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。     

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。     

高炉冷却壁与炉气之间的换热特性

 基于边界条件替换方法建立了高炉冷却壁本体和捣打料与炉气之间的换热系数计算模型。用试验测量冷却壁近热面温度来推算冷却壁热面温度，与冷却壁温度场计算模型结合，确定了炉气温度在500~1 248 ℃范围内，高炉冷却壁与炉气之间的换热系数。结果表明，本模型的计算值与前苏联学者的试验结果吻合。     

湘钢1号高炉铜冷却壁破损机理研究

湘钢1号高炉铜冷却壁的主要破损形式是水管断裂和完全熔损。通过对破损铜冷却壁取样分析,初步探讨分析了铜冷却壁的破损机理。认为,原燃料变化频繁和高炉操作不稳定等原因导致渣皮不稳,铜冷却壁热面长时间暴露在高温煤气和炉料中,使铜冷却壁产生较大应力,在水管部位产生剪切力使水管断裂,而水管断裂后,采用卡死水管或穿金属软管等方式的冷却效果都较差,所以在铜冷却壁破损后期破损加剧,使得大量的铜冷却壁完全熔损。     

基于ANSYS的高炉铸钢冷却壁传热分析

运用大型有限元通用软件ANSYS,对高炉铸钢冷却壁稳态工况进行传热学分析。同时根据计算结果,分析了冷却壁在稳定工作状态下的温度、热流以及温度梯度的分布情况。通过分析可以找出冷却壁工作中需要注意的地方,为今后冷却壁的维护和设计提供参考。还讨论了冷却水管水垢对高炉铸钢冷却壁温度场的影响。结果表明,水垢每增加1mm厚,会使冷却壁热面温度升高约60℃。     

冷却工艺对高速连铸结晶器传热的影响

 为了分析冷却水的供水工艺对结晶器铜壁和冷却水温度场的影响,基于结晶器铜壁热电偶实测温度,构建铸坯/铜壁传热反问题和铜壁/冷却水正问题数学模型,采用ANSYS建立铸坯/铜壁/冷却水数值分析模型,对薄板坯结晶器温度场进行耦合传热分析,解析不同冷却工艺对高速薄板坯连铸结晶器内传热行为的影响。结果表明,水缝内冷却水流动方向对铜壁温度场具有显著影响,采用自上而下“反向供水”,比常规冷却工艺时铜壁热面温度峰值降低117 ℃,铜壁侧冷却水最高温度降低24 ℃,有效改善铜板工作状态,抑制冷却水局部沸腾趋势。提高冷却水速度可以进一步降低铜壁和冷却水温度,冷却水温度对铜壁温度场影响较小。     

冷却壁热态试验的热电偶测温误差分析

 在冷却壁热态试验中，钻孔对测点温度场会产生干扰。利用ANSYS软件，采用数值模拟的方法研究了钻孔的深度、钻孔的直径、冷却壁壁体导热系数以及冷却壁热流密度对钻孔偏差的影响，分析了测量误差、钻孔偏差、试验偏差之间的关系。研究结果显示，由于钻孔的存在，使得测点温度高于没有钻孔的实际温度，且在相同条件下，铜冷却壁的热电偶总体误差远远小于铸铁冷却壁，提出降低总体误差的有效方法。     

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。     

铸钢冷却壁的热态试验研究和数值计算

在铸钢冷却壁中不同深度不同位置安装了60支热电偶,通过热态试验的方法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,对其应变分布进行研究,利用ANSYS计算软件对肋的高度和镶砖热导率情况进行了计算.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-500×10-6左右,四周平均应变在-300×10-6左右;对2号水管进行了热阻分析,证实了冷却水管与基体之间熔合充分,不存在气隙;验证了铸钢特殊的屈服现象,在热冲击后应变分布得到明显改善.数值计算结果显示,降低肋的高度后,热面最高温度迅速下降,采用较高热导率的耐火材料后,热面最高温度有所下降,但效果不是十分显著.     

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℃。     

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.      

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。     

高炉铜冷却壁取样研究及破损原因分析

 在整个高炉结构中,炉身下部至炉腰炉腹位置是影响高炉寿命最薄弱环节之一,铜冷却壁应用该区域可形成“渣皮”作为永久性炉衬,有效延长高炉中部寿命,实现了高炉高效和长寿的统一。然而,在生产实践中渣皮频繁脱落,铜冷却壁热面裸露,导致铜冷却壁大面积破损,严重影响生产。针对鞍钢某高炉铜冷却壁破损情况进行了简单的介绍;采用金相分析、扫描电镜及能谱分析和化学分析方法,对破损的高炉炉腰段铜冷却壁进行取样研究。研究结果表明：在高炉内服役过程中,铜冷却壁中氧含量偏高,在受到高温煤气流冲蚀后,在其热面产生了“氢脆”现象,这是造成铜冷却壁破损的根本原因。提出了防止铜冷却壁破损的建议。     

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。     

高炉铜冷却壁温度场数值模拟及其挂渣分析

针对高炉炉墙结构复杂,铜冷却壁热面工况难以直接检测的问题,采用有限元分析技术,建立高炉炉腰下部区域炉墙三维稳态传热模型,并对不同工况下炉墙温度场分布进行仿真。通过结合仿真结果和现场可检测数据,不断修正热面边界条件,推算出铜冷却壁热面挂渣厚度,为高炉操作提供必要的信息和可靠的指导。     

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.     

太钢3号铜冷却壁高炉定检快速恢复实践

 太钢3号高炉在炉腰至炉身下部安装了4层铜冷却壁,由于铜冷却壁的高导热性,使3号高炉在定检恢复时,多次出现渣皮脱落,热负荷波动频繁,严重时出现炉凉、崩料和煤气流失常等事故。针对定检后炉况难恢复的特点,3号高炉通过制订详细的定检休、送风计划,在送风后按目标节点恢复风、氧量,并对喷煤、风温、燃料比、渣铁热量和渣铁排放等进行量化控制,实现了定检35 h以上,20～24 h的成功快速恢复。