铜冷却壁冷却恢复技术的传热过程

 铜冷却壁在正常状态时由于良好的导热性,在其热面形成稳定的渣铁壳,起到保护冷却壁的作用。近几年,高炉的铜冷却壁水管损坏时有发生,而当冷却壁水管损坏1或2根时,冷却壁能否继续正常工作值得研究。计算了铜冷却壁在水管完好和部分水管损坏时的温度场分布,发现单根水管损坏使热面温度急剧升高近110℃,加剧冷却壁烧损,需及时恢复冷却壁的冷却能力。通过用金属软管修复破损水管,分析了软管直径、水速、水管填料的导热系数等因素对冷却壁温度场的影响。结果表明,软管在允许条件下应选用较大内径,选取较大导热系数的填料。利用软管修复单个水管后,壁体最高温度下降约90℃,对于损坏少数水管的冷却壁能有效修复。     

高炉用铜-钢复合冷却壁传热及力学性能分析

采用热力耦合方法研究了铜层厚度和冷却水道间距对铜-钢复合冷却壁温度及应力分布的影响.以1∶1比例铜-钢复合冷却壁进行了热态试验,测试了铜-钢复合冷却壁温度分布,计算了热态试验条件下铜-钢复合冷却壁的温度分布,计算结果与试验结果基本吻合.计算结果显示,铜-钢复合冷却壁铜层厚度增加,壁体最高温度和最大等效应力减少,铜层厚度上限值为70mm;冷却水道间距减少可以降低壁体最高温度和最大等效应力,当冷却水道间距小于220mm时,减少冷却水道间距对降低壁体最高温度和最大等效应力作用较小.铜层厚度为60mm,冷却水道间距为220mm的铜-钢复合冷却壁在高炉热负荷较高区域工作不易发生塑性变形损坏.     

高炉冷却柱的设计优化与数值模拟

 在高炉炉役后期冷却壁完全损坏的情况下,一般采用冷却柱对其进行修复,而冷却柱的安装数量和安装位置几乎都是依靠现场技术人员的实践经验来确定。为了解决目前高炉冷却柱在一块炉壳上的安装数量和安装位置存在难以确定的问题,通过分析冷却柱安装数量和安装位置与冷却效果之间的关系,提出了一种充分利用冷却柱冷却性能的优化安装方法。首先以冷却柱的总热交换面积大于原冷却壁的总热交换面积为基本原理,通过计算冷却柱和原冷却壁的热交换面积,得到设定的一块炉壳上冷却柱安装数量为11个;其次以11个冷却柱安装位置的中心坐标为设计变量,利用格点法的基本原理建立计算最大冷却面积的优化数学模型,设置好约束条件后通过遗传算法在MATLAB软件中进行求解,得到了91.68%的冷却柱冷却覆盖面积以及11个冷却柱排列的中心坐标;最后通过11个冷却柱的中心坐标建立三维模型,导入Fluent软件进行模型分析,经过充分迭代得到高炉冷却柱的温度场,并将3种排列的炉壳表面温度场进行对比。数值模拟结果表明,通过本方法得到优化排列的炉壳表面最高温度为73.34 ℃,平均温度为54.29 ℃,相比另外两种排列,最高温度分别降低了14.69%和30.21%,平均温度分别降低了13.33%和17.42%,有效提高了高炉冷却柱的冷却性能和利用效率。     

高炉铜冷却壁渣皮生长传热分析

建立了高炉铜冷却壁非稳态传热分析模型,利用ANSYS单元生死技术模拟了冷却壁表面的渣皮再生行为,分析了渣皮脱落后的生长规律及壁体温度和热负荷的变化过程。结果表明,渣皮生长遵循幂函数规律。经过计算,渣皮脱落0.9 min时铜壁测量点温度达到最高值59℃,经过23.5 min趋于稳定。铜冷却壁承受的最高热负荷为107.8 kW/m2,热面最高温度达到123℃。     

高炉铸钢冷却壁最佳结构的传热学分析

采用通用有限元软件ANSYS计算了300 m3高炉铸钢冷却壁的温度场和应力场,数值分析铸钢冷却壁冷却水管内径、间距、壁体厚度、镶砖厚度以及冷却水流速对冷却壁热面最高温度和热应力的影响.导出了高炉铸钢冷却壁的初步优化结果:冷却水管间距200 mm,水管内径20 mm,壁体厚度为180 mm,镶砖厚度为70 mm,与之相匹配的冷却水流速为2.0 m/s.     

