高炉炉缸炭砖砌筑结构的传热学

 从传热学角度通过建立炉缸传热数学模型,分别对大块炭砖的炉缸结构和小块炭砖的炉缸结构进行了讨论。计算了它们在烘炉阶段和高炉开炉后炉缸砖衬的温度,发现了按照目前的烘炉规范进行烘炉,难以将炭砖与冷却壁间的填料烘干,填料的导热系数达不到设计值。填料的存在导致砖衬热面温度升高,致使砖衬侵蚀加剧。因此,在冷却壁与炭砖之间取消填料,让炭砖直接顶砌冷却壁具有明显的传热优势。对于使用小块炭砖的炉缸,可以直接将炭砖顶砌冷却壁,消灭填料对炉缸传热的限制影响;对于大块炭砖结构的炉缸,先采用部分小块炭砖顶砌冷却壁,在小块与大块炭砖间使用填料,将填料向高炉内部推移约200mm以上,烘炉阶段为了将填料烘干,冷却壁断水烘炉是必需的,为了保证冷却壁的安全,同时讨论了冷却壁断水烘炉应注意的问题。     

干熄炉内流动与传热过程数学模型的研究

根据多孔介质理论,采用非局域热平衡法,建立了干熄炉内流动与传热过程的一维在线控制数学模型,并采用数值计算方法对干熄炉内循环气体和焦炭温度沿炉高的分布规律进行了仿真计算,在验证数学模型正确可信的基础上,对干熄炉在不同产量条件下满足工艺要求的最佳气料比进行了数值仿真计算,所得结论对干熄炉的实际生产有重要的参考价值。     

辊底式高温固溶炉在线数学模型的开发及应用

为精确跟踪某公司新建辊底式高温固溶炉内钢板温度,详细研究了明火炉内炉气温度、钢板内部导热和炉内传热机制,建立了考虑炉段间耦合的炉气温度数学模型和钢板温度跟踪模型,采用FDM法对数学模型离散化,结合TDMA数值方法进行求解.在线应用结果表明所建立的数学模型简单、可靠,为钢板加热质量的控制提供了科学依据,提高了出炉温度命中...     

炉缸冷却壁对流换热系数计算及烘炉传热特性

 炉缸冷却壁冷却性能主要体现在冷却水与水管间的对流传热。因为工程上常用计算对流换热系数的经验公式不能满足不同的水流状态从而导致炉缸热应力分析误差较大，所以以某高炉炉缸结构为例，首先利用传热学准数方程推导出冷却水处于不同流动状态时对应的综合对流换热系数表达式，同时探讨了对流换热系数经验公式的适用范围；然后通过迭代计算推导出了冷却水处于层流状态下考虑衰减热阻时的综合对流换热系数表达式；最后对烘炉状态下炉缸侧壁传热模型进行瞬态传热与冷却分析，得到了微水烘炉甚至闭水烘炉的热工依据，可为初步制定高炉烘炉制度进行评估和完善。     

高炉烘炉质量的研究

高炉烘炉质量直接影响高炉长寿,通过建立炉缸炉底砖衬传热模型,以1 080m3高炉烘炉阶段炉缸炉底温度数据加以验证。分析了烘炉时间、烘炉温度、冷却强度等因素对冷却壁与炭砖间填料温度的影响。结果表明在0.5m/s冷却水作用下,对于目前普遍采用的最高烘炉温度(600℃),填料最高温度仅为44℃,远低于要求的烘干温度,不能实现较好的烘炉效果。烘炉过程中需要减弱炉缸冷却甚至停水烘炉,适当提高烘炉温度,延长烘炉保温时间;停水烘炉时冷却壁最高温度仅为158℃,远低于铸铁冷却壁的安全工作温度。考虑到烘炉时热风的氧化性气氛,保证陶瓷质耐火材料严密覆盖在炉缸炉底炭砖表面,防止开炉前炭砖氧化烧损。通过插入冷却壁与填料交界面的热电偶温度分析炉缸砖衬的升温及保温,进而判断烘炉效果;并根据高炉固有的砖衬结构及设备参数,制定与高炉相匹配的烘炉制度。     

