高炉铜冷却壁热态试验与传热性能优化

 通过1∶1的实际高炉铜冷却壁的热态试验,证明复合扁孔形冷却水通道的铜冷却壁不但可满足高炉正常生产的需要,还具备较强的冷却能力和节水等优点。建立了铜冷却壁三维数学模型,通过数值模拟方法,对比多种形状冷却水通道的铜冷却壁的热态特性,分析和优化了复合扁孔形通道铜冷却壁的传热性能。     

薄 型 铜 冷 却 壁 的 热 性 能

 为了降低高炉铜冷却壁的造价,开发了一种厚度为90 mm的薄型铜冷却壁。通过热态试验测量了高温下冷却壁的温度分布和冷面应变分布,通过数值模拟计算了冷却壁的温度场和应力应变场。热态试验和数值模拟结果符合较好。研究结果表明,薄型铜冷却壁能承受的最大热负荷为220 kW/m2,在高炉炉况下的基体温度以及由此产生的热应力都不足以使其破坏,满足长寿高炉的要求。     

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.      

高炉铜冷却壁热面状况智能监测研究

针对南钢二号高炉的实际情况,对炉腰及炉腹新型铜冷却壁进行了传热分析和智能监测。借助冷却壁筋肋和本体的测点温度,并将人工神经网络技术引入高炉冷却壁数值仿真,采用冷却壁传热分析与人工神经网络结合的方式,使得仿真软件在对错综复杂的实际对象特性进行认知和模拟时具备一定的智能,实现了对冷却壁热面最高温度以及冷却壁热面炉渣厚度的预测,从而使高炉操作者对炉形状况及趋势一目了然。     

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。     

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.     

热面局部高温下高炉冷却壁智能监测试验研究

为了监测冷却壁热态状况,延长高炉寿命,将人工智能仿真技术引入到冷却壁数值仿真中,建立了基于传热数学模型与人工智能技术结合的高炉冷却壁系统智能仿真模型.基于传热模型及试验测试数据,探讨了冷却壁热面局部高温状况下,热面最高温度与监测点(1～5个监测点)之间的基本传热数学模型.利用试验数据,对冷却壁智能监测模型进行了训练,提...     

异常炉况下高炉铜冷却壁热态试验与数值模拟

在高炉铜冷却壁热态试验的基础上,建立铜冷却壁三维模型,模拟高炉正常生产时出现断水、低水速和较高炉气温度等异常炉况时铜冷却壁温度场分布。     

宝钢3号高炉冷却壁破损机理的热态试验研究

模拟宝钢３号高炉冷却壁的实际工作条件下,建立了国内第一台大型冷却壁热态试验炉。通过测量进行温度,进水速度,炉气温度及热冲击等条件对光面冷却壁热面温度的影响,分析了宝钢３号高炉带凸台冷却壁损坏的主要原因。     

薄型铜冷却壁的研发

为了降低高炉铜冷却壁的造价,开发了一种厚度为90mm的薄型铜冷却壁.通过热态试验分别测量了冷却壁热面直接裸露在高温炉气下以及热面挂上30mm后的渣皮两种情况下冷却壁的温度分布,并与普通铜冷却壁的试验结果进行了比较.结果表明:薄型铜冷却壁热面温度略低于普通铜冷却壁,且能有效降低角部温度,能满足高炉长寿的要求.     

高炉冷却壁非稳态传热研究

研究了铸钢、球墨铸铁和纯铜3种不同材质高炉冷却壁的非稳态传热过程。考察当高炉煤气温度分别为指数型和周期型变化时,冷却壁壁体温度场的变化情况。并根据不同材质冷却壁在非稳态工作过程中的表现,讨论这3种冷却壁的性能优劣。结果证明,铜质冷却壁是理想的长寿冷却壁,其性能明显优于铸钢和球墨铸铁冷却壁,并且这种优势在非稳态传热过程中表现的更为突出。同时铸钢冷却壁优于球墨铸铁冷却壁。     

Experimental and operational thermal studies on blast furnace cast steel staves

Abstract

The operating conditions of cast steel staves at Masteel blast furnace have been simulated to generate the temperature distribution under different operating conditions. The influence of the temperature and velocity of cooling water as well as the gas temperature of blast furnace on the temperature distribution of the cast steel stave was obtained. The main cause of stave damage is discussed. The result shows that cast steel staves possess better heat transfer ability and a lower temperature distribution field than nodular cast iron staves, but their performance is much less satisfactory than that of copper staves.     

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。     

高炉铜冷却壁热力耦合的有限元分析

为评估高炉铜冷却壁工作时的热应力分布,先对铜材料进行高温拉伸试验,获得不同温度下铜的弹性模量,为铜冷却壁热力耦合数值分析提供了基础数据。通过对高炉的整体分析,得到各段铜冷却壁的位移。在此基础上计算自由膨胀时各段联络管的位移,考虑相互连接情况,最终计算得到实际工作时铜冷却壁的温度及应力分布。热膨胀导致铜冷却壁产生的热应力小于材料屈服强度,但挤压造成水管根部平均应力上升会导致疲劳失效。     

Transient Heat Transfer Analysis of Blast Furnace Cooling Staves

The capability of cooling staves is crucial for a long campaign life of blast furnaces (BF). Transient heat transfer analysis of blast furnace cooling staves made of copper, cast steel, and ductile cast iron are performed. Moreover, the temperature field variations of cooling staves according to different distributions of gas flow temperature are studied. A discussion of cooling staves made of the three different materials is given based on their performance during the transient heat transfer process. The results indicate that copper staves are suited for a long campaign life, as their performance is much better compared to cast steel and ductile cast iron staves especially during unsteady heat transfer. Moreover, the capacity of staves made of cast steel is better than that of ductile cast iron.