高炉铜冷却壁的热变形

根据某高炉使用的镶砖铜冷却壁建立了全尺寸三维模型.以有限元为手段,采用热、结构耦合的方法计算了高温状态下铜冷却壁的应力和应变,计算结果与热态实测数据基本吻合.计算结果表明:铜冷却壁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很快产生裂纹.通过计算比较得出,铜冷却壁在高炉中的热变形趋势不仅与其温度分布有关,也与安装冷却壁的方式和定位销位置有关,计算结果为高炉铜冷却壁的安装设计提供了依据.     

高炉铸钢冷却壁传热和结构的影响因素分析

运用有限元软件ANSYS，建立高炉铸钢冷却壁传热数学模型，并对模型的稳态工况进行仿真计算。同时根据计算结果，讨论了冷却水管水垢厚度、气隙层厚度和炉渣厚度三因素对高炉铸钢冷却壁的温度场和热应力的影响。结果表明，这三个因素对冷却壁的性能都具有很大的影响，在冷却壁的设计和高炉操作中必须引起重视。     

高炉铸钢冷却壁温度场的数值模拟

建立了高炉铸钢冷却壁的有限元模型,确定了冷却壁温度场模拟的初始条件和边界条件。利用有限元软件ANSYS作为分析工具,在不同炉气温度和不同冷却水速的条件下,对铸钢冷却壁的温度场进行模拟。结果表明:冷却水速为1.5 m/s时,铸钢冷却壁在800℃时热面温度为377.1℃,冷热面温差为193.4℃;1 200℃工作条件下,热面温度为557.4℃,冷热面温差为294.7℃。冷却水速为3.0 m/s时,铸钢冷却壁在800℃时热面温度为332.3℃,冷热面温差为208.9℃;1 200℃工作条件下,热面温度为489.4℃,冷热面温差为317.4℃。炉气温度对铸钢冷却壁热面温度和冷热面温度差影响要较冷却水流速大得多。提高冷却水流速虽可降低热面温度,但同时增加了冷热面温差和冷却壁的热应力,对冷却壁的寿命有不利影响。     

基于传热的铸钢冷却壁温度预测智能仿真方法

从高炉状态下的铸钢冷却壁复杂传热过程中提炼出以冷却水流速、水温和冷却壁本体上某一固定测点温度值为参数的简单传热关系式,并将其与神经网络技术相结合,提出了铸钢冷却壁温度预测仿真模型.通过实验数据与仿真模型的输出对比,证明这种基于模型的冷却壁温度预测智能仿真方法不仅结构简单,而且准确可靠.该仿真方法可用于在线监测冷却壁状况.     

铜/钢双金属复合冷却壁及其制造技术的新进展

铜优异的导热能力赋予了铜冷却壁热应力小、稳定与再生渣层能力强、热流冲击抗力好等一系列优势,代表了高炉冷却壁材料的发展方向,但其价高强度低易变形的问题限制着其推广应用。解决这些问题的有效途径是采用铜/钢双金属复合材料制造冷却壁。铜/钢复合冷却壁充分发挥了铜优异的导热能力和钢良好的综合力学性能,而成本降低约40%。半固态/固态连续浇注流变复合法是最具发展前途的制造方法。模拟计算和初步装炉试用结果证明,铜/钢复合冷却壁可以取得与纯铜冷却壁同样的使用效果。今后需加强铜/钢复合冷却壁的结构尺寸优化设计、服役特性以及复合品质的稳定可靠性研究。     

基于Fluent软件的高炉冷却壁结构优化

基于Fluent软件,建立高炉冷却壁三维稳态传热模型,通过对不同结构参数下的铸铁冷却壁温度场的计算,分析了水管直径、水管中心线距冷却壁热面距离、槽深度、壁体厚度等因素对高炉冷却壁温度分布的影响。计算结果表明:在一定范围内,增大水管直径、减小水管中心线距冷却壁热面距离、减小槽深度、减小壁体厚度都可以降低冷却壁热面温度,延长冷却壁寿命。优化后的冷却壁与原冷却壁相比,相应的冷却壁热面温度降低了51.2℃,冷面温度降低了14.0℃,冷热面温差降低了37.2℃,冷却性能有较大幅度的提高。     