高炉烘炉质量的研究简

 高炉烘炉质量直接影响高炉长寿,通过建立炉缸炉底砖衬传热模型,以1080m3高炉烘炉阶段炉缸炉底温度数据加以验证。分析了烘炉时间、烘炉温度、冷却强度等因素对冷却壁与炭砖间填料温度的影响。结果表明在0. 5m/s冷却水作用下,对于目前普遍采用的最高烘炉温度(600℃),填料最高温度仅为44℃,远低于要求的烘干温度,不能实现较好的烘炉效果。烘炉过程中需要减弱炉缸冷却甚至停水烘炉,适当提高烘炉温度,延长烘炉保温时间;停水烘炉时冷却壁最高温度仅为158℃,远低于铸铁冷却壁的安全工作温度。考虑到烘炉时热风的氧化性气氛,保证陶瓷质耐火材料严密覆盖在炉缸炉底炭砖表面,防止开炉前炭砖氧化烧损。通过插入冷却壁与填料交界面的热电偶温度分析炉缸砖衬的升温及保温,进而判断烘炉效果;并根据高炉固有的砖衬结构及设备参数,制定与高炉相匹配的烘炉制度。     

烘烤炉内彩涂板传热过程的数值模拟

根据集总参数法的基本原理对彩涂板传热过程进行了理论分析,建立了一维有内热源的彩涂板传热数学模型,热源项包括炉气与钢板间的喷射对流换热量,涂料溶剂的挥发吸热量以及涂料固化放热量三部分.用该模型对彩涂板在烘烤炉内的升温过程进行了数值模拟,得到彩涂板的出炉温度.通过对9841个炉次的工况计算,并与现场测试值对比,计算结果与实测值差值绝对值在5℃以内的样本共有9029个,占总样本量的91.75%,证明模型正确,计算结果可靠,可用于快速预测彩涂板的出炉温度.     

环形加热炉管坯加热二维传热数学模型的研究

以某公司环形加热炉为研究对象,建立了管坯加热过程二维传热数学模型,并进行了数值解析。同时开发了计算机数值仿真系统,对管坯在炉内的加热过程进行了数值模拟,并利用现场实验数据对所建立的数学模型进行了验证。结果表明:所建模型是正确可信的,可以作为离线数值仿真优化计算的基础。     

环式炭素焙烧炉传热数学模型

对焙烧工序的主体设备-带盖式环式炉的传热流动问题进行了分析，根据分析结果建立了环式炉的传热流动数模，针对复杂的热量交换过程，采用直接差分法建立三维不稳态传热模型和一维稳态的流动数学模型，计算出的大量数据为现场有目的的优化传热提供了依据，同时指出了进行环式炉数学模型、自动化研究的必要性和重要性。     

辊底式连续热处理炉数模优化控制仿真系统

以某公司辊底式连续热处理炉为研究对象，在详细分析其传热机理的基础上，建立了钢坯在炉内加热过程数学模型，针对炉型紧凑，加热中厚板，有最小极限辊速限制等特点，开发了基于加热过程数学模型及连续、摆动运行加热控制策略的仿真系统。验证表明，该系统能有效地模拟钢板在炉内加热升温的全过程。可以对炉辊速度和炉区温度进行寻优计算，为在线控制提供辊速及炉温制度最佳数据。     

阳极焙烧实验炉的结构设计及其热工分析

模拟实际工业生产中采用的敞开环式阳极焙烧炉炉室结构,设计了一台小型、简易的实验用阳极焙烧炉。热工制度上采用了高温烟气回流混合空气助燃方案,实现了高温空气燃烧。对烟气循环倍率———炉子的一个重要运行参数对燃料消耗量、热效率、烟气混合温度、含氧量、火道内气流速度以及风机流量的影响进行了详细分析与讨论,并对该参数进行了优化选择。     

钢包烘烤温度场的数值仿真与优化

 为优化某厂的钢包烘烤制度,耦合了烘烤过程中流体流动、燃烧和换热过程,建立了用于数值计算的三维数学模型,利用计算流体力学软件FLUENT,采用有限差分方法和修正的速度-压力耦合算法SIMPLEC,计算了钢包内的燃烧现象,重点分析了不同煤气流量下钢包内煤气燃烧温度场的变化规律,并进行了试验验证。结果表明,煤气流量800 m3/h时,烘烤温度较为理想,并且烘烤均匀性好,是提高炉壁温度的最佳流量,计算结果与试验结果基本吻合。提出了可供现场参考的烘烤工艺参数。     

