薛庆国[1]2001年在《高炉炉墙的传热学研究》文中研究指明本文以高炉炉墙为研究对象，采用热态试验和数值模拟相结合的方法，对其温度场进行了系统的研究。讨论了冷却器形式、冷却器的结构参数、耐火材料种类以及高炉操作等因素对炉墙温度场的影响。在此基础上，采用BP神经网络，建立了高炉炉墙温度预测模型。 作者首先对唐山钢铁公司1260m~3高炉停炉时的破损状况进行了现场调查。结果表明：对于冷却壁高炉而言，存在的突出问题是炉身下部冷却壁凸台在炉役早期就大量损坏；凸台损坏后，耐火砖衬因失去支撑而脱落，炉身下部冷却壁大部分时间在没有耐火砖衬保护的状态下工作，导致炉身下部寿命无法满足高炉长寿的要求。这是目前我国众多冷却壁形式高炉寿命普遍较短的重要原因之一。 本文首次对国内高炉实际使用的铸铁凸台冷却壁进行了热态试验。研究了炉温、冷却水流速、冷却水温度等工艺参数对冷却壁温度的影响。结果表明：在试验条件下，降低冷却水的温度和提高水速对降低冷却壁热面温度的作用是十分有限的。因此，在工业生产中，靠降低水温和提高水速来降低冷却壁的热面温度是不经济的。 为了系统研究高炉炉墙的温度场，以实际高炉的炉身下部炉墙为原型，根据高炉实际情况，在对原型进行合理简化的基础上，分别建立了凸台冷却壁高炉和板壁结合高炉炉墙的物理模型和进行叁维稳态温度场计算的数学模型；讨论确定了其相应的边界条件；并用此模型结合热态试验的情况进行了计算，将计算结果与热态试验的结果进行了比较，二者十分吻合。 本文利用大型通用有限元分析程序—ANSYS，系统计算并分析了高炉炉墙(包括凸台冷却壁高炉炉墙和板壁结合高炉炉墙)的叁维稳态温度场。在凸台冷却壁高炉炉墙温度场计算方面，主要计算了耐火材料的导热系数、冷却壁的结构参数、高炉内煤气流温度以及砖衬侵蚀程度等因素对高炉炉墙温度场的影响。结合导致高炉炉衬／冷却系统破损的主要机理，探讨了凸台冷却壁高炉炉墙破损的基本原因。计算结果和高炉破损调查及冷却壁热态试验的结果吻合较好。在板壁结合高炉炉墙温度场计算方面，讨论了冷却板及冷却壁的冷却／结构参数、炉内煤气流温度以及砖衬侵蚀程度对炉墙温度场的影响。在此基础上讨论了影响铜冷却板使用寿命的最主要因素。在上述分析结果的基础上，讨论了高炉炉墙不同热负荷区域的冷却器形式的选择对延长高炉寿命的重要性。 在冷却壁高炉炉墙温度场数值计算的基础上，以BP神经网络作为工具，建立了高炉炉墙温度预测模型。在对高炉炉墙温度场的系统分析基础上，确定以冷却壁本体厚度、冷却壁凸台长度等13个反映高炉炉墙结构特征的参数作为模型
程素森, 杨天钧[2]2002年在《高炉炉墙热负荷的传热学分析和研究》文中研究指明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比 ;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
