【手艺文献】高炉炉身中上部铸铁冷却壁稳态传

发稿时间:2019-07-17

  [1] 张寿荣.耽误高炉寿命是系统工程高炉长命手艺是分析手艺[J].炼铁,2000,19(1):1-4.

  图8 所示为单层四管冷却壁和双层水管冷却壁正在稳态传热简化模子前提下,对两种体例冷却壁等效应力进行的阐发,从两种冷却壁温度范畴来看,双层水管冷却壁热应力全体要小一些,且双层水管冷却壁热应力的应力梯度也较大。因而,双层水管冷却壁全体利用寿命该当较单层四管冷却壁长一些。

  3)双层水管冷却壁的抗变形能力、导热能力较强,正在炉身中上部冷却器设置装备摆设方面,正在高炉操做顺行较高的企业,有替代部门铸铜冷却壁或者铜冷却板的可能,以降低投资成本。

  本末节正在对球墨铸铁冷却壁温度场模仿的根本上,对高炉中上部冷却设备及炉型布局的不变性进一步通过总变形及等效应力阐发加以研究。

  1)炉壳取空气对传播热。设炉壳外温度和冷却程度均温度为30 ℃,正在炉壳取空气之间存正在天然对传播热和辐射传热,本文采用分析传热系数hk来表现两种传热的感化。

  成立三维仿线 所示,由冷却壁冷水进水管侧始顺次为下侧冷水进水管、上侧热水出水管、高炉炉壳、炉壳取冷却壁壁体之间的密封用耐火填料、冷却壁壁体、冷却壁壁体热面隔热用镶砖。高炉现实出产中该水冷系统的次要感化是通过水冷冷却壁降低热面镶砖温度,以削减该镶砖内部热应力,以达到耽误镶砖利用寿命的目标。

  以国内某高炉炉身中上部“四进四出型”球墨铸铁冷却壁为例,本文通过正在原壁体厚度225 mm 的根本上添加至285 mm,并正在该冷却壁冰脸侧添加蛇形管以强化冷却,优化工况下温度场分布,以耽误炉身中上部冷却壁利用寿命。保守“四进四出型”球墨铸铁冷却壁为取改良型区别,正在此定名为单层四管冷却壁如下页图1 示,改良型球墨铸铁冷却壁及其具体尺寸正在此定名为双层水管冷却壁,具体尺寸详见图2 所示。

  3)无缝钢管取铸铁壁体之间的间隙热阻。冷却水取铸铁壁体之间存正在热阻别离为:冷却水取无缝钢管内概况之间对流热阻;水垢热阻;无缝钢管管壁导热热阻及概况防渗碳涂层热阻;水管防渗碳涂层取铸铁本体之间的间隙热阻。

  炉身中上部处于高炉冶炼过程炉料干区,正在高炉高温煤气流不纪律冲刷的同时,来自于焦炭、矿石等固态炉料对炉墙的磨损也不容轻忽,故球墨铸铁冷却壁热面通过增设燕尾槽以固定耐火砖达到削减炉内高温煤气及固态炉料取冷却壁的间接接触,另一方面冷却壁通过及时带走耐火镶砖的热量以降低耐火镶砖的工况温度,耽误耐火镶砖(砖衬)利用寿命,两者彼此推进达到高炉长命的目标。

  综上阐发得出工程实践中的意义:炉容越大或者炉身中上部热负荷波动越屡次的高炉利用双层水管冷却壁的意义也较大,可以或许无效耽误该部位冷却壁利用寿命;相反炉容相对小或者炉身中上部热负荷较为不变的高炉使用单层四管冷却壁就脚够了,可以或许必然程度降低工程扶植及运营成本。

  2)炉容相对小或者炉身中上部热负荷较为不变的高炉使用单层四管冷却壁就脚够了,可以或许必然程度降低工程扶植及运营成本。

  5)利用工况选定。连系出产现场现实环境,采用不异的模子简化方式成立冷却壁实体模子,工艺前提均为:拔取炉身中上部球墨铸铁镶砖冷却壁,高炉煤气温度1 200 ℃,冷却水速为2 m/s,冷却壁壁体热面镶砖厚度为150 mm。

  本模子正在球墨铸铁冷却壁侧面、顶面及底面采用绝热前提的根本上,拔取炉身中上部运转工况前提为:高炉煤气温度1 200 ℃,冷却水速为2 m/s,冷却壁壁体热面镶砖150 mm,别离对球墨铸铁冷却壁模子内侧、外侧、冷却壁内通过水管的纵向截面进行温度场阐发,如图4、图5 及下页图6 所示。

  4)冷却壁镶砖取炉内对传播热。高炉出产过程中,冷却壁镶砖热面煤气流温度分布并不服均,镶砖取煤气间传热系数也跟着煤气温度变化而变化。

  基于传热学和无限元阐发根基道理,通过ANSYS 无限元阐发软件,对高炉炉身中上部两种铸铁冷却壁模子进行了稳态传热阐发,并正在不异工况下别离对两种冷却壁进行内侧、外侧、水管区截面温度场分布比力,为优化铸铁冷却壁正在高炉设想中的合理设置装备摆设,提高铸铁冷却壁利用机能供给了参考和根据。