天然气不换向蓄热式熔铝炉的模拟应用

叙述了蓄热式燃烧技术的工作原理,并对燃料换向蓄热式燃烧技术和燃料不换向蓄热式燃烧技术进行了比较。利用 CFD 软件 FLUENT,采用标准k-ε湍流模型、漩涡破碎模型,对20 t熔铝炉炉内传热及烟气流动进行了数值模拟,得到了炉内气体温度场、流场的分布情况,为不换向蓄热式熔铝炉的应用提供了理论基础。改造后,实际的节能效果验证了模拟的正确性。     

环形加热炉管坯三维传热数学模型的研究

针对某公司环形加热炉的实际生产情况,建立了管坯加热过程的三维传热数学模型。采用交替隐式格式的TDMA（三对角矩阵）数值计算方法,开发了环形加热炉管坯加热过程三维传热数学模型计算机数值仿真系统。利用管坯内部温度黑匣子实验对所建立的数学模型进行了验证。结果表明：所建模型正确可信,同时也证明了利用管坯二维传热过程数学模型实现在线计算机优化控制的可行性。所做工作为某公司即将开展的管坯加热过程计算机优化控制奠定了坚实的理论基础。     

高炉风口换热过程数值模拟

高炉风口是高炉输送高温鼓风和煤粉必需的冷却设备。以外观尺寸相同的空腔式风口和贯流式风口为研究对象,运用数值模拟分析软件Fluent,采用k-epsilon双方程模型,压力基求解方法,对两者的换热过程进行模拟并对照分析了入口流速对其换热性能的影响。结果表明:随着水流量增加,风口表面温度下降,但进出口压损增加;相同水流量情况下,贯流式风口比空腔式风口换热能力更强,但产生的压损更大。综合考虑,2种模型的进水流速均以5～10m/s为宜。     

步进式加热炉内热工过程的数值模拟

建立步进式加热炉内流动、燃烧和传热的数学模型。炉内流场的模拟采用k-ε双方程模型,辐射换热计算采用P-1辐射模型,气相燃烧采用Species Transport模型,流场计算采用Simpler算法。采用上述模型与算法得到了炉内详细合理的温度、速度和浓度分布,并对其中影响板坯加热的温度场进行了实验验证。     

CFD仿真技术在板坯加热炉的应用

以某公司热轧厂常规与双蓄热烧嘴组合供热的板坯加热炉为研究对象,建立该加热炉炉内流动、传热和燃烧过程三维物理数学模型,并运用CFD仿真技术对其进行数值计算,得出炉内速度场和温度场的分布规律。同时,研究了板坯和烟气之间传热特性。     

蓄热材料蓄放热过程数值模拟仿真

依据计算流体力学原理建立蓄热材料充填蓄热室热过程的数学模型,对其吸热和放热过程进行了数值模拟研究,实现了两相对流、传导、辐射的非稳态耦合计算。数值模拟结果清晰地显示了蜂窝蓄热体在蓄放热过程中随时间及换热流体温度、流速的不同而呈现出的极不均匀的温度分布,所得到的温度场、流场数据集以直观的视觉化形式表现出来,为蜂窝蓄热体蓄放热特性、结构尺寸及操作控制参数的优化等提供了又一个新的研究思路。     

蓄热式钢包烘烤的数值模拟

 为研究高温空气燃烧技术在钢包烘烤过程中的应用效果,优化某钢厂的钢包烘烤制度,利用商业软件FLUENT,采用有限差分方法和速度-压力耦合算法SIMPLE,对钢包烘烤过程的流动、燃烧、传热现象进行数值模拟与优化研究,定量分析了空气预热温度对钢包内温度分布的影响。结果表明,对钢包烘烤器进行技术改造,提高空气预热温度是优化钢包烘烤,节约能源的有效措施,这将对指导现场生产有重要的意义,模拟计算结果与现场工况实测结果基本吻合。     

加热炉内钢坯非稳态温度场模拟及“黑匣子”实验研究

采用数值模拟方法,以能量平衡和热传导方程为基础,通过分析加热炉内的传热过程,按照加热工艺要求,采用总括热吸收率法,建立了加热炉热工过程数学模型。并以普碳钢为实验钢种,合理设置测试点,完成了＂黑匣子＂实验,模拟结果与实验结果吻合较好。钢坯柱坐标下非稳态温度场的模拟是准确合理的,所建立的数学模型可以作为加热炉在线控制中钢坯温度场的动态实时跟踪计算和SCC决策的基础。