韩义[3]2010年在《高炉炉缸炉墙传热和应力的有限元计算》文中研究表明高炉长寿已经成为当代炼铁技术进步的重要标志和组成部分。为了提高生产力,降低炼铁成本,提高高炉寿命问题已经日益突出。依据我国对高炉寿命的调查结果显示，高炉耐火内衬的破损剥落以及炉壳的开裂是影响高炉寿命的决定性因素。高炉炉缸的传热结构是耐火砖+填料(捣打层)+冷却壁+炉壳。炉墙热面与高温铁水接触,体内冷却水强制冷却,形成很大的温度梯度和很高的热负荷。结构膨胀应力和温度差应力是造成炉墙耐火材料及炉壳破损的主要原因,此外,炉缸中的碱金属化合物以环缝形式出现,对内衬和炉壳都将产生极大的破坏作用,因此对炉缸部分炉墙的受热变形分析以及热应力计算是实现高炉长寿的必要手段。分析高炉耐火材料和炉壳的温度场和热应力场情况,对指导高炉炉墙的设计、制造和使用维护,提高高炉的使用寿命有着重大的意义。本文根据炉墙复合体的结构特点和工作情况,根据叁维稳态传热理论和热弹塑性力学原理,采用周期对称模型,建立了高炉开裂前后炉墙复合体工作状态下的传热和热应力计算模型,该模型比以往研究中采用平板模型更为精确。有限元法是工程分析最主要的计算工具。由于本文的研究对象是炉壳局部开裂的情况,因而采用有限元法可以较准确的计算出温度场和应力场。在高炉服役过程中,随着内衬侵蚀程度不断增大,炉墙温度梯度也将随之变大,而炉壳开裂是由炉壳的环向应力和材质缺陷决定的,所以在有限元软件ANSYS平台下,建立高炉开裂前后计算模型,并且模拟实际情况进行边界条件的加载,有助于分析炉壳开裂前后内衬及炉壳的应力及温度的变化。对开裂前后的炉壳及内衬外缘的径向和环向应力及变形进行对比,分析其导致变化的原因,同时对影响炉壳及内衬的温度和应力的若干因素进行探讨。本课题的研究成果对提高高炉炉墙的研发设计水平以及高炉炉壳破损维修方案都具有重要的参考价值和借鉴意义。
李升龙[4]2009年在《高炉炉墙结构热应力分析》文中研究指明高炉长寿已经成为当代炼铁技术进步的重要标志和组成部分。为了提高生产力,降低炼铁成本,提高高炉寿命问题已经日益突出。依据我国对高炉寿命的调查结果显示,高炉耐火内衬的破损剥落以及炉壳的开裂是影响高炉寿命的决定性因素。高炉炉缸的传热结构是耐火砖+填料(捣打层)+冷却壁+炉壳。炉墙热面与高温炉气接触,体内冷却水强制冷却,形成很大的温度梯度和很高的热负荷。结构膨胀应力和温度差应力是造成炉墙耐材料及炉壳破损的主要原因,从而炉缸的受热变形分析以及热应力计算是实现高炉长寿的必要手段。分析高炉耐火材料和炉壳的温度场和热应力场情况,对指导高炉炉墙的设计、制造和使用维护,提高高炉的使用寿命有着重大的意义。把炉墙结构简化为轴对称模型。根据高炉炉墙传热结构中的冷却壁和炉壳的复合对流传热的传热特点,通过对水管冷却的等效折算和炉壳对流传热边界的等效置换,建立了基于大平板和长圆筒导热理论的两种一维等效简化计算方法。给出了根据冷却热流量推测内衬侵蚀位置和炉墙温度场的计算法,其计算结果与有限元数值计算结果作了对比,表明炉缸炉墙的冷却壁和炉壳复合对流换热一维等效简化计算方法具有较高精度。根据线性热弹性力学理论,给出了平面轴对称温度分布和受内外均布压力的作用下圆筒应力和变形计算式。针对高炉炉缸组合结构受热膨胀的力学特征,考虑冷却壁以及内外填料的热和弹性变形作用并作简化,建立了炉壳纵向开裂补强前后的结构的应力和变形计算方法。同时用有限元软件ANSYS建模仿真,算例的计算结果与有限元软件的计算结果一致。高炉服役过程中内衬侵蚀不可避免,导致炉墙温度梯度变大,热应力也相应变大。在炉壳温度较高或者炉内压力比较大的情况下炉壳会进入塑性变形状态,热弹性力学已不适用。因此根据塑性力学理论,给出了平面轴对称温度分布和受内外均布压力的作用下圆筒应力和变形计算式。并且计算比较了不同炉内(?)力对高炉炉壳热应力的影响。本课题的研究成果对提高高炉炉墙的研发设计水平以及高炉炉壳破损维修方案都具有重要的参考价值和借鉴意义。