  图6 将单层四管冷却壁和双层冷却壁内侧水管的纵向截面温度进行模仿比力,因为双层冷却壁存正在两层截面,从两个截面温度全体看,脚以表白及温度梯度较单层的大,从另一个层面讲,双层冷却壁因为温度梯度大而导热能力更强,可以或许将热面接收的热量更及时带走。

  图5 将单层四管冷却壁和双层水管冷却壁外侧面,出产方习惯称做的冷却壁冰脸进行温度场阐发,温度区间能够看出5-2 仍较5-1 全体低50 ℃,且5-2 低温区分布较5-1 更平均,对耽误球墨铸铁冷却壁壁体寿命极其有益。

  高炉炉身中上部耐材的不变是连结较抱负高炉操做炉型的环节。该部位耐材正在出产过程中,接管不纪律高温煤气流冲刷的同时,入炉固体炉料对炉墙的摩擦碰撞感化也不容轻忽,现实出产过程中该部位耐材的次要通过铸铁冷却壁水冷以降低耐材热面温度,降低热应力,达到耽误耐材利用寿命的目标。因而,本文通过对高炉炉身中上部常用两种铸铁冷却壁进行稳态传热阐发,得出不异工况下冷却壁热面温度场分布和正在现实出产过程中的使用特点,为高炉设想过程优化冷却设备设置装备摆设供给参考和根据。

  连系冷却壁总变形量和等效应力分布可得出工程实践中的意义正在于双层水管冷却壁的抗变形能力、导热能力较强,正在炉身中上部冷却器设置装备摆设方面,正在高炉操做顺行较高的企业,利用改良后的双层水管冷却壁可恰当降低设置装备摆设,替代部门铸铜冷却壁或者铜冷却板,以降低投资成本。

  图4 将单层四管冷却壁和改良后双层水管冷却壁的内侧,出产方习惯称做的冷却壁热面进行温度场阐发,图4-1 所示温度区间为165.65~682.44 ℃,改良后的双层水管冷却壁4-2 所示温度区间为116.02~633.18 ℃,全体温度场区间较改良前降低50 ℃,且燕尾槽温度梯度较着较4-1 要大,即便高炉炉墙内侧镶砖概况温度同样程度,跟着越接近燕尾槽根部温度下降也越快,对耽误镶砖寿命较为有益。

  受高炉高温煤气流不纪律冲刷的同时,来自于焦炭、矿石等固态炉料对炉墙的磨损也不容轻忽,故球墨连系图1 和图2 所示具体铸铁冷却壁几何尺寸,颠末操纵专业传热阐发方式无限元阐发软件正在1.1 中定义的鸿沟前提根本上,本文成立简化后的单层四管水冷冷却壁和双层四管水冷冷却壁仿实模子做为阐发根本。

  本模子假设炉内煤气流温度1 200 ℃,镶砖取煤气流换热系数hg=232 W/(m2·℃)。

  连系图1 和图2 所示具体铸铁冷却壁几何尺寸,颠末操纵专业传热阐发方式无限元阐发软件正在1.1 中定义的鸿沟前提根本上,本文成立简化后的单层四管水冷冷却壁和双层四管水冷冷却壁仿实模子做为阐发根本。

  本模子正在计较过程考虑不异工况比力,即对该过程简化为:只考虑无缝钢管取铸铁本体之间的间隙热阻R。

  因本次建模是为了正在划一工况下比力两种分歧冷却布局的冷却壁温度场分布、总变形量、等效应力分布环境,为正在高炉长命设想工做中优化冷却壁设置装备摆设和选型供给参考根据,正在不影响这一初志的前提下进一步将模子侧面、顶面及底面鸿沟前提以绝热前提处置。

  [3] 温宏权,李山青,冯莲芹,等.高炉冷却壁的稳态传热计较[J].宝钢手艺,2001(2):13.

  成立三维仿线 所示,由冷却壁冷水进水管侧始顺次为下侧冷水进水管、上侧热水出水管、高炉炉壳、炉壳取冷却壁壁体之间的密封用耐火填料、冷却壁壁体、冷却壁壁体热面隔热用镶砖。高炉现实出产中该水冷系统的次要感化是通过水冷冷却壁降低热面镶砖温度,以削减该镶砖内部热应力,以达到耽误镶砖利用寿命的目标。

  图7 所示为单层四管冷却壁和双层水管冷却壁正在稳态传热模子前提下,总变形量进行阐发比力,7-2 变形量集中正在上下两头,且最大变形量为2.831 mm,因为两头属于非刚性毗连,上基层壁体之间有30 mm 的不定性耐火填料,能够充实接收该变形量,炉型不变性较强,两头大面积区域变形量1 mm 摆布,根基能够忽略不计。而7-1 所示变形量很不服均,易形成镶砖零落,对连结设想炉型晦气,易形成边缘煤气流节制不稳。