椭圆水管铸铁冷却壁结构优化研究

基于有限元ANSYS软件,采用数值模拟的方法,分析了炉气温度、壁体厚度、水管间距、水管直径及水管椭圆度对椭圆管型铸铁冷却壁传热效果的影响,以及其对炉气的适应能力。结果表明:水管短长轴之比越小,即水管越扁,炉气温度对椭圆管型冷却壁传热影响越小。从冷却壁的传热角度考虑,冷却壁的椭圆管最佳短长轴之比为0.2~0.7,且越小越好。     

影响高炉冷却壁冷却性能的若干因素分析

基于商业软件FLUENT,建立高炉冷却壁三维稳态传热模型,通过对铸铁冷却壁温度场的计算,分别研究了水管间距、水管直径、冷却水温度、椭圆形水管椭圆度等因素对高炉冷却壁温度分布的影响。     

鞍钢大型高炉炉缸冷却水需求量的计算分析

采用按流体分布状态和所允许最大热流强度的方法,对鞍钢3200m~3高炉炉缸冷却水需求量进行了计算,并就冷却水流速、水管直径和气隙参数对冷却壁热面温度影响进行了分析。认为鞍钢3 200m~3高炉炉缸冷却壁用φ50mm×6mm水管和1250m~3/h的冷却水量,对冷却强度和系统回路阻损的设计都是偏小的。     

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.     

结构参数对高炉冷却壁温度场及热应力分布的影响

采用有限元分析软件ANSYS计算并分析了不同结构参数(冷却水管形状和直径、冷却水管间距、冷却壁镶砖厚度及冷却壁壁体厚度)对冷却壁最高温度及热应力分布的影响.结果表明,影响冷却壁最高温度的因素由强到弱依次为:管间距→内径→壁厚→嵌砖厚度→水管形状.     

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。     

带凸台冷却壁温度场的数值模拟

开发了一个三维柱坐标系下冷却壁传热的计算机软件，应用该软件在给定的假设条件下研究了高炉带凸台冷却壁的温度分布情况，同时研究了炉内对流换热系数，冷却水速度、水管间距及砖衬厚度对冷却壁和耐火材料温度分布的影响，以及冷却壁设计弧形半径的作用。     

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。     

高炉冷却壁传热研究

通过传热计算，讨论了冷却壁厚度、镶砖材质、镶砖面积和厚度及方法对冷却寿命的影响。还对其它因素如冷却水管直径与间距、冷却水流速度与水温、高炉内温度与炉衬厚度等冷却壁寿命影响进行详细计算和比较。     

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.     

结构参数对高炉铸钢冷却壁温度及热应力分布的影响

通过采用ANSYS有限元分析软件,计算并分析了高炉冷却壁稳态传热过程及不同结构参数(冷却水管形状及直径、冷却水管间距、冷却壁镶砖厚度、冷却壁壁体的厚度)对冷却壁最高温度及热应力分布的影响。并在此基础上探讨了冷却壁结构的改进方向,为冷却壁结构的优化提供了理论依据。     

Heat transfer analysis of blast furnace cast steel cooling stave

Abstract

Cast steel blast furnace (BF) cooling staves are widely used in the Chinese steel industry. A heat transfer mathematical model of a BF cast steel cooling stave has been developed and verified by thermal state experiments. Calculation of a cooling stave working under steady state has been carried out based on the model. Effects of two factors, thickness of scale on the cooling water pipes and gas clearance between the pipes and main body, which are difficult for experimental measurement but determined mathematically, on the temperature field of the stave body are discussed. The results indicate that much importance should be attached to the two factors during manufacturing of cooling staves as they highly influence cooling capability of cooling stave and hence BF operation.     

高炉冷却壁和炉衬的三维传热模型

本文给出了计算高炉冷却壁和炉衬温度分布的三维稳态传热模型，该模型可用于分析冷却壁不同结构参数（厚度、水管直径、管间距、镶砖厚度和面积等），和不同材料等因素对温度分布和热流密度的影响，它可为冷却壁的设计和炉衬材料的选择提供重要的理论依据。     

利用冷却板修复铜冷却壁技术分析

铜冷却壁水管损坏时热面温度急剧升高,加剧冷却壁烧损。此时往往采用冷却柱恢复冷却能力,冷却柱为“点”冷却,冷却面积小且不易造衬。而利用冷却板代替损坏部位的冷却壁,容易形成平滑操作炉型,有利于高炉顺行。建立冷却板棋盘式布局模型,从冷却板间距、尺寸、冷却水速等方面分析炉壳表面以及冷却壁冷、热面的冷却中心温度,结果表明当煤气温度1500℃时,冷却间距从200mm增大到600mm,炉壳外表面冷却中心温度增高约230℃;冷却板水速从1m/s升至3m/s,炉壳外表面冷却中心的温度降低50℃左右;并与冷却柱比较发现,冷却板冷却效果明显强于冷却柱。     

高炉铸钢冷却壁冷却水管的优化研究

针对建立高炉铸钢冷却壁的三维传热和热应力模型,采用通用有限元软件ANSYS计算了高炉铸钢冷却壁的温度场和应力场,通过数值计算分析了高炉铸钢冷却壁冷却水管形状对冷却壁热面最高温度和热应力的影响。计算结果表明：冷却水管改圆管为椭圆管后,冷却壁热面最高温度有所下降。当椭圆管横截面与圆管相同并且长短轴之比为0．6时,最高温度降低了2．8％,热面最大热应力降低了7．5％。而周长不变的椭圆管降温效果并不理想,但长短轴之比为0．4时最大热应力降低了12．8％。综合考虑各因素,把圆管做成面积相同的长短轴之比为0．55～0．65的椭圆管,可以取得比较好的冷却效果。这对于减少冷却水流量,减薄冷却壁体厚度、降低炼铁成本也有重大意义。     

异常炉况下高炉铜冷却壁热态试验与数值模拟

在高炉铜冷却壁热态试验的基础上,建立铜冷却壁三维模型,模拟高炉正常生产时出现断水、低水速和较高炉气温度等异常炉况时铜冷却壁温度场分布。     

冷却水管管形变化下的高炉冷却壁传热分析

建立了铸钢冷却壁的三维传热和热应力的数学模型,采用通用有限元软件ANSYS计算了冷却壁的温度场和应力场。计算结果表明：冷却水管由圆管改为椭圆管后,冷却壁热面最高温度和热应力升高不大,为冷却水管由圆形改成椭圆形提供了理论依据,由于椭圆水管截面积减少,就可以减少壁体厚度和大量节约冷却水量,从而达到降低炼铁成本的目的。