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。     

高炉冷却壁温度场的有限元分析

介绍了高炉冷却壁温度场有限元分析方法。利用ANSYS软件,对冷却壁进行了稳态温度场的模拟,分析了高炉冷却壁的温度场及温度载荷,以及冷却壁中水流速度及炉衬材料等对冷却壁温度的影响。分析结果为冷却壁的使用和维护提供了理论参考。     

对高炉冷却壁设计参数的探讨

通过炉衬、冷却壁、炉壳等与炉内温度之间的传热计算，对冷却壁的设计参数进行了搪塞分析，并提出了推荐的冷却壁设计参数。     

传热模型对炉衬设计与粘渣护炉关系的分析

通过建立耐火材料炉衬的传热模型，分析了炉衬内不同材料间厚度，导热系数、温度与粘渣层性能、厚度间的关系，认为在选择炉衬结构时，必须考虑炉衬的渣耗附性能，适当增加法的厚度，同时注意调整砖的导热系数与结构，以利于延长炉衬使用寿命，降低维持炉衬长寿运行的成本，模型设立有利于转炉粘渣护炉及高炉钒钛护炉技术下炉衬结构设计的合理改进。     

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.     

高炉陶瓷杯复合炉衬的应用

对陶瓷杯复合炉衬的应用情况进行了总结，并对陶瓷杯炉衬材料的性能、厚度选择和砌筑方法进行了分析，认为：陶瓷砖要具有良好的抗铁水渗透性、冲刷性、耐磨性和较低的导热性，厚度为230～345mm；炭砖要具有良好的抗铁水渗透性，较高的导热性，厚度是陶瓷砖厚度的2.0～2.5倍；陶瓷砖与炭砖之间、炭砖与冷却壁之间不需要留捣料层。     

结构参数对高炉铸钢冷却壁温度及热应力分布的影响

通过采用ANSYS有限元分析软件,计算并分析了高炉冷却壁稳态传热过程及不同结构参数(冷却水管形状及直径、冷却水管间距、冷却壁镶砖厚度、冷却壁壁体的厚度)对冷却壁最高温度及热应力分布的影响。并在此基础上探讨了冷却壁结构的改进方向,为冷却壁结构的优化提供了理论依据。     

带凸台冷却壁温度场的数值模拟

开发了一个三维柱坐标系下冷却壁传热的计算机软件，应用该软件在给定的假设条件下研究了高炉带凸台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和耐火材料温度分布的影响，以及冷却壁设计弧形半径的作用。     

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。     

铜钢复合冷却壁稳态传热分析

建立了铜钢复合冷却壁的稳态传热模型,利用ANSYS单元生死方法模拟冷却壁表面渣皮熔化行为,分析冷却壁温度分布、渣皮厚度及热负荷。结果表明:复合冷却壁附近炉气温度是影响其传热行为和渣皮厚度的主要因素;渣皮在冷却壁表面分布不均匀,随着炉气温度升高渣皮不均匀性逐渐增加;提高水速和全铜质壁体可以有效降低壁体温度,但对热负荷、渣皮厚度影响较小;在炉气温度1 200~1 400℃范围内,复合冷却壁的铜壁最高温度为125℃,承受热负荷达到82.8 kW/m2,能够满足高炉高负荷区的冷却要求。     

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％。     

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.      

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.     

Critical Heat Flux of Blast Furnace Hearth in China

The critical heat flux surveys of thirteen Chinese blast furnaces were carried out.The mathematical model of hearth bottom was established and the temperature field was simulated by utilizing the method of inverse problem based on the collected parameters and temperature data.The critical heat flux and dangerous critical heat flux of hearth were defined and analyzed as well as the initial and investigative critical heat flux of hearth,and the influences of thermal conductivity and residual thickness of carbon bricks on critical heat flux were discussed.The relationships between critical heat flux of stave and hearth bricks were also compared.It is found that the dangerous critical heat flux of these blast furnaces ranged from 9.38 to 57kW/m2.Therefore,there was no uniform critical heat flux of hearth due to the structure design,refractory materials selection,construction quality of hearth and other factors.The heat flux should be lower than the critical heat flux with corresponding thickness of carbon bricks to control the erosion of hearth.The critical heat flux of stave would be much lower than that of hearth bricks with the air gap.However,the critical heat flux of stave should be higher than that of hearth bricks when gas existed between furnace shell and staves.     

冷却壁材料对壁体温度的影响

以有限元为手段 ,采用ANSYS软件包构建 3D模型 ,充分考虑冷却壁传热的边界条件 ,对不同材质冷却壁温度场进行了分析 ,此分析可为冷却壁的长寿化设计和材料选用提供参考 ,具有一定的实用价值。     

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.     

Long Campaign of BF with Overheating-Free Cooling Stave

NowmostofBF (BlastFurnace)operatorsbe lievethatcampaignlifeofBFisnotmainlydeter minedbyrefractorylining ,butbycoolingap paratus[1] .Therefractoryliningcanbewornoutwithinfewyears .Ifthecoolingapparatuscankeepalongtime ,andthefrozenironandslagskullcanre newitselfandstandforever ,itbecomespermanentlining .ItissurethattheBFoperationcanbeinanunstablestate ,todaytheskullmeltsdown ,butto morrowitcanbefrozenagain ,i e .,anewlayerofliningisformed .Asforthecoolingapparatus ,ifthehotsurfacetemperatur…