张敬棋[5]2017年在《基于分布式测温光纤的热风炉蓄热室监测与侵蚀分析》文中研究说明热风炉是高炉送风系统中的重要附属设备,提供了冶炼过程所需的热风,其工况的正常与否,直接影响高炉工作。因此,炉体热状态监测和炉壁状态分析成为现场工作人员十分关心的问题。传统的监测方式是人工巡检,主要是通过察看炉壁颜色和手触炉壁温度来预估热风炉炉体状态。此种方法具有误差大,监测不实时,操作不便利等缺点。目前,国内外对热风炉工况监测分析的相关文献较少,尚不存在较为具体有效的监测手段。近年来,光纤测温以其稳定性好、空间点定位清晰、多点连续自动测量的优势,在工业领域得到广泛应用。本文以某钢铁公司3600m3外燃式热风炉的蓄热室为研究对象,以分布式光纤系统(DTS)为硬件基础,以ANSYS14.0、SQL Server2008和Visual Studio2013为软件支持,以传热学、蓄热室内部传热为基本理论设计出了蓄热室热状态监测和炉壁侵蚀分析系统。(1)将DTS测温光纤环绕至热风炉蓄热室外壳,在光纤上标记出不同标高和角度的测温点,用以作为系统计算分析的数据支撑。(2)根据目标热风炉实际情况,在模型假设的基础上,构造边界条件和侵蚀边界参考线,建立蓄热室炉壁二维稳态传热模型,并使用有限单元法(FEM)计算最终侵蚀线。(3)在VS平台上使用C#语言搭建模型整体架构,建立用户可视化界面。通过VS与APDL的接口后台运行ANSYS14.0实现侵蚀有限元求解;通过VS与DTS接口,实现炉壳温度监测;通过VS与数据库接口,实现数据存储、查询。(4)系统界面主要包括热风炉炉体参数输入界面、燃烧计算界面、DTS温度曲线监测界面、纵向剖面侵蚀分析界面。系统处于测试阶段,效果良好。本文对热风炉蓄热室的状态监测和炉壁分析具有借鉴意义,可作为相关研究的参考依据。
李鹏贞[6]2012年在《高炉炉缸内衬传热平衡界线的计算》文中研究指明高炉是钢铁冶炼中重要的生产设备,其建造和维修费用巨大。随着国内经济的发展和高炉大型化的推进,高炉的长寿问题越来越受到人们的关注。炉缸的寿命是影响高炉整体寿命的一个重要因素,所以延长高炉炉缸的寿命就能够大量降低冶炼成本,取得更大的经济效益。炉缸出铁过程中内衬与高温铁水直接接触,其侵蚀是造成炉缸破损的重要原因,因此,寻找合理有效的方法减少减缓炉缸内衬的侵蚀对指导高炉设计与操作有重要的意义。本文通过研究高炉炉缸内衬传热平衡界线来分析炉缸内衬侵蚀边界,现阶段的研究一般都是运用传热学理论把1150℃等温线作为侵蚀边界的预估,即铁水凝固线。通过合理的冷却和生成渣皮保护层,将炉缸炉底的1150℃等温侵蚀线控制在一定的分布位置,对炉缸的设计及寿命的研究有一定的工程实用价值。高炉炉缸的整体结构比较复杂,炉底及炉缸侧壁均设有冷却水管,所以本文在实际建模的过程中,为了节省计算时间与工作量,根据炉缸的冷却条件,运用传热学原理对炉缸侧壁及炉底进行了对流换热系数的等效折算,从而使整个炉墙冷却壁得到了大大的简化,提高了分析计算的效率。建立高炉的计算模型,在传热平衡界线的计算中,重点研究了炉缸内1150℃等温侵蚀线的分布情况。具体是采用传热学原理及内衬单元与铁水单元相互替代模拟侵蚀边界自动移动的方法,以铁水凝固线为侵蚀判据,实现炉缸叁维理论操作炉型1150℃等温侵蚀线的快速重构,从而得到了炉缸内达到理想出铁条件时的侵蚀形貌。