高炉渣皮厚度的传热分析

通过有限元软件ANSYS建立高炉冷却壁三维传热模型,利用单元生死技术创立渣皮熔化迭代方法,分析稳态下工艺参数对渣皮厚度的影响.分析结果表明:高炉内炉气温度对渣皮厚度的影响最显著,而冷却水水速影响很小;降低冷却壁气隙宽度可以有效改善高温炉气下的挂渣情况;冷却壁上的渣皮厚度与冷却壁热电偶测定点温度及热负荷之间存在明显的对应关系.采用熔化迭代方法建立的数学模型优化了冷却壁传热分析,能够直接计算不同条件下高炉冷却壁上渣皮厚度.     

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.     

大型高炉铜冷却壁渣皮物相组成及性能分析

 高炉铜冷却壁热面形成的渣皮是保障冷却壁寿命的关键。基于高炉中修，针对铜冷却壁热面的渣皮进行实地取样，通过化学成分分析、XRD分析以及SEM EDS分析，并结合FactSage热力学计算及激光法导热分析，对大型高炉铜冷却壁表面形成渣皮的化学成分、微观形貌、高温性能和导热性能进行系统研究，探明了大型高炉铜冷却壁热面渣皮的物相组成和基础性能。结果表明，高炉铜冷却壁渣皮具有明显的分层结构，主要物相为二铝酸钙(CaAl4O7)、硅灰石(Ca2Al2SiO7)和钙长石(CaAl2Si2O8)等；通过FactSage软件计算渣皮熔化温度和黏度，发现沿着渣皮的生长方向，熔化温度降低，流动性降低；并通过传热计算得出合理渣皮厚度条件下的热流强度，从而为高炉生产实践提供理论指导。     

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。     

高炉渣皮脱落分析

渣皮脱落是困扰高炉生产问题之一。它使炉墙及冷却壁热面温度急剧升降,产生很大的热震,使炉墙及冷却壁本体产生裂纹或侵蚀。渣皮进入炉缸后,导致炉温波动,甚至严重炉冷。边缘煤气分布较重是渣皮脱落的根本原因。适当发展边缘,能够消除渣皮脱落。     

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.     

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。     

基于铜冷却壁传热模型的高炉气流控制

对铜冷却壁的传热特性及高炉气流控制进行了阐述。针对当前高炉铜冷却壁寿命不理想和操作炉型不稳定,炉况波动大的现状,对铜冷却壁在有镶砖和无镶砖条件下的传热特性进行了阐述,并探讨了铜冷却壁高炉的气流控制问题。认为,在有镶砖的情况下,铜冷却壁不会出现温度过热,热冲击小、渣皮稳定性好,延长高炉铜冷却壁寿命的关键在于延长镶砖的寿命;控制好边沿气流强度,防止渣皮频繁脱落并减小热震,可延长镶砖的寿命;控制边沿气流可用铜冷却壁的温度来判断,以高于供水温度5~10℃,低于60~70℃为宜。     

首钢股份高炉铜冷却壁使用维护技术

简要分析了铜冷却壁的破损形式和破损机理,并结合首钢股份3座高炉操作实践,重点总结了铜冷却壁使用维护技术。铜冷却壁使用维护技术的关键是铜冷却壁热面必须要有一定厚度的渣皮,而要维持稳定且有一定厚度渣皮,一是炉外要强化冷却效果,二是炉内要维持良好的挂渣环境。首钢股份高炉通过控制合理的冷却水进水温度、冷却水流量和边沿煤气流分布等,投产多年以来实现了铜冷却壁零损坏的良好业绩。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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.     

铜冷却壁炉墙内型管理传热学反问题模型

铜冷却壁要长期安全地工作，在其热面必须有渣皮覆盖；同时铜冷却壁的高导热能力很可能导致炉墙结瘤，因此，对炉墙监控有利于高炉长寿，同时也是实现长寿和高效的结合点。结合首钢高炉的现场实际情况，采用传热学反问题的方法，开发了铜冷却壁炉墙内型管理模型，对渣皮状况进行跟踪，从而为高炉操作提供依据和条件，有利于避免铜冷却壁裸露、炉墙结瘤等异常发生。     

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。     

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。     

基于热态实验的冷却壁传热分析

建立了高炉铸钢冷却壁传热数学模型,并通过热态实验验证数学模型,进而根据所建模型对冷却壁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、气隙层厚度对高炉铸钢冷却壁温度场的影响.结果表明:这两个因素对冷却壁的性能都具有很大的影响,在高炉操作和冷却壁的设计制造中必须重视.