铜冷却柱使用效果调查及分析

马钢2500m3高炉采用铜冷却柱修复破损冷却壁,但铜冷却柱使用寿命长短不一.利用2000年大年修更换4段冷却壁和1段冷却板的机会,对铜冷却柱的使用状况进行了现场调查分析,结果表明,铜冷却柱使用的最佳效果与寿命,与冷却壁残体的存在状况有着重要的关系.认为,安装铜冷却柱的时机应选择冷却壁冷面水管损坏后不久进行,同时铜冷却柱长度应设计合理.     

铜冷却壁结构参数的传热分析

对轧制铜冷却壁和铸铜冷却壁以及内铸钢管和monel合金管的铸铜冷却壁的镶砖高度。铜的热导率、砖的热导率、肋高、冷却水管直径和水管间距对热流密度、铜的最高温度、镶砖最高温度和炉壳温度的影响进行了研究比较。     

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。     

铜冷却柱使用效果调查及分析

马钢2500m^3高炉采用铜冷却柱修复破损冷却壁，但铜冷却柱使用寿命长短不一。利用2000年大年修更换4段冷却壁和1段冷却板的机会，对铜冷却柱的使用状况进行了现场调查分析，结果表明，铜冷却柱使用的最佳效果与寿命，与冷却壁残体的存在状况有着重要的关系。认为，安装铜冷却柱的时机应选择冷却壁冷面水管损坏后不久进行，同时铜冷却柱长度应设计合理。     

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。     

Analysis of Effect of Gas Temperature on Cooling Stave of Blast Furnace

In order to study the effect of gas temperature variation on cooling stave,temperature,stress and displacement distributions of cooling stave were analyzed respectively when gas temperature inside blast furnace increases from 1000 to 1600℃.The results show that the temperature field on cold side is under control of cooling pipes and hardly changes when gas temperature increases.The temperature gradient and change rate with time near hot sides are greater than those in other regions and the later can reach 100℃/s.The stress intensity near middle area of hot surface is up to 400MPa and that's why there are lots of cracks at this place.The edge of stave is bent to cold side and middle regions between fixed bolts and pin moves to hot side.The displacement around fixed pin is smaller but larger on the edge and the maximum is located on hot side of top surface.The maximum displacement in z direction is about 4mm and 3mm in y direction.If the expansion coefficient of packing layer is 1/4,the thickness of packing layer between the cooling staves is 32mm and 24mm between sides up and down.     

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。     

马钢2500m~3高炉炉腹冷却壁的更换

马钢2500m~3高炉生产6年7个月后,炉腹、炉身下部的冷却壁和炉腰冷却板损坏严重,计划休风16天进行更换。2000年12月6日高炉休风,到20日高炉复风,共用14天半时间,成功地更换了炉腹及其以上4段冷却壁和炉腰1段冷却板。为延长高炉寿命,采用了遥控喷补造衬技术,对风口以上部位进行了喷补造衬。     

冶炼钒钛磁铁矿高炉的铜冷却壁挂渣分析

建立高炉铜冷却壁三维传热模型,利用有限元软件ANSYS进行稳态传热分析,研究了钒钛磁铁矿冶炼时挂渣特点。分析结果表明,由于含钒钛高炉渣铁珠含量高,使渣皮显著增厚导致渣皮稳定性下降。将铜冷却壁热电偶测量点温度控制在60～80℃,可以提高渣皮稳定性,保证铜冷却壁安全工作。在现有工艺条件下,把水速从2.3 m/s降低到1.5 m/s对挂渣影响很小。     

济钢1750m^3高炉风口区冷却壁损坏原因分析及改进

针对高炉风口区冷却壁上端容易损坏漏水，影响高炉长寿的问题，分析认为，主要原因是该部位已处于炉腹高温区，铸铁冷却壁不适应高温环境所致。为此，开发应用了一种新型叠合式冷却壁，将风口区铸铁冷却壁上端易损坏部位减薄，在减薄部位叠加一层能够独立冷却的紫铜冷却板，从而增强了炉体耐热性，使风口区冷却壁寿命由1．5a延长到2．25a以上。     

攀钢4号高炉冷却壁大量破损后的应对措施

自2004年7月开始攀钢4号高炉（第二代炉龄）冷却壁出现破损,由于生产需要,破损冷却壁不能及时更换,一度造成高炉生产异常波动。通过采用外部强制打水、提高冷却壁水压、调整料制、限负荷和富氧、定期检修等一系列措施后,实现了高炉连续稳定顺行和高产。