同时,讨论了铁水粘度和炉缸炉底对流换热系数对炉缸理论操作炉型传热平衡界线的影响。为更好的模拟炉缸内铁水环流等因素,建立了高炉炉缸设计原型下的出铁模型,分析计算出了炉缸1150℃传热平衡界线及炉缸内衬热面的温度分布情况。利用计算流体力学中的液固两相流及离散相理论,以设计原型为研究对象,引入磨损模型,模拟分析了铁水对炉缸内衬的冲刷侵蚀及最大磨损量。同时,讨论了死焦柱浮起高度与死焦柱孔隙率对内衬冲刷侵蚀磨损量的影响。这种方法对炉缸寿命计算的研究有一定的探索意义。
李骏峰[7]2014年在《高炉炉体热流强度与炉况顺行的研究》文中指出随着高炉冶炼生产的进行,其内部必将伴随着一系列复杂的物理化学反应的发生,这是高炉正常冶炼生产所必须经历的过程。在这一复杂过程的背后,高炉炉体经受着高温煤气及炉料的冲刷,渣铁液的侵蚀,碱金属及锌的侵蚀,热震破坏等危害,而这些危害将直接影响到高炉正常的冶炼生产。而高炉炉体各部位热流强度的变化,能够反映出炉内炉衬的侵蚀,煤气流的分布,炉墙的结厚结瘤等不可视的炉内情况,而这些情况又与冶炼炉况紧密相关。因此,结合某钢厂1号高炉生产实际,研究高炉炉体热流强度与炉况顺行的关系,从而为炼铁工作者提供有效的调剂指导,具有相当重要的实际意义。本文综合考虑1号高炉炉体结构及冶炼实际,从高炉冷却方面入手,运用传热学原理对炉体进行传热分析,建立了炉体工作环境相对恶劣部位的传热数学模型,从原理上弄清了炉体热流强度与炉况顺行的关系,从而可以计算得到炉体相关部位的侵蚀状况。然后,以炉体传热数学模型为基础,高炉实际生产数据和炉况为依据,得到高炉顺行下各部位的合理热流强度。再对炉况欠顺条件下的热流强度的分布情况进行作图分析,并将其与顺行时的情况进行比对,最终得到满足高炉稳定顺行的炉体各部位合理的热流强度,并将其应用于指导实际生产,为高炉长期稳定顺行提供帮助。研究结论如下：(1)结合冶炼实际和理论模型的研究,得到满足高炉稳定顺行的炉底长期热流强度的合理范围为2500～9800W/m2,而当前阶段应当保持在3000W/m2左右。(2)正常冶炼生产中,满足1号高炉稳定顺行的炉缸部位长期热流强度应当在7500-23500W/m2范围,而当前冶炼阶段,高炉顺行的热流强度应保持在9000W/m2左右。(3)在炉腹部位采用铜冷却壁的条件下,要使高炉顺行高产,则此部位渣皮厚度保持在40mm左右最佳。高炉炉腹部位热流强度最好保持在40000-70000W/m2,而最优的热流强度为50000W/m2。(4)由于炉腰部位同样采用的是铜冷却壁,故此处渣皮厚度应当维持在40mm左右为宜。炉腰处热流强度应当维持在30000-45000W/m2,而最适宜的热流强度则在40000W/m2上下。
刘昊[8]2013年在《高炉炉缸部炉壳开裂的炉墙热应力分析》文中研究表明高炉炼铁是我国现今采用的最普遍的炼铁方式。我国各重点钢铁企业的高炉容积不断向大型化发展,且高炉又向着高产量及强化冶炼发展。为了提高生产力,降低炼铁成本,延长高炉寿命成为钢铁行业亟待解决的重要问题,同时高炉的长寿也是炼铁技术进步的重要标志之一。炉缸是高炉结构安全的核心部位,是存储铁水的容器,炉缸的炉墙寿命决定了高炉的寿命。炉缸区的破损形式主要有耐火内衬的破损剥落以及炉壳开裂导致的内衬相继破坏。