影响高炉冷却壁冷却性能的若干因素分析

基于商业软件FLUENT,建立高炉冷却壁三维稳态传热模型,通过对铸铁冷却壁温度场的计算,分别研究了水管间距、水管直径、冷却水温度、椭圆形水管椭圆度等因素对高炉冷却壁温度分布的影响。     

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。     

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.     

高炉铸铁冷却壁极限热负荷的传热分析

通过建立高炉铸铁冷却壁的三维传热模型,应用渣皮熔化迭代方法分析冷却壁温度场,确定不同条件下冷却壁的极限热负荷,讨论了高炉冷却壁的结构和冷却工艺对极限热负荷的影响.结果表明,冷却水速度(2～4m/s)对极限热负荷影响较小,水管与壁体间的气隙降低了铸铁冷却壁冷却能力;冷却水管直径由φ48 mm增加到φ70 mm,可以使极限热负荷提高45%.     

椭圆水管铸铁冷却壁结构优化研究

基于有限元ANSYS软件,采用数值模拟的方法,分析了炉气温度、壁体厚度、水管间距、水管直径及水管椭圆度对椭圆管型铸铁冷却壁传热效果的影响,以及其对炉气的适应能力。结果表明:水管短长轴之比越小,即水管越扁,炉气温度对椭圆管型冷却壁传热影响越小。从冷却壁的传热角度考虑,冷却壁的椭圆管最佳短长轴之比为0.2~0.7,且越小越好。     

椭圆水管冷却壁对流换热与阻力特性研究

采用数值模拟的方法对冷却壁内等周长的椭圆水管管内换热和阻力特性进行研究,通过对椭圆水管内冷却水的进出口压力、速度和温度变化以及单位时间带走热量的讨论,引入综合换热效率,得出椭圆水管管内阻力系数和综合换热效率随短长轴之比的变化规律。计算结果表明:水管越圆,达到相同进口速度需要的压力差越小,冷却水进口速度相同时出口速度缓慢增大,冷却水管的阻力系数不断减小;同时,相同进口速度条件下冷却水的进出口温差越小,冷却水单位时间带走热量增加但幅度很小,椭圆水管内冷却水综合换热效率逐渐提高。从阻力损失和综合换热效率考虑,冷却壁采用等周长的椭圆水管时,短长轴之比在0.4~0.7较合适,且应适当增大进口速度来提高综合换热效率。     

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.     

冷却水管表面合金化球墨铸铁冷却壁的热态实验研究

为了满足高炉长寿的需要，开发了一种具有高冷却性能的铸铁冷却壁。热态实验结果表明，这种铸铁冷却壁的冷却能力明显大于普通铸铁冷却壁，能够承受100kW／m^2的热流密度。由于该种冷却壁具备冷却能力大、造价低等优点，因此有着很好的工业应用前景。研究认为，在炉腹及炉身下部高热负荷区使用铜冷却壁，炉身中、上部正常热负荷区使用冷却水管表面合金化铸铁冷却壁，可以实现炉腹、炉腰冷却壁寿命与其他部位冷却壁寿命同步的高炉长寿目标。     

鞍钢大型高炉炉缸冷却水需求量的计算分析

采用按流体分布状态和所允许最大热流强度的方法,对鞍钢3200m~3高炉炉缸冷却水需求量进行了计算,并就冷却水流速、水管直径和气隙参数对冷却壁热面温度影响进行了分析。认为鞍钢3 200m~3高炉炉缸冷却壁用φ50mm×6mm水管和1250m~3/h的冷却水量,对冷却强度和系统回路阻损的设计都是偏小的。     

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。     

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.     

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。     

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。     

高炉炉身中上部铸铁冷却壁稳态传热分析

基于传热学和有限元分析基本原理,通过ANSYS有限元分析软件,对高炉炉身中上部两种铸铁冷却壁模型进行了稳态传热分析,并在相同工况下分别对两种冷却壁进行内侧、外侧、水管区截面温度场分布比较,为优化铸铁冷却壁在高炉设计中的合理配置,提高铸铁冷却壁使用性能提供了参考和依据。     

高炉冷却壁冷却比表面积的表征方法

对高炉冷却壁冷却比表面积的两种表征方法进行了分析,认为采用冷却壁中心线与高炉中心线的距离R_s来确定冷却比表面积更合理;对于斜炉壳设计的炉缸结构,建议采用"象脚"部位异常侵蚀区的参数来计算冷却比表面积。计算结果表明:对于1800 m~3、2500m~3和3200 m~3高炉而言,冷却壁采用φ76×6水管与更小规格水管相比优势明显;对于采用φ76×6和φ80×6水管的铸铁冷却壁,推荐水管间距分别是≤238 mm和251 mm。     

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。     

埋纯铜管式铸铜冷却壁热态试验研究

对埋纯铜管式铸铜冷却壁进行了热态试验,重点考察预埋水管和本体之间的结合度(即两者之间是否存在气隙层).根据试验结果,并结合热阻分析和实体解剖,证明埋纯铜管式铸铜冷却壁的壁体与冷却水管实现了无气隙冶金熔合,认为埋纯铜管式铸铜冷却壁具备了良好的冷却能力.     

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.     

高炉用铜-钢复合冷却壁传热及力学性能分析

采用热力耦合方法研究了铜层厚度和冷却水道间距对铜-钢复合冷却壁温度及应力分布的影响.以1∶1比例铜-钢复合冷却壁进行了热态试验,测试了铜-钢复合冷却壁温度分布,计算了热态试验条件下铜-钢复合冷却壁的温度分布,计算结果与试验结果基本吻合.计算结果显示,铜-钢复合冷却壁铜层厚度增加,壁体最高温度和最大等效应力减少,铜层厚度上限值为70mm;冷却水道间距减少可以降低壁体最高温度和最大等效应力,当冷却水道间距小于220mm时,减少冷却水道间距对降低壁体最高温度和最大等效应力作用较小.铜层厚度为60mm,冷却水道间距为220mm的铜-钢复合冷却壁在高炉热负荷较高区域工作不易发生塑性变形损坏.     

冷却通道截面形状对高炉铜冷却壁的影响

在传热学理论分析的基础上提出了优化高炉铜冷却壁水流通道断面设计的方法,通过1：1热模拟试验验证了冷却壁本体与冷却水之间传热量的关系.采用优化后的复合扁孔型水流通道,可以降低冷却水消耗量24%,同时可将铜冷却壁的厚度减少20 mm,而且优化后的铜冷却壁对降低冷却水流速和改善传热具有重要意义.