底卸式环冷机热机耦合变形有限元分析

炼铁过程中,烧结矿的冷却及余热回收工艺主要依靠环冷机实现。烧结矿初入环冷机时温度可达520 ℃,经环冷机回转1周冷却后,温度降低至120 ℃以下。明显的温度梯度导致环冷机的不均匀热变形,严重时会引起运行失稳、卡轨等问题。因此,对常见的底卸式环冷机作业过程中的温度场及热机耦合变形的分析具有重要的工程意义。首先采用流场分析软件,对环冷机内烧结矿的冷却过程进行分析,将烧结矿温度场施加于环冷机有限元模型中,计算环冷机整体结构的温度场和热机耦合变形。为了验证有限元分析结果,对现场运行的环冷机表面温度场进行了实时测量,测量结果表明有限元的温度场分析结果较为准确。数值仿真结果表明,底卸式环冷机的整体温度较高,隔温效果差。由于鼓风冷却作用,温度自上至下呈递减趋势,同一高度上的局部区域内温度变化不大。环冷机热机耦合变形明显,最大变形发生于高温区的内圈侧轨处,总位移达到91 mm,水平位移达22 mm。底卸式环冷机的工作温度高,热变形明显,需要进行进一步的优化改进,实施更新换代。     

新型液密封环冷机结构温度场及热变形有限元分析

环冷机作业过程中产生不均匀热变形而导致的运行不平稳、卡轨等一系列问题,严重影响环冷机作业效率和企业经济效益。为准确预测环冷机不均匀的空间温度和热变形分布,本文采用有限元方法,分别在Ansys温度模块和耦合模块中对环冷机的温度场和热变形场进行分析研究,并对设备运行现场温度进行测量以佐证本文仿真结果的准确性和可靠性。结果显示：设备栏板上的温度梯度明显,从上部至下部呈递减趋势,环冷机温度场按圆周方向可分为高、中、低温区三个区域;环冷机热变形明显,栏板呈现向外壁方向弯曲的趋势,侧轨道变形沿圆周方向呈起伏波动状态,于高温区达到最大值。现场实验数据与仿真结果吻合度较高,表明本文所采用的有限元分析方法可准确预测设备运作过程中结构的空间温度效应,可为新型环冷机的安装指导提供可靠的理论支撑。     

基于ANSYS Workbench的百米U75V重轨热结构耦合分析

基于传热学理论、摩擦分析理论、以及热弹塑性分析理论等,采用SolidWorks三维建模软件建立60 kg/m重轨模型。采用ANSYS Workbench对重轨终轧后冷却过程进行热结构耦合有限元分析,揭示了温度场,应力 场以及应变场分布情况及变化规律。结果表明,重轨总体温度分布轨头温度最高,轨腰温度次之,轨底温度最低; 重轨出现弯向轨底-弯向轨头-弯向轨底-弯向轨头的变化过程,直到终冷重轨依旧保持着弯向轨头趋势;从整体看, 重轨两端应力小于中段应力,轨底应力大于轨头应力,轨腰应力最小。     

环冷机高效密封和冷却技术

在烧结生产过程中,环冷机作为重要的冷却设备,其主要作用是将破碎后的高温烧结矿进行冷却,以满足烧结矿整粒及转储需求。为降低环冷机漏风率、提高冷却废气显热利用率及优化环冷机冷却制度,通过对国内同行业钢铁企业考察,采用密封效果较好的水密封方式对415 m²环冷机密封系统进行升级改造,改造后系统漏风率大幅降低,由46.4%降低至4.4%,降幅42%;环冷鼓风机电耗降低1.82 kW·h/t,环冷机余热利用率提高产汽量、发电量增加降低成本513.8万元/年。漏风率大幅降低使鼓入环冷机一段、二段循环冷却热风风温提高,缓解了烧结矿冷却急冷的问题,烧结矿质量得到明显改善,其中烧结矿平均粒径由16.8 mm提高至18.5 mm。通过对环冷鼓风机数据进行建模分析优化鼓风机运行参数,将原有5台风量45万m³/h鼓风机改造为10台风量14万m³/h鼓风机,在实现烧结矿均匀冷却的同时,环冷机漏风率降低至2.13%,鼓风机电耗降低2.87 kW·h/t。     