本课题以高炉炉缸部位的炉墙结构作为研究对象,针对炉壳开裂问题,借助ANSYS的APDL参数化设计语言建立了内衬-开裂炉壳双层炉墙模型。在此基础上,依据传热学稳态热传导理论、对流传热理论,合理的确定了炉墙结构的边界条件。依据理论推导出的接触面温度和冷却条件-对流传热系数,通过ANSYS模拟出开裂炉壳双层炉墙的温度场。通过对内衬在砌筑、烘炉以及正常工作时的变形分析,利用热应力理论合理的修正了砌筑内衬的弹性模量与线膨胀系数。并利用热-结构耦合,仿真计算出炉墙的热应力状况。根据接触分析理论并结合实际情况将炉壳与内衬体的接触滑动问题考虑进来。同时考虑了炉壳裂纹尖端的弹塑性变形。讨论了影响开裂区内衬最大环向应力的因素。将仿真结果所得到的热应力状况与推导的一维炉壳开裂补强判据中的数据进行对比分析,得出本课题所研究的叁维实体仿真结果更精确。本课题中有特色的工作包括：利用对流传热理论中的流体外掠平板对流传热与射流冲击传热大致确定了炉壳喷水操作的对流传热系数；考虑了内衬与炉壳间的接触滑动问题；详细地讨论了内衬碳砖在砌筑、烘炉与实际工作中,其与连接耐火泥的缩胀问题对碳砖物性的影响；考虑了炉壳裂纹尖端可能出现的弹塑性变形问题；本课题实现了全过程的APDL参数化设计。本课题的研究工作对提高高炉炉墙的设计与施工技术以及高炉炉壳开裂补强维修方案都具有参考价值。
史岩彬[9]2006年在《基于CFD/NHT分析技术的高炉炼铁过程建模与仿真研究》文中进行了进一步梳理高炉炼铁过程(通常被称为“高炉过程”)是世界冶金工业不可或缺的重要环节，是生产铁水的主要手段。该过程具有多相态共存、物理化学现象交错的特点，而且高炉生产条件恶劣，内部情况难以观察。为了更好地控制生产，现代高炉广泛配备自动化控制系统，引入故障推断模型，但它们仍存在以下主要缺点：①缺乏预测性能，指导性差，过于依赖经验信息；②对高炉中的存在状态分析粗犷，内部相态耦合关系不明确，难以弄清机理和细节；③提供的信息量少，无法全面反映高炉运行情况，面向操作人员可读性差；④缺乏整体分析高炉过程的手段，不利于真实机理研究。随着高炉监测水平的提高和复杂现象机理研究的深入，应该逐渐抛弃原有靠经验指导高炉生产的传统方式，创建能够弥补以上缺陷的新的技术方法，建立起高炉过程仿真体系，使其具备离线预报功能，能够细致分析炉况、提供丰富信息。高炉过程仿真技术的应用为解决高炉大型化带来的难题，进一步提高高炉冶炼水平和促进冶金工业跨越式发展具有非常重要的理论和现实意义。 本论文以山东省科技发展计划项目[012050107]为依托，面向高炉大型化引出的难题和冶金行业可持续发展的要求，以高炉的多相态耦合流动和传热过程作为研究对象，建立多相态多维数学模型、探讨仿真关键技术。课题应用计算流体力学(CFD)和数值传热学(NHT)理论剖析高炉炼铁过程，从多个角度和层次进行仿真，拟实地预见和再现高炉内状态。 针对国内高炉炼铁工艺，分析了高炉内部全过程的多相态特性，提出了高炉炼铁复杂过程的多相态研究方法以及高炉过程整体建模理论框架，建立了适合高炉过程特点的数学模型控制方程，以此为基础创建了通用的高炉过程多相态多维仿真环境。针对高炉过程建模、求解和数据可视化处理的工作要求，根据高炉过程符合的自然定律，给出了通用的高炉过程守恒方程。着重对高炉回旋区的湍流流动和燃烧现象进行了数学建模。将矿石还原反应的未反应核理论引入高炉过程数学模型，并提出其它化学反应在仿真计算中的处理办法。阐述了高炉过程的有限容积法求解思路及其流场的SIMPLE算法，以及高炉过程的计算流体力学和数值传热学分析技术。提出以商用软件开发作为辅助分析手段，可以更有效、拟实地完成数值模拟工作。
