高炉炉缸内衬侵蚀准三维分析法

摘要

高炉是钢铁冶金生产过程中的核心设备，其建设费用和维修费用巨大。炉缸是高炉炉役的主要限制环节，保障炉缸生产的安全是高炉长寿的关键因素。由于炉缸耐火材料内衬直接与高温铁水作用发生不可逆的随时间的进行性侵蚀，侵蚀导致内衬厚度减薄，严重危害高炉整体安全，由于生产过程中内衬侵蚀不能直接观察，因此开展炉缸内衬侵蚀情况的研究对高炉安全生产和技术经济具有重要的意义。
　　本文以设计满足生产实际要求的更高精度的高炉炉缸内衬侵蚀分析法为目的，首先根据传热学微分方程，推导出高炉炉缸内衬侵蚀准三维分析法，即在二维法的基础上，利用环向等效热源项来代替环向上的传热，使模型具有三维传热特征。其次，建立炉缸内衬轴截面侵蚀模型，加载外边界条件和等效热源项，采用逐步逼近法来修改侵蚀边界，进行稳态求解，得到炉缸内衬的侵蚀形貌，并通过对比一维法、二维法和准三维法的侵蚀计算结果，分析表明准三维模型的计算量小，理论精度较高，更接近于三维侵蚀分析。最后，根据传热学逆解原理，设计出高炉炉缸内衬侵蚀准三维计算流程，并利用ANSYS参数化设计语言(APDL)对整个流程进行了参数化设计，编写了系统的准三维侵蚀分析计算程序。
　　通过本文的研究工作，表明了准三维法在高炉炉缸内衬侵蚀分析应用中具有可行性。把准三维法看作是目前二维侵蚀分析技术的一次升级，将该方法运用到高炉生产中，为高炉的安全生产提供更先进的技术保障。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究的背景和意义

1．2 高炉炉缸内衬侵蚀分析的研究现状

1．3 本课题研究的主要内容

第2章 高炉炉缸内衬侵蚀分析的理论基础

2．1 概述

2．2 传热学基本理论

2．2．1 热量传递的基本方式

2．2．2 导热基本定律

2．2．3 导热问题的数学描写

2．3 导热问题的求解

2．3．1 一维导热问题

2．3．2 多维导热问题

第3章 高炉炉缸内衬侵蚀分析的逆解法

3．1 概述

3．2 高炉炉缸内衬侵蚀分析的逆解模型

3．2．1 一维侵蚀计算模型

3．2．2 二维侵蚀计算模型

3．2．3 三维侵蚀计算模型

3．3 炉缸内衬侵蚀分析的计算精度

3．4 高炉炉缸内衬侵蚀分析逆解法的计算类型

3．4．1 炉缸炉底的热工测量条件的类型

3．4．2 一维内衬侵蚀分析逆解法的技术类型

3．4．3 二维内衬侵蚀分析逆解法的技术类型

3．5 有限元热分析在内衬侵蚀分析中的应用

3．5．1 有限元法

3．5．2 热分析的分类

3．5．3 参数化编程

3．6 小结

第4章 高炉炉缸内衬轴截面侵蚀准三维分析法的构建

4．1 概述

4．2 高炉炉缸内衬环向传热等效热源项的构建

4．3 环向传热等效热源项的处理

4．3 内衬外边界冷却条件和侵蚀初始边界的计算

4．4 小结

第5章 高炉炉缸内衬轴截面侵蚀准三维分析法的实现

5．1 概述

5．2 高炉炉缸内衬轴截面侵蚀准三维计算的原理

5．3 高炉炉缸内衬准三维侵蚀计算流程

5．3．1 炉壁部分等效热源项的计算

5．3．2 炉底部分等效热源项的计算

5．3．3 炉角部分等效热源项的计算

5．4 高炉炉缸内衬侵蚀三种分析方法的计算和对比

5．4．1 高炉炉缸内衬侵蚀一维逆解法的计算

5．4．2 高炉炉缸内衬侵蚀二维逆解法的计算

5．4．3 高炉炉缸内衬侵蚀准三维逆解法的计算

5．4．4 高炉炉缸内衬侵蚀三种分析方法的对比

5．5 小结

第6章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

致谢