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套筒式竖窑拱桥烧损问题的模拟分析刘慧，赵玉荣（东北大学材料与冶金学院，辽宁沈阳110819）摘要：套筒式竖窑是一种很有发展前景的新型窑，具有设备简单、操作和维修方便、工作环境较好、产品质量优良等优势，但在运行期间，套筒式竖窑易出现拱桥耐火材料烧损的现象。以本钢套筒式气烧石灰窑为例进行数值模拟，取5个燃烧室中的一个作为研究对象，改变一次风、二次风的配比和燃料的热值，模拟燃烧室的流动和温度分布情况。对套筒窑存在的耐火材料烧损问题进行分析，获得石灰窑拱桥烧损的主要影响因素，提出了解决方案。关键词：套筒窑；耐火材料；烧损；数值模拟中图分类号：TQ177.2+6文献标识码：A文章编号：1001-6988（2014）05-0011-04SimulationAnalysisonOverBurnProblemofArchBridgeinSleeveShaftKilnLIUHui,ZHAOYurong（CollegeofMaterialsMetallurgy,NortheasternUniversity,Shenyang110819,China）Abstract:Thesleeveshaftkilnisanewtypekiln,whichhastheadvantagesofsimpleequipment,convenientoperationandmaintenance,goodworkingenvironmentandexcellentproductquality.Butduringtheoperation,therefractoryofarchbridgesiseasytohaveoverburnproblem.TakingBenxiSteelFactoryasanexample,thesleeveshaftlimekilnofgasbumisnumericalsimulated.Oneofthefivecombustionchambersistakenasthestudyobject.Theratioofprimaryairandsecondaryair,andthecalorificvalueoffuelarechangedtosimulatethevelocityandtemperaturedistributionincombustionchamber.Theproblemofoverburnrefractoryisanalyzed,andthemainfactorsareobtainedandthesolutionsareproposed.Keywords:sleeveshaftkiln;refractory;burnout;numericalsimulation贝肯巴赫环形套筒窑是德国贝肯巴赫公司老板卡尔·贝肯巴赫先生于上世纪60年代发明的，1962年第一座套筒窑问世后，立刻震动了石灰生产界，截止目前，全世界已经有近400座套筒窑成功地运行。实践表明，套筒式竖窑设备简单，操作和维修方便，工作环境较好，产品质量优良，是一种很有发展前景的新型窑型[1]。套筒窑是目前我国窑业重点引进的窑型，具有石灰煅烧均匀，生产的石灰质地柔软，活性好，余热利用充分，产品能耗低，环境污染轻，可以利用小块石灰石做原料等优点[2]。窑体采用镁铝尖晶石砖砌筑，其以电熔尖晶石、电熔镁砂、高纯镁砂为主要原料，加入相应的添加剂，经高温烧成；具有强度高、热震稳定性好、抗腐蚀能力强等优点，其理化性能达到国际先进水平[3]。与镁砖和镁铬砖相比，明显提高了使用寿命。缺点是造价高，窑体内衬耐火砖的形状比较复杂，而且品种多[4]，拱桥耐火材料易烧损。本文以本钢套筒式气烧石灰窑为例进行数值模拟，对套筒窑存在的问题进行分析，并提出烧损控制策略。石灰窑存在的问题1收稿日期：2014-05-24基金项目：气体辐射特性参数求解及其与辐射传递方程的耦合计算，省部级基金资助项目（N120302003）作者简介:刘慧（1981—），女，讲师，主要从事多孔介质燃烧、工业炉、传热方面的研究工作.本钢套筒式气烧石灰窑刚投产后不到半年，就出现了窑内下拱桥关键部位的耐火材料——镁铝尖晶石砖烧损现象，由于拱桥的质量直接影响到套筒窑的正常运行，为防止拱桥的继续损坏，厂方不得不11实验研究：套筒式竖窑拱桥烧损问题的模拟分析停产检修。套筒窑拱桥主要的毁坏部位是拱桥的外侧，其原因和解决方法正是本研究的关键，图1展示了拱桥烧损的情况。图2物理模型的网格划分图湍流k-ε模型[7-8]，因燃烧室内的气体流动为湍流，因而μeff采用Launder和Spalding提出的k-ε双方程模型来确定，其相应的方程组为：图1烧损的拱桥图拱桥部位是整个石灰窑砌筑的重要部位，拱桥起到的作用有：①连接内外筒，同时在填充物料时对物料下落起