刘晓明[10]2008年在《高炉铸铁冷却壁传热计算及炉缸气隙的判定方法》文中研究指明高炉长寿已经成为当代炼铁技术进步的重要标志和组成部分。为了提高生产力,降低炼铁成本,提高高炉寿命问题已经日益突出。依据我国对高炉寿命的调查结果显示,冷却设备的设计和制造质量是影响高炉长寿的重要因素之一。过去高炉冷却设备的设计是根据经验或破损调查得出的,随着计算技术及传热学理论及其应用的不断发展,加之人们对冷却设备认识的不断深化,应用传热学数值计算对冷却设备进行结构参数优化已经成为可能。本文以我国目前各大钢厂广泛应用的冷却设备(铸铁冷却壁)为对象进行了传热建模分析。铸铁冷却壁在当前国内钢厂中还拥有广泛的应用,本文运用大型有限元通用软件ANSYS,对高炉铸铁冷却壁稳态工况进行传热学分析,通过分析得到了冷却壁在稳定工作状态下的温度场、热流以及温度梯度的分布情况,从而可以找出冷却壁工作中需要注意的地方,为今后冷却壁的维护和设计提供参考。本文还讨论了水垢、水速、气隙、涂层、接触率等变量对高炉铸铁冷却壁温度场的影响,并实现了影响因素的APDL参数化,使分析更加方便。同时,应用数值计算软件MATLAB进行了理论计算结果的曲线模拟,使影响因素的作用结果更加直观明了。高炉炉缸的传热结构是耐火砖+填料(捣打层)+冷却壁+炉壳。服役中炉缸结构受波动热载荷和炉内压力的作用,其填料层会出现龟裂和间隙。填料层一旦出现龟裂和间隙,结构传热的热阻增大,会导致内衬温度异常升高,促使内衬热面的结渣脱落,甚至内衬热面直接接触铁水,导致内衬产生异常侵蚀。及早发现内衬气隙并采用注浆处理消除气体间隙是维护炉缸长寿的重要内容。本课题根据一维径向传热理论,研究了高炉炉缸内衬填料层出现气体间隙和龟裂前后的两个稳态传热状态和非稳态传热状态问题的传热特征,给出了炉缸侧壁气隙存在的判定条件和炉缸气隙指数的定义,讨论了利用炉缸内衬气隙指数监测炉缸传热完整性的方法,计算例子表明文中给出的方法具有可行性。
参考文献：
[1]. 高炉炉墙的传热学研究[D]. 薛庆国. 北京科技大学. 2001
[2]. 高炉炉墙热负荷的传热学分析和研究[J]. 程素森, 杨天钧. 钢铁研究学报. 2002
[3]. 高炉炉缸炉墙传热和应力的有限元计算[D]. 韩义. 东北大学. 2010
[4]. 高炉炉墙结构热应力分析[D]. 李升龙. 东北大学. 2009
[5]. 基于分布式测温光纤的热风炉蓄热室监测与侵蚀分析[D]. 张敬棋. 安徽工业大学. 2017
[6]. 高炉炉缸内衬传热平衡界线的计算[D]. 李鹏贞. 东北大学. 2012
[7]. 高炉炉体热流强度与炉况顺行的研究[D]. 李骏峰. 昆明理工大学. 2014
[8]. 高炉炉缸部炉壳开裂的炉墙热应力分析[D]. 刘昊. 东北大学. 2013
[9]. 基于CFD/NHT分析技术的高炉炼铁过程建模与仿真研究[D]. 史岩彬. 山东大学. 2006
[10]. 高炉铸铁冷却壁传热计算及炉缸气隙的判定方法[D]. 刘晓明. 东北大学. 2008