高钢三高炉冷却壁温度场数值模拟的研究.pdfVIP

宝钢三高炉冷却壁温度场数值模拟研究 曹传根 叶正才 周渝生 陈义胜 陈海勇 (宝钢研究院) (北京科技大学) ■■模拟宝钢三高炉拎却壁的实际工作条件，编制了一十三维柱坐标下的冷却壁传热计算的应用软件．应用该 软件研究冷却水建、进水温度、渣皮厚度、炉气温度等对冷却壁热面温度分布的影响．分析了该种玲却璧破损的主要 原因，得出了高炉边案气流发展程度和渣皮厚度是两十对冷却璧热面温度影响最大的结论。 关■调高炉玲却壁．传热：教值模拟 冷却壁能否长寿是冷却壁高炉长寿的关键。为了提高冷却壁使用寿命，人们采用多种方法研究冷却壁的 工作状况和破损原因，包括教学模型研究，物理实验模拟以及冷却壁破损调查等。过去冷却系统的研究和设计 基本上依赖于经验或解体调查，它们为冷却壁的设计提供了一些依据．但成本太高、周期较长且定量较难。随 着计算方法及传热学理论及其应用的不断发展．以及人们对冷却壁认识的不断深化．应用数值计算能进行冷却 壁结构参数设计，并可结合冷却壁热态试验研究冷却壁的破损原因。 宝钢三高炉为全冷却壁高炉，冷却壁的材质为铁索体基的球墨铸铁．自1994年9月投产以来，已烧坏100 多根冷却壁水管，其中绝大部分为凸台管，严重影响了三高炉的正常生产和设计寿命。铁素体基的球墨铸铁有 其安全工作温度(即相变点温度以下，约700℃以下)．当冷却壁热面温度长期超过其安全工作温度时，冷却壁 基体组织会发生变化，力学性能下降．导致冷却壁破损，这是冷却壁发生烧损现象的直接原因。要分析冷却壁 破损的原因．必须分析冷却壁的温度分布。为此，我们针对宝钢三号高炉带凸台冷却壁具体工作条件．建立了 三维住坐标下的冷却壁传热计算的软件，应用该软件模拟高炉生产炉况的条件．研究冷却水速、渣皮厚度、与冷 却壁相接触的炉气温度等参数对冷却壁温度分布的影响，找出该冷却壁易于破损的原因，以期和冷却壁的物 (3)当经受剧烈高温的情况下，铸钢冷却壁未发生变形、裂纹等不良情况。 当然，这只是初步的试用结果．要证明铸钢冷却壁的性能还要做更多的工作。目前我厂正进行更深入的研 究。 4铸钢冷却壁的研制目标、方向 (1)试制出台格的多种结构的铸钢冷却壁。 (2)能够稳定的生产出满足各种高炉炉窖需要的系列化铸钢冷却壁产品，形成工业化生产能力。 (3)所生产的铸钢冷却壁的成本与球墨铸铁冷却壁持平或相近。 (4)目前我们已经部分实现这些目标。我们已经计划在济钢第一炼铁厂2号高炉典型位置安装部分铸钢 冷却壁，为今后高炉大量应用铸钢冷却壁提供有关数据；并且计划在5号高炉炉腹、炉腰安装2段铸钢冷却壁。 (5)我们和冶金部钢铁研究总院一起热切希望和国内各炼铁企业共同研究、试用以及应用铸钢冷却壁，使 我国高炉一代炉龄的寿命达到世界一流水平。 联系人：曹博报，工程师．上海(2叭900)上海宝铜研究院传真：02l电话：021 337 理模型相结合给出一些改进冷却壁设计的优化设计方案。 l传热数学模型 高炉冷却壁的传热过程属于导热．可以应用导热基本方程建立冷却壁内的温度场数学模型。采用柱面坐 标根据拟合原则来模拟计算高炉冷却壁的温度场。 1．1条件慑设 1)假定在模型计算宽度和高度范围内，炉体内表面附近的温度均匀； 2)忽略镶砖和冷却壁之间的接触热阻； 3)假定冷却壁宽度方向冷却水管之间的传热对称； 1．2传热控制方程： 传热徽分方程： {[麦(^薏)]+[毋(^等)]+品(手哥)+s=o 其中：T一温度 ^一导热系敦 S一源项 r，0，z一拄坐标轴 1．3边界条件： 冷却壁炉内侧 R1：^磬=旷州T，一瓦) 冷却壁炉壳外侧 r=r2：^棼=吼=^。(孔一n) 与同一水平相邻两块冷却壁之间没有热交换，即当0=％或0=。l时：q=0 与上、下两块冷却壁之间没有热交换，即当z=z1=龟时：q=O 式中： 毗．‰一进、出冷却壁的热量 x为导热系数 h，k一冷却壁进、出口的换热系数 TI、Tb、L一炉气温度、