高炉密集式铜冷却板与冷却壁结合炉衬温度场研究

摘要

现代高炉结构复杂、容积增大，使大修所需的时间和费用急剧增加。高炉炉衬的使用寿命决定一代炉龄的长短，因此，延长高炉的炉役寿命是高炉工作者关注的重要课题。对高炉砌体结构温度场的研究是高炉炉衬结构研究的一项基础研究，就单一冷却板和单一冷却壁结构炉衬，国内外相关资料从不同侧面进行了许多相关研究。 对于大型高炉，密集式铜冷却板与冷却壁结合的炉衬结构是使高炉寿命达到18～20年的一项重要保证措施。这种炉衬结构由英国HOOGWENS公司提出并成功实践。但由于缺少可直接参考的文献资料，要使这种炉衬结构成功应用于我国的高炉上，必须对炉衬材料、结构和冷却条件等进行专项系统研究。 本文以宝钢新建4号高炉炉衬结构为原型，建立了这种炉衬结构三维温度场数学模型。数学模型中均以多类边界条件处理边界传热问题，增加了数学模型对复杂炉衬结构和多种操作参数模拟的适应性，为指导高炉炉衬的合理设计和操作参数的优化提供了软件平台。作为数学模型的应用，文中对典型炉衬结构和炉内渣皮形成与脱落时温度场的变化进行了定性、定量分析。实践结果证明，应用传热学理论、数值模拟方法、计算机语言对炉衬砌体的温度场进行研究，可以分析炉衬和冷却板不同结构参数、物性参数以及工艺参数对温度分布的影响，对炉衬材料的选择以及冷却参数的优化有重要的参考价值。

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第一章绪论

1.1课题背景及内容

1.2高炉长寿技术的主要研究内容

1.2.1高炉设计

1.2.2高炉施工质量

1.2.3高炉操作技术

1.2.4高炉炉役后期维护

第二章数学模型的建立及求解

2.1数学模型研究方案

2.1.1对高炉炉衬温度场数学模型总