激光法导热分析，对大型高炉铜冷却壁表面形成渣皮的化学成分、微观形貌、高温性能和导热性能进行系统研究，探明了大型高炉铜冷却壁热面渣皮的物相组成和基础性能。结果表明，高炉铜冷却壁渣皮具有明显的分层结构，主要物相为二铝酸钙(CaAl4O7)、硅灰石(Ca2Al2SiO7)和钙长石(CaAl2Si2O8)等；通过FactSage软件计算渣皮熔化温度和黏度，发现沿着渣皮的生长方向，熔化温度降低，流动性降低；并通过传热计算得出合理渣皮厚度条件下的热流强度，从而为高炉生产实践提供理论指导。     

高炉冷却壁非稳态传热热态实验分析

 冷却壁安全工作是保证高炉长寿的基础。通过设计并建造冷却壁热态实验炉,研究了高炉铸铁冷却壁热面无渣皮和有渣皮时的非稳态传热过程,考察了不同炉气温度条件下冷却壁热电偶温度的变化规律。回归得到了炉气在升温阶段、稳定阶段、降温阶段时冷却壁热电偶温度随时间的变化关系式。计算得出了冷却壁热面在有无渣皮条件下的平均热流强度,回归得出了炉气平均对流换热系数随炉温的变化关系。结果表明,冷却壁热面在有渣皮时热电偶温度的变化速率显著低于无渣皮时的变化速率,冷却壁破损的主要原因是冷却壁温度的反复变化和渣皮的频繁脱落而产生的热应力。     

冶炼钒钛磁铁矿高炉的铜冷却壁挂渣分析

建立高炉铜冷却壁三维传热模型,利用有限元软件ANSYS进行稳态传热分析,研究了钒钛磁铁矿冶炼时挂渣特点。分析结果表明,由于含钒钛高炉渣铁珠含量高,使渣皮显著增厚导致渣皮稳定性下降。将铜冷却壁热电偶测量点温度控制在60～80℃,可以提高渣皮稳定性,保证铜冷却壁安全工作。在现有工艺条件下,把水速从2.3 m/s降低到1.5 m/s对挂渣影响很小。     

高炉炉墙热负荷的传热学分析和研究

应用传热学理论计算了冷却器设计参数，炉衬厚度，渣铁凝固层厚度以及对流换热系数对炉墙热负荷的影响。结果表明：高炉炉墙的热负荷与冷却水管直径，冷却水管间距和镶砖的导热系数成正比，与冷却水管距冷却壁热面的距离，镶砖厚度和面积成反林；改变冷却壁的设计参数虽然使炉墙的热负荷增大，但炉墙的热面工作温度却反而降低。这有利于保护炉衬。     

A new method for evaluating cooling capacity of blast furnace cooling stave

The detailed process of the heat transfer of the cooling stave in blast furnace (BF) has been systematically analyzed and the simplified mathematical model was constructed based on heat transfer theory. Precise definitions of the cooling capacity, stable working slag thickness and safe working slag thickness were put forward so as to evaluate the cooling capacity of cooling stave systematically. The results show that 95% of heat is carried off by cooling water through convection and the heat taken away through convective heat transfer between furnace shell and atmosphere only account for 5%. The entire heat transfer process can be divided into four modules and the cooling system is divided into three parts. The cooling capacity φ is defined and function curve of temperature of cooling stave hot surface T_b with changes of brick thickness is drawn and the safe working area and stable working area are put forward.     

高炉铜冷却壁传热分析

利用自行开发的冷却器计算机软件,计算了铜冷却壁温度场。计算结果表明：铜冷却壁能够有效地降低炉内一侧冷却壁热面温度,使其表面能够迅速凝固一层渣铁壳,从而减小炉墙热量损失和延长冷却器寿命,最终延长高炉寿命。     

高炉冷却壁的稳态传热计算

通过采用工种技术实丛建模,计算并分析高炉冷却壁的稳态传过程以及不同设计和工艺参数对它的影响。结果表明,影响冷却壁最高温度的因素依次为渣壳、冷却水速度、传衬厚度等。安装微型冷却器后,冷却壁最高温度可降低35％,铜冷却壁可使冷却壁却壁体最高温度降低77％。     

铜冷却壁炉墙内型管理传热学反问题模型

铜冷却壁要长期安全地工作，在其热面必须有渣皮覆盖；同时铜冷却壁的高导热能力很可能导致炉墙结瘤，因此，对炉墙监控有利于高炉长寿，同时也是实现长寿和高效的结合点。结合首钢高炉的现场实际情况，采用传热学反问题的方法，开发了铜冷却壁炉墙内型管理模型，对渣皮状况进行跟踪，从而为高炉操作提供依据和条件，有利于避免铜冷却壁裸露、炉墙结瘤等异常发生。