结构参数对高炉冷却壁温度场及热应力分布的影响

采用有限元分析软件ANSYS计算并分析了不同结构参数(冷却水管形状和直径、冷却水管间距、冷却壁镶砖厚度及冷却壁壁体厚度)对冷却壁最高温度及热应力分布的影响.结果表明,影响冷却壁最高温度的因素由强到弱依次为:管间距→内径→壁厚→嵌砖厚度→水管形状.     

高炉铸钢冷却壁最佳结构的传热学分析

采用通用有限元软件ANSYS计算了300 m3高炉铸钢冷却壁的温度场和应力场,数值分析铸钢冷却壁冷却水管内径、间距、壁体厚度、镶砖厚度以及冷却水流速对冷却壁热面最高温度和热应力的影响.导出了高炉铸钢冷却壁的初步优化结果:冷却水管间距200 mm,水管内径20 mm,壁体厚度为180 mm,镶砖厚度为70 mm,与之相匹配的冷却水流速为2.0 m/s.     

合金化管铸铁冷却壁内冷却水管的变形研究

根据合金化管铸铁冷却壁热态试验数据确定了合金化管铸铁冷却壁温度场数值模拟的边界条件,利用ANSYS软件、采用热-结构耦合的方法计算了高温状态下合金化管铸铁冷却壁内钢质冷却水管的变形,分析了气隙层和水管热变形对合金化管铸铁冷却壁寿命的影响,得出保证合金化管铸铁冷却壁长寿的最佳气隙层厚度和相应的最佳使用热负荷.     

高炉冷却壁冷却水管管形研究

利用数值模拟的方法分析了冷却水管的截面形状与布置方式对冷却壁散热的影响;辅之以水力学试验,分析水管结构的阻力特性.分析结果表明:圆形水管内接方式是适用铸钢冷却壁的最佳方案;铜冷却壁可采用椭圆形水管,水管的长短轴比为0.8的结构能够同时达到提高冷却壁的冷却性能和节约冷却水的目的.研究结果表明:此研究可以为高炉冷却壁及冷却水管的优化提供技术支持.     

高炉冷却壁传热研究

通过传热计算，讨论了冷却壁厚度、镶砖材质、镶砖面积和厚度及方法对冷却寿命的影响。还对其它因素如冷却水管直径与间距、冷却水流速度与水温、高炉内温度与炉衬厚度等冷却壁寿命影响进行详细计算和比较。     

冷却水管管形变化下的高炉冷却壁传热分析

建立了铸钢冷却壁的三维传热和热应力的数学模型,采用通用有限元软件ANSYS计算了冷却壁的温度场和应力场。计算结果表明：冷却水管由圆管改为椭圆管后,冷却壁热面最高温度和热应力升高不大,为冷却水管由圆形改成椭圆形提供了理论依据,由于椭圆水管截面积减少,就可以减少壁体厚度和大量节约冷却水量,从而达到降低炼铁成本的目的。     

高炉小模块非金属冷却壁设计参数

小模块冷却壁是将性能优异的耐火材料直接浇铸在平行排列的冷却水管上而形成的一种新型冷却设备。采用ANSYS软件建立了小模块冷却壁温度场计算模型,利用该模型计算了炉气温度为1200~1600℃、冷却水流速为0.5~2.5m/s条件下壁体材质导热系数、水管材质、水管直径、水管间距、冷却水流速及工作环境温度等条件变化时小模块冷却壁的温度分布状况。结果表明,小模块冷却壁对炉气温度变化的适应能力较强,壁体材质导热系数、水管间距、壁体厚度对小模块冷却壁传热性能影响较大,而水管直径、水管材质及水流速的影响较小。     

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。     

高炉铸钢冷却壁冷却水管的优化研究

针对建立高炉铸钢冷却壁的三维传热和热应力模型,采用通用有限元软件ANSYS计算了高炉铸钢冷却壁的温度场和应力场,通过数值计算分析了高炉铸钢冷却壁冷却水管形状对冷却壁热面最高温度和热应力的影响。计算结果表明：冷却水管改圆管为椭圆管后,冷却壁热面最高温度有所下降。当椭圆管横截面与圆管相同并且长短轴之比为0．6时,最高温度降低了2．8％,热面最大热应力降低了7．5％。而周长不变的椭圆管降温效果并不理想,但长短轴之比为0．4时最大热应力降低了12．8％。综合考虑各因素,把圆管做成面积相同的长短轴之比为0．55～0．65的椭圆管,可以取得比较好的冷却效果。这对于减少冷却水流量,减薄冷却壁体厚度、降低炼铁成本也有重大意义。     

