冷却壁高炉炉墙温度场的数值模拟（Ⅰ）：耐火材料种类及？…

利用有限元分析软件ＡＮＳＹＳ对冷却壁高炉炉墙的温度场进行了数值模拟,研究了不同的砖衬材质及其侵蚀程度对炉墙温度的影响。并在此基础上探讨了高炉炉身下部破损的基本原因及过程。结果表明：冷却壁凸台的冷却能力不足导致了凸台前砖衬热面温度始终高于其受化学侵蚀的临界温度,不能可存在稳定的砖衬层。     

冷却壁高炉炉墙温度场的数值模拟(I)──耐火材料种类及其侵蚀程度对炉墙温度场的影响

利用有限元分析软件ＡＮＳＹＳ对冷却壁高炉炉墙的温度场进行了数值模拟,研究了不 同的砖衬材质及其侵蚀程度对炉墙温度场的影响．并在此基础上探讨了高炉炉身下部破损的 基本原因及过程．结果表明：冷却壁凸台的冷却能力不足导致了凸台前砖衬热面温度始终高于 其受化学侵蚀的临界温度,不可能存在稳定的砖衬层．     

高炉炉缸炉底侵蚀预测数值模拟

基于3 200m3高炉炉缸炉底设计及生产过程中侵蚀的实际情况,利用ANSYS软件,从传热学的角度出发,建立了高炉炉缸炉底侵蚀二维物理模型,通过数值模拟的方法,研究该高炉从开炉初期、中期、中后期、后期高炉炉缸炉底温度场分布.模拟计算表明,1 150℃侵蚀线位于铁口下方区域和炉缸炉底交界处,但无明显“象脚状”侵蚀.对比高炉不同服役时期温度场和1 150℃侵蚀线分布,分析导致其变化的原因,同时对影响高炉炉缸内衬温度的若干因素进行探讨.     

高炉炉缸炉底温度场和应力场模拟分析

为进一步研究高炉炉缸炉底在生产过程中的侵蚀成因,对某企业2 580 m3高炉建立二维传热模型,运用软件求解得到该高炉开炉初期和炉役末期的炉缸炉底温度场分布;对侧壁碳砖进行温度场求解并与应力场耦合得到其径向热应力分布。结果表明,该企业高炉"陶瓷杯+微孔炭砖"型复合炉缸炉底结构设计合理,死铁层的长期热应力作用导致侧壁炭砖发生崩角并加速形成环裂,是炉缸破损的主要原因之一。     

"传热法"炉缸和"隔热法"陶瓷杯复合炉缸炉底分析

从传热学的角度出发,利用VC编制炉缸炉底温度场计算软件,对国内某些高炉进行了实例建模. 模型计算结果和实际高炉热电偶温度数据吻合较好. 据此对目前流行的"传热法"的高导热压小块炭砖炉缸和"隔热法"的陶瓷杯复合炉缸炉底的各自特点进行了分析,以实例为基础阐明了这两种结构的炉缸炉底延长高炉寿命的不同方法. 指出在铁水和耐火材料之间低导热系数的"保护壳"存在,是不同设计延长炉缸炉底寿命的相同本质,并分析了这两种结构的炉缸炉底的不足.     

不同冷却壁与炭砖组合结构高炉炉缸的温度场分布

本文以武钢高炉炉缸为基础,建立了不同冷却壁选型和炭砖结构炉缸的传热数学模型,并对各炉缸在烘炉、全炉役周期及炉缸自保护期的温度场进行模拟研究.结果表明,烘炉阶段通过调节冷却壁水速或水温均无法使炭捣料层温度达到其固结温度,需采用停水烘炉才能有效改善炭捣料层的固结效果;不同结构炉缸在炉役初期,当炉衬残余厚度相同时,炭砖热端温...     

高炉炉缸黏滞层物相及形成机理

通过对高炉炉缸黏滞层化学成分分析、XRD、SEM-EDS分析及对炉缸用碳复合砖性能、微观结构的研究，探明了炉缸黏滞层的形成机理.结果表明:碳复合砖本身致密的微观结构使其具有优良的抗渣铁侵蚀性能，且具备自护炉机制，能够形成石墨-C层、高铝渣层、石墨层多相体系.并通过计算得出高炉炉缸侧壁石墨碳析出热力学条件，表明在一定的铁水流动条件下，石墨碳与铁水存在溶解析出平衡，从而隔离开铁水与砖衬的直接接触，延缓砖衬侵蚀，实现高炉炉缸长寿.     

高炉镶砖冷却壁温度场研究

开发了一个三维柱坐标系下冷却壁传热计算的计算机软件。应用该软件在给定的假设条件下研究了高炉镶砖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及耐火材料温度分布的影响。     

炭砖炉缸侧壁异常侵蚀诊断研究

利用炭砖炉缸炉底侵蚀计算模型,结合炉缸侧壁填料及耐火材料导热系数的化验结果,对某钢厂高炉炉缸异常侵蚀进行了诊断和模拟研究。得出,由于炉缸填料导热系数过低,导致开炉后陶瓷杯侵蚀过快,陶瓷杯基体被侵蚀光后,碳砖热面温度达到其脆化温度,且冷热面温差较大时,导致环裂;风口漏水使锌碱金属及渣铁渗入继续加剧了环裂;炉缸侧壁窜气使靠近冷面的电偶异常升温;环缝分布在距碳砖冷面300~550 mm范围,炉缸形成较明显的"象脚状"侵蚀,碳砖最薄剩余厚度为644 mm。通过诊断和模拟试验,采取了灌浆、加强风口漏水巡检、改换长风口等有效护炉措施,使得电偶温度控制在低于历史最高值的情况下,保持高炉正常运行。     

