高炉炉缸的瞬态侵蚀过程的数学模型.docVIP

高炉炉瞬态侵蚀过程的数学模型 已经估计瞬态高炉炉缸侵蚀过程的数学模型这个数学模型，把铁水流动，传热和砖/耐火材料的侵蚀。为了验证数学模型的可用性，焦炭自由层的大小焦炭填充床的流体流动阻力 关键词：数学模型，高炉炉缸侵蚀流体流动 1.简介 关于高炉炉缸现象如铁水质量流量焦炭填充床/焦炭自由层的 人们普遍认为，铁水流动影响炉缸壁砖/耐火材料及在炉缸中焦炭自由层之间存在的焦炭填充床和底砖一个是热化学溶液，另一是热机械损伤铁水流动通过焦炭填充床/焦炭自由层和砖/ 许多数学模型关于高炉炉缸铁水流动和传热必须分析短暂的侵蚀过程 本次研究的目的是为了建立出适用于铁水流动，传热和炉缸侵蚀的完全耦合分析的数学模型，并了解短暂的侵蚀过程。 2.数学模型 分析的系统包括焦炭填充床，焦炭自由层和砖炉/耐火材料 图1. 炉缸侵蚀模型系统 在这一系统中，铁水原料与动量的平衡，铁水和炉缸砖/耐火材料的平衡的要求如下式(1)到（3）所示，其中（2）是Navier-Stokes方程 流量方 ▽?（?ρU）=0……………………(1) ρρ(U▽)U=-▽p-μ▽2U+F……………(2) ρρ(U▽)CPT=▽(k▽T)……………(3) 其中F={150[]2μ+1.75[]ρU}U 2.2.边界条件 给出的边界条件如下: 1) 上边界：温度和铁水流量 2) 出铁口：铁水流出速率作为出口边界； 3）侧面和底部的壁表面的总传热系数 4）耐火材料与焦炭填充床之间传热系数给出； 5）焦炭填充床区域： 2.3.侵蚀条件 在高炉解剖研究的基础上，碳砖的侵蚀条件为将热化学溶液放置在1150℃环境中，粘土砖的侵蚀条件为将热化学溶液放置在1350℃环境中。 2.4.求解过程 Navier-Stokes方程的计算算法索拉方法采用边界拟合坐标系如图2。 边界拟合坐标系统的计算网格 时间法数值分析如下 1).铁水流体流动分析 2).整个区域包括砖/耐火材料的热传递分析； 3).根据侵蚀条件判断侵蚀和更换铁水区域砖/耐火材料； 4).重复上述步骤，直到 因此，这种分析提供了短暂侵蚀过程信息，以及最后的侵蚀剖面，将在下一节讨论 3.验证 为了验证数值模拟模型的可用性，计算最终侵蚀剖面与数据进行比较计算条件见表1和图3这些条件选择，使可能会大大不同。这些情况下，上边界条件和焦炭填充区域Kashima #3B.F.（Kashima钢铁厂1号高炉），Wakayama #3B.F.（Wakayama钢铁厂3号高炉）和Kokura #2B.F.（Kokura钢铁厂1号高炉），时间步长为30000步，以获得最终的侵蚀剖面 表1 计算条件 高炉 炉内容积 （m3） 上边界条件 流量 （吨/天） 温度 （℃） Kashima #3B.F. 5050 10000 1550 Wakayama #3B.F. 2150 4150 1550 Kokura #2B.F. 1850 3270 1550 砖/耐火材料属性 砖/耐火材料 K (Kjoule/m?s?K) ρ （Kg/ m3） Cp Kjoule/Kg?K S-1 0.00198 2350 1.05 S-2 0.00180 2350 1.06 C-1 0.0203 1610 1.23 C-2 0.0201 1570 1.23 a) Kokura #2B.F. 砖/耐火材料属性 砖/耐火材料 K (Kjoule/m?s?K) ρ （Kg/ m3） Cp Kjoule/Kg?K S-1 0.00198 2350 1.06 S-2 0.00180 2350 1.06 C-1 0.0557 1730 1.22 C-2 0.0203 1610 1.23 C-3 0.0221 1830 1.24 b)Wakayama #3B.F. 砖/耐火材料性质 砖/耐火材料 K (Kjoule/m?s?K) ρ （Kg/ m3） Cp Kjoule/Kg?K S-1 0.00198 2350 1.05 S-2 0.00180 2350 1.06 C-1 0.0302 1960 1.22 C-2 0.0349 1570 1.23 c)Kashima #3B.F. 图3 计算条件 计算结果 解剖数据 图4 最终侵蚀剖面与解剖数据的比较 4.结果与讨论 在典型的高炉条件下，通过这个现象数学模型，焦炭自由层的大小，，炭砖流体炉缸侵蚀焦炭填充床的流动阻力 砖/耐火材料属性 砖/耐火材料 K (Kjoule/m?s?K) ρ （Kg/ m3） Cp Kjoule/Kg?K S-1 0.00198 2350 1.05 S-2 0.00180 2350 1.06