首钢股份高炉铜冷却壁使用维护技术

简要分析了铜冷却壁的破损形式和破损机理,并结合首钢股份3座高炉操作实践,重点总结了铜冷却壁使用维护技术。铜冷却壁使用维护技术的关键是铜冷却壁热面必须要有一定厚度的渣皮,而要维持稳定且有一定厚度渣皮,一是炉外要强化冷却效果,二是炉内要维持良好的挂渣环境。首钢股份高炉通过控制合理的冷却水进水温度、冷却水流量和边沿煤气流分布等,投产多年以来实现了铜冷却壁零损坏的良好业绩。     

铜冷却壁冷却恢复技术的传热过程

 铜冷却壁在正常状态时由于良好的导热性,在其热面形成稳定的渣铁壳,起到保护冷却壁的作用。近几年,高炉的铜冷却壁水管损坏时有发生,而当冷却壁水管损坏1或2根时,冷却壁能否继续正常工作值得研究。计算了铜冷却壁在水管完好和部分水管损坏时的温度场分布,发现单根水管损坏使热面温度急剧升高近110℃,加剧冷却壁烧损,需及时恢复冷却壁的冷却能力。通过用金属软管修复破损水管,分析了软管直径、水速、水管填料的导热系数等因素对冷却壁温度场的影响。结果表明,软管在允许条件下应选用较大内径,选取较大导热系数的填料。利用软管修复单个水管后,壁体最高温度下降约90℃,对于损坏少数水管的冷却壁能有效修复。     

利用冷却板修复铜冷却壁技术分析

铜冷却壁水管损坏时热面温度急剧升高,加剧冷却壁烧损。此时往往采用冷却柱恢复冷却能力,冷却柱为“点”冷却,冷却面积小且不易造衬。而利用冷却板代替损坏部位的冷却壁,容易形成平滑操作炉型,有利于高炉顺行。建立冷却板棋盘式布局模型,从冷却板间距、尺寸、冷却水速等方面分析炉壳表面以及冷却壁冷、热面的冷却中心温度,结果表明当煤气温度1500℃时,冷却间距从200mm增大到600mm,炉壳外表面冷却中心温度增高约230℃;冷却板水速从1m/s升至3m/s,炉壳外表面冷却中心的温度降低50℃左右;并与冷却柱比较发现,冷却板冷却效果明显强于冷却柱。     

Heat transfer analysis of blast furnace cast steel cooling stave

Abstract

Cast steel blast furnace (BF) cooling staves are widely used in the Chinese steel industry. A heat transfer mathematical model of a BF cast steel cooling stave has been developed and verified by thermal state experiments. Calculation of a cooling stave working under steady state has been carried out based on the model. Effects of two factors, thickness of scale on the cooling water pipes and gas clearance between the pipes and main body, which are difficult for experimental measurement but determined mathematically, on the temperature field of the stave body are discussed. The results indicate that much importance should be attached to the two factors during manufacturing of cooling staves as they highly influence cooling capability of cooling stave and hence BF operation.     

基于多目标优化设计的铸钢冷却壁结构优化研究

有限元法及最优化方法是工程分析最主要的两个数学工具,将两者有机结合起来,可以实现真正意义上的冷却壁性能优化计算机辅助设计。基于正交回归设计确定冷却壁的结构组合,利用大型有限元分析软件ANSYS对不同结构参数下的铸钢冷却壁进行三维稳态温度场及应力场计算,然后通过MATLAB多目标优化设计方法计算得到铸钢冷却壁的最优结构参数。计算结果表明,优化结构参数后的冷却壁比原冷却壁最高温度下降7．88％,最大热应力下降6．14％。     

宝钢3BF冷却系统优化及其成效

宝钢3BF冷却壁水管过早大量破损，对高炉操作和长寿构成很大威胁。通过对冷却系统的优化改造，采取提高冷却强度、改善水质等措施，取得明显成效，冷却壁破损明显减少，冷却水成本大幅度下降，炉体管网布局趋向合理；同时炉况更加稳定顺行，燃料比稳步下降，生铁成本下降。     

高炉冷却壁的传热学分析

应用传热学理论计算分析了高炉冷却水的稳定性,冷却水的水速,冷却水管与冷却壁本体的间隙及冷却壁的高度对长寿高效高炉冷却壁寿命的影响。     

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％。     

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。