环冷烧结矿冷却过程数值模拟与软件开发

环式冷却机是烧结矿料的重要冷却设备,其设计理论均基于20世纪80年代日本以台车高度1.5 m的实验研究结果,导致系列产品所有台车高度均为1.5 m,且难以预测烧结矿物性参数偏离实验工况下的环冷机真实冷却效果。作者在研究烧结矿风冷热交换机理和等效仿真模型基础上,应用VB.NET语言,基于CFD平台,开发了环式鼓风冷却机烧结矿冷却过程自动仿真软件。该软件具备环冷机几何参数、烧结矿物性参数、烧结矿初始温度、风机风量等友好参数输入界面,自动仿真烧结矿温度、排出烟气温度随时间的变化曲线并以数据文件和图像显示。测试结果与仿真结果对比表明,烧结矿冷却过程仿真结果与实测结果误差在5%以内,满足工程精度要求,可以预测烧结矿冷却效果、指导环式冷却机的产品设计。     

京唐烧结厂580m2环冷机跑偏分析及处理措施

京唐烧结厂环冷机采用580m2鼓风环冷的冷却方式,环冷机是用于烧结矿冷却的设备,烧结矿冷却是烧结工序的重要环节。环冷机设备运行是否稳定,将对烧结生产产生巨大的影响。通过分析2号环冷机跑偏故障原因及其造成的影响,对回转框架多次进行测量、调整,并采用有效的治理措施解决环冷机跑偏的问题,遏制由于环冷机跑偏所造成的影响。     

烧结环冷机烟气余热特性研究

研究烧结矿冷却过程中排放烟气的温度及热量分布特性,对于估算余热量和配置余热锅炉有重要意义。对198m2和415m2两种国内典型的烧结环冷机的排烟温度进行测量及分析,结果表明:沿着环冷机旋转方向烟气温度呈现近似线性下降;适合于低温余热发电的温度在250℃以上的烟气,其热量约为环冷机排放烟气总热量的2/3,约占烧结过程固体燃耗的30%。     

基于环冷机冷却能耗最小目标的工艺参数优化

以冷却能耗理论为基础,对460m2环冷机进行周向分段,借助Fluent平台模拟环冷机内部烧结矿热交换过程,获取一个循环内烧结矿多点温度数据,将其与实测数据进行对比,验证了数学模型正确性.针对孔隙率、非余热回收区入口风速、余热回收区气体入口温度和烧结矿料层厚度等工艺参数,采用控制变量法进行单因素的仿真研究,将模拟结果用冷却能耗理论进行分析,得出各参数对环冷机冷却能耗的影响.运用正交实验法分析上述4个参数,得到了环冷机最优化参数设置.研究结果表明:在最优化参数组合下1t烧结矿温度从650℃降至70℃所需标况风量为1851.4m3,比实际工况时减少了27.6％.     

环冷机冷却过程仿真研究

将某新型高效烧结环冷机作为研究对象,以单元台车移动模拟环冷机烧结矿随台车的转动过程,选用气固两相流动热交换过程的局部非热平衡方程、真实气体的SRK方程、湍流方程等建立烧结矿冷却过程分析的仿真模型。探究孔隙率、冷却空气入口速度、料层高度、冷却空气入口温度等工艺参数对烧结矿冷却效果的影响以及影响大小,通过正交实验法,得到了以冷却效率为优化目标的最优工艺参数组合,为环冷机的运行提供指导。并通过试验,验证仿真结果的正确性。     

鞍钢新三烧废热回收设施的经济效益

烧结生产过程消耗的热量约占钢铁生产总能耗的8～10%,烧结机机尾卸出的热烧结矿的显热大约为0.685GJ/t,相当于23.49kg标准煤产生的热量。新三烧每台烧结机各安装一座余热锅炉,利用冷却烧结矿的环冷机捧出的一部分废热来生产蒸气,另一部分废热用于解冻室作为原料冻车皮的解冻热源,均收到了预期的节能效果。     