有害元素对高炉炉缸侧壁碳砖的侵蚀

对湘钢2号高炉炉缸七个有代表部位的样品进行扫描电镜、能量色散谱、X射线衍射和原子吸收光谱分析,研究有害元素对高炉炉缸侧壁碳砖的侵蚀以及粉化断裂机理.结果表明,高炉炉缸不同部位的碳砖侵蚀机理不同.第一层以有害元素在碳素熔损反应中的催化作用及生成白榴石为主;上部碳砖侵蚀以K渗透到砖缝中,改变砖质为主;风口以Zn侵蚀为主;铁口K含量较多,另有Pb富集.同种有害元素在不同部位侵蚀碳砖的机理有所不同.K元素在最上部以催化作用为主,在下部以渗透到碳砖内部使碳砖改性为主;Zn在风口碳砖有明显的结晶,在炉缸炉底上部含有大量的Zn并没有结晶,而是附着在砖表面上部.     

高炉用温差自力式调节阀的特性

高炉寿命对炼铁生产技术经济指标有很大影响,而高炉各部位冷却器的冷却状况又极大地影响着高炉寿命。长期以来国内外高炉都是以恒流量供水冷却方式冷却,冷却强度无法满足热负荷峰值时的需要,同时还会造成冷却水供量缺乏均衡和稳定,以致冷却器易烧坏,高炉寿命降低。为改变此种状况,作者提出采用温差自力式调节阀使高炉冷却设备由恒流量供水冷却改为恒温差供水冷却方式,满足高炉冷却在热负荷峰值时对冷却强度的需要,使高炉冷却壁不致烧坏,从而延长高炉寿命。文中针对温差自力式调节阀的原理及结构,特点及作用进行了阐述,并对温差自力式谳节阀的水流量与水温差的关系进行了实验测定。     

传热边界逆解在高炉炉缸侵蚀诊断中的应用

根据复杂结构传热问题中的待定边界逆解原理,针对高炉炉缸测温点较少或无测温点的情况,按照轴对称稳态传热方程,以实测温度和冷却壁热流量为侵蚀边界核定条件,构造了一种正解计算—核定—修改边界—再正解计算核定的逐次逼近的炉缸内衬侵蚀边界数值计算方法.该方法用最危险原则判断同一轴截面内衬侵蚀形貌的不惟一性和不适定性,其诊断结果与后期高炉大修破损调查结果一致.这种方法可应用于同类高炉的炉缸内衬侵蚀诊断.     

基于边界移动法的高炉炉缸侵蚀监测模型

基于预埋在高炉炉缸内热电偶反馈的温度数据,联合数值传热计算和最优化理论的梯度下降法寻找最优化的边界移动步长因子,建立了高炉炉缸侵蚀监测模型.应用建立的模型可有效求解未知边界的传热反问题.将热电偶反馈的监测数据作为输入数据,应用建立的炉缸侵蚀监测模型对其进行未知边界问题反演求解,计算得到了炉缸内衬侵蚀形貌和残厚.把已知炉缸侵蚀形貌和相应的热电偶测温数据的高炉炉缸作为校验模型样本,模型预测与样本的侵蚀形貌对比表明其相对误差平均值为3.6%,确认了炉缸侵蚀监测模型的可靠性.     

Study on the early warning mechanism for the security of blast furnace hearths

The campaign life of blast furnace (BF) hearths has become the limiting factor for safety and high efficiency production of modern BFs. However, the early warning mechanism of hearth security has not been clear. In this article, based on heat transfer calculations, heat flux and erosion monitoring, the features of heat flux and erosion were analyzed and compared among different types of hearths. The primary detecting elements, mathematical models, evaluating standards, and warning methods were discussed. A novel early warning mechanism with the three-level quantificational standards was proposed for BF hearth security.     

高炉炉缸的应力分析和炉壳开裂补强判据

根据线性热弹性力学理论和高炉炉缸结构受热膨胀的力学特征,推导了平面轴对称温度分布和均布压力作用下炉缸结构的应力和变形计算式.分析炉缸结构热过盈工作状态的应力和炉壳纵向开裂补强前后的内衬应力特征,得出内衬受外缘抗拉强度控制的结果.由内衬外缘表面的强度条件,推导出满足强度要求的最小界面压力,进而提出炉壳纵向开裂补强的设计原则和炉壳补强判据.给出的算例可供计算参考.     

宝钢4号高炉炉衬温度场数学模型及分析

以宝钢新建4号高炉炉衬结构为原型,以多类边界条件处理边界传热问题,建立了炉衬结构三维温度场数学模型.基于该模型,分析了炉衬温度场分布,讨论了炉内渣皮形成与脱落的温度条件和冷却热负荷对炉衬温度场的影响.结果表明,在炉身中下部和炉腹、炉腰部位炉衬内表面到冷却板前端的100mm范围内是炉衬耐材易损区和渣皮形成区;在1300~1450℃炉气温度范围内易于形成稳定的渣皮层,而1450℃以上区域渣皮的形成与稳定取决于该部位的冷却负荷;保证铜冷却板长期使用的最低水流量需不小于6t/h.