柳钢五号高炉炉缸的内衬热平衡分析

发布时间：2020-08-28 15:46

　　在我国,冶金行业炼铁的重要方式就是高炉炼铁。目前,我国的炼铁企业高炉的结构和参数都向着大型化及高炼铁强度发展。因此,提高高炉的炼铁效率,降低炼铁成本,获得较长的稳定出铁时间和延长高炉的寿命成为钢铁行业亟待解决的重要问题,炼铁技术的进步是以能使高炉获得较长寿命为重要指标。高炉炉缸是炼铁的核心反应区,长期受着铁水的冲刷、热应力侵蚀及其他化学侵蚀等,而高炉的损坏大多都是炉缸的损坏,因此,炉缸的寿命决定了高炉的寿命。研究炉缸内衬热平衡下的理论操作炉型,炉缸侧壁和炉底热平衡时的剩余内衬厚度,对高炉的长寿有重要意义。以往对高炉的研究方法中,把内衬热面都当作是固定壁面,而不随高炉服役时间的变化而变化,这就使得高炉模拟计算中出现较大误差。本文利用FLUENT软件,采用“凝固潜热”的方法对高炉模型进行分析,通过自定义函数,实现了内衬单元与铁水单元相互代替,模拟了侵蚀边界的自动移动,使模拟计算结果精度更高。对柳钢五号高炉炉缸结构等效建模,对其复杂的炉缸侧壁和炉底结构,运用传热学基本理论,采用等效对流换热系数,把填料层和冷却壁层对热平衡的影响等效到内衬上。同过模拟分析,得出柳钢五号高炉炉缸的理论操作炉型,分析不同标高不同周向方位角下侵蚀量形成原因,计算炉缸侧壁和炉底的剩余厚度,并以保证内衬结构稳定性和冷却壁工作温度稳定性两个方面入手,对柳钢五号高炉的剩余厚度进行安全性检验。针对柳钢五号炉缸模型,充分讨论了内衬材料导热系数,对流换热系数,容积利用系数和死焦柱孔隙率及浮起高度对内衬热平衡的影响,分析了不同参数下理论操作炉型及侵蚀量的具体大小,从热阻、热流密度和铁水流速及流向等,深入分析了在不同参数下炉缸侧壁和炉底侵蚀的原因。文章最后,对影响炉缸热平衡的不同参数,进行了基于内衬和冷却壁安全为前提的安全系数的计算,为高炉炉缸的长寿与安全生产操作提供了量化技术数据。
【学位单位】：东北大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2015
【中图分类】：TF57
【部分图文】：

温度场分布,冷却壁,冷却水管

的单元尺寸应取的尽量小，网格划分的尽量密集，这就会导致模型单元很多，计算逡逑时间会增加。将冷却边界通过等效对流换热系数置换到内衬冷面，就能在确保计算逡逑快速准确的情况下等效建立模型。等效前后的对比如图３．５所示逡逑作对流边界的等效置换后，等效置换边界会对内衬冷面附近的温度场分布产生逡逑影响，但根据固体力学中的“圣维南”原理，等效置换后的模型对内衬热面的温度逡逑分布并不产生影响。这种等效称为固体传热中的“圣维南法则１４３］”。对等效后的高逡逑炉内衬结构，划分网格会更加方便、计算速度也得到提高。逡逑ｒｎｉ逡逑Ｉ逦ｉｓＪ邋１逦逦］逡逑１－炭砖ｙ邋２－填料ｌｉ邋３－冷却壁，４－填抖２－邋５－炉充一６？填抖３—逦内衬炭砖逡逑（ａ）置换前逦（ｂ）置换后逡逑图３．５高炉炉缸侧壁结构逡逑Ｆｉｇ．３．５邋Ｓｉｄｅ邋ｗａｌｌ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｏｆ邋Ｂｌａｓｔ邋ｆｕｒｎａｃｅ邋ｈｅａｒｔｈ逡逑－２１邋－逡逑