百米U75V钢轨矫直前冷却过程温度场的有限元分析

通过研究U75V钢轨冷却过程的热边界条件,采用三维瞬态非线性有限元法计算了百米钢轨矫直前845～150℃冷却过程的温度场。结果表明,在冷却过程中的钢轨横截面不同位置的温度下降速率不同,在冷却初期(200～2 000s),每条冷却温度线都出现一个温度降低缓和的"平台"阶段,如轨底边部冷却速度最快,开始相变时间最早;在冷却2 500～3 000s时,轨头、轨腰、轨底中心的温度迅速下降,轨头与轨底边部的温差约5℃,在冷却5 000～7 000s时,各部位温差趋于一致;计算温度值和现场实测值差别小于50℃。     

Numerical simulation and parameters optimization on gas–solid heat transfer process of high temperature sinter

Abstract

Based on the careful analysis of the heat transfer mechanism of the cooling process of high temperature sinter, a one-dimensional unsteady state mathematical model for the gas–solid heat transfer process of high temperature sinter was established according to the energy conservation. The mathematical model was verified by the use of industrial practical data, and the results showed that it was correct and reliable. Lastly, the model was used to investigate the effect of operation parameters (such as the trolley moving speed and the cooling air velocity) on the cooling process of the annular cooler, and the proposals were put forward for optimising operations of the annular cooler.     

热烧结矿竖式冷却过程传热特性

 与传统环冷相比,烧结竖冷拥有漏风率低、换热效率高的优势。为此利用竖冷试验装置,在某烧结厂取热风与热烧结矿研究了竖式冷却过程气固对流换热特性。研究表明,烧结矿竖式冷却过程中影响传热特性的主要因素为冷却风的流量及温度。烧结矿和冷却风对流换热系数随着烧结矿温度的升高而增大,且随着冷却风流量的增大以及冷却风温度的降低,对流换热系数也随之增大。基于白金汉定理,结合试验数据拟合得出了描述烧结矿与冷却风传热特性的准数关联式,其模拟性较好且平均相对误差为7.25%。     

结晶器内冷却器-U形管内流场温度场耦合数值模拟

采用ANSYS有限元通用软件,对设计开发的圆环主半径54 mm、圆柱高180 mm、横向圆柱长45 mm、冷却水初始温度320 K、冷却器内壁温度525 K的内冷却器-U形管内冷却水速度为6～14 m/s时,对流场温度场耦合作用下冷却水流动状况进行数值模拟。结果表明,进口速度太小,易在弯曲区形成涡流,速度太大,易在弯曲区产生更大的流速,对管壁冲击较大,影响其使用寿命;所以内冷却器进口速度在10 m/s时冷却效果最佳。     

150t复吹转炉炉体温度及应力场的有限元分析

转炉在服役过程中,存在炉壳热变形过大、耐火砖破裂等问题,直接影响到设备的安全运行,分析炉体的温度和应力分布,能为优化炉体冷却系统、避免应力集中提供支持。为此,建立包括非水冷式托圈、炉体与悬挂结构的转炉整体有限元模型,考虑炉体与托圈、悬挂之间的相互热辐射,采用ANSYS仿真软件研究炉体的稳态温度场,并对炉体的机械应力和热应力进行分析。结果表明,工作层炉衬热面温度为1 600℃时,炉壳的上锥段和炉身部位温度较高,最高可达435℃,接近炉壳的蠕变温度,有限元模拟结果与工业数据基本一致;炉体的热应力要远大于机械应力,炉衬的热面等效应力较大,易出现裂纹;炉壳的温度和应力分布在结构过渡处会有明显突变。研究结果可为炉体冷却和炉型设计提供理论依据。     

Factors Influencing High Temperature Thermo Plasticity of BNbRE Steel at the Third Brittle Zone

In view of fine cracks occurred on the surface of BNbRE continuous casting slabs for heavy rail in the practiced production, the effect of two factors, i. e. deformation temperature, deformation velocity, on thermo plasticity of BNbRE steel at the third brittle zone was quantitatively investigated on GLEEBLE-1500D thermal-mechanical simulator after measuring the RA-T curve of BNbRE steel. The results provide experimental data for optimizing the technology of continuous casting secondary cooling zone and avoiding the occurrence of fine surface cracks.