高炉冷却壁热态试验研究

设计并建造了冷却壁热态试验系统,对铸钢冷却壁和球墨铸铁冷却壁的换热效果进行了工业模拟试验。在冷却水流速为3.0m/s、温度为30℃、炉内温度为1200℃时,铸钢冷却壁和球墨铸铁冷却壁的热面温度分别为：305℃和683℃,冷热面温差分别是：148℃和308℃;进水温度为40℃,铸钢冷却壁和球墨铸铁冷却壁热面温度分别是446℃和795℃。结果表明：球墨铸铁冷却壁热面温度高于相变温度,内部温度梯度较大,换热效果较差。铸钢冷却壁热面温度远低于相变温度,内部温度梯度较小,换热效果好,有利于提高冷却壁寿命。     

变渣皮厚度条件下铜冷却壁变形

根据热弹性力学理论,建立渣皮厚度可变的铜冷却壁热-力耦合应力场分布计算模型,从铜冷却壁在不同渣皮厚度条件下的变形情况这一角度分析煤气温度、冷却制度、镶砖材质和炉渣性质等多种因素对铜冷却壁寿命的影响规律。计算结果表明:冷却壁本体变形随煤气温度的升高而线性增加;随着渣皮厚度的增大,冷却壁本体的变形量先减小后增大,渣皮厚度约为20 mm时冷却壁本体变形最小;冷却水流速的增大对降低冷却壁变形量有显著作用,而冷却水温度的升高会使冷却壁本体的变形量显著增大;提升镶砖热导率可明显减小冷却壁本体变形,而增大镶砖热膨胀系数会明显增加壁体变形量;炉渣热膨胀系数越小,铜冷却壁本体变形越小。     

72AU2热轧带钢塌卷问题温度场及应力场耦合分析

以首钢热轧72AU2带钢卷取后的冷却过程为研究对象,借助有限元模拟软件ABAQUS采用顺序耦合的方式对钢卷卷取后的温度场及热应力场进行了研究。首先,对热轧钢卷冷却过程进行传热分析,建立了热轧钢卷冷却过程中的温降模型。模拟计算表明,钢卷在冷却过程进行约50 min后达到温差最大值206 ℃,随着冷却进行冷却最慢点从径向靠近内径44%处移动到了26%处。随后模拟得到了钢卷冷却过程中的热应力场状态,冷却过程中钢卷最大的Mises应力为680 MPa,冷却后最大残余应力为382 MPa;通过观察钢卷各部位的组织,得出钢卷冷却后边部珠光体含量高于心部,导致不均匀膨胀。     

Ni-Cr/陶瓷连接界面残余应力有限元分析

采用有限元法分析Ni-Cr合金与陶瓷连接冷却过程中界面残余应力形成的大小和分布特征.结果表明,Ni-Cr合金与陶瓷存在较大的线膨胀系数差,在界面间会产生较大的残余应力,并因为边缘效应在拐角处产生应力集中,残余应力最大值出现在Ni-Cr/陶瓷界面的近瓷侧,可达131 MPa.Ni-Cr/陶瓷界面残余应力σz较大值出现在Ni-Cr/陶瓷界面近瓷侧的狭小区域内,剪应力τzx的较大值出现在金/瓷界面,向合金和陶瓷两侧递减.采用钛中间层缓解了Ni-Cr/陶瓷界面残余应力,使残余应力向钛中间层转移,残余应力σz较大值出现在钛中间层,剪应力τzx最大值出现在Ni-Cr/Ti界面;随着钛中间层厚度增加,界面残余应力σz增大,剪应力τzx变化不大.