温度场分布,高炉炉缸,侧壁

！邋１１邋！！邋Ｉ逡逑［］］／邋ｙ逡逑图３．４冷却壁及冷却水管逡逑Ｆｉｇ．３．４邋Ｔｈｅ邋ｃｏｏｌｉｎｇ邋ｗａｌｌ邋ａｎｄ邋ｔｈｅ邋ｃｏｏｌｉｎｇ邋ｗａｔｅｒ邋ｐｉｐｅ逡逑在高炉炉缸炉底建模计算中，若要建立包括蛇形水管在内的冷却壁结构，则因逡逑为水管涂层和水管冷却壁之间的气隙厚度很小，为了确保模型的计算精度，此部分逡逑的单元尺寸应取的尽量小，网格划分的尽量密集，这就会导致模型单元很多，计算逡逑时间会增加。将冷却边界通过等效对流换热系数置换到内衬冷面，就能在确保计算逡逑快速准确的情况下等效建立模型。等效前后的对比如图３．５所示逡逑作对流边界的等效置换后，等效置换边界会对内衬冷面附近的温度场分布产生逡逑影响，但根据固体力学中的“圣维南”原理，等效置换后的模型对内衬热面的温度逡逑分布并不产生影响。这种等效称为固体传热中的“圣维南法则１４３］”。对等效后的高逡逑炉内衬结构，划分网格会更加方便、计算速度也得到提高。逡逑ｒｎｉ逡逑Ｉ逦ｉｓＪ邋１逦逦］逡逑１－炭砖ｙ邋２－填料ｌｉ邋３－冷却壁

高炉炉缸,柳钢,等效结构,炉缸

第４章五号高炉炉缸内衬热平衡分析逡逑在上一章中，图３．３说明了柳钢五号高炉的具体结构尺寸，为了方便对其分析逡逑需要对其进行结构等效变化及等效置换，等效变化下高炉炉缸结构示意图如图４．２逡逑所示：逡逑，逦０１０４００逦邋，逡逑Ｉ邋逦０８０００逦邋｜逡逑ｌｉｉｉｉｉ邋ｉｉｉｉｉ邋ｉｉｎｉｉｉｆｉｎｉｉｌｉｉｉｉｉｉｉｉｉｉ邋ｎｉｉｉ邋ｉｉｒＭ＾逡逑ｒ逦ｒ邋ｒ逦ｉ逦ｉ逦ｉ逦ｉ逦丨，ｉ邋ｉ逦丨邋ｉ邋ｒ逦丨丨邋ｉ逡逑Ｉ邋１逦１邋Ｉ邋１邋Ｉ邋１邋Ｉｊ＾＾ｎ邋Ｉ邋Ｉ邋Ｉ邋Ｉ邋Ｉ邋Ｉ邋Ｉ逡逑丨丨Ｉ邋１逦Ｉ逦Ｉ逦Ｉ逦Ｉ逦Ｉ逦Ｔ个１逦１丨Ｉ邋Ｉ邋Ｉ丨丨逡逑□微孔碳砖ｒａW碳复合砖邋W死焦柱邋Ｅ３焦炭逡逑图４．２柳钢五号高炉炉缸等效结构逡逑Ｆｉｇ．４．２邋Ｔｈｅ邋ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｏｆ邋Ｎｏ．邋５邋Ｂｌａｓｔ邋ｆｕｒｎａｃｅ邋ｈｅａｒｔｈ邋ｉｎ邋ｌｉｕｇａｎｇ逡逑图４．２中，炉缸侧壁内衬厚度１２００ｍｍ，采用碳复合砖材料；炉缸底部从上到逡逑下依次铺设碳复合砖和微孔炭砖，厚度均为１２００ｍｍ。炉缸中心部位区域为死焦柱逡逑区域，形状根据有关资料设定为圆锥形，其中心孔隙率为０．３，周围孔隙率取０．８，逡逑具体尺寸如图，计算过程见后续分析。在炉缸侧壁炉底交界处，多铺设厚度１１５ｍｍ逡逑的碳复合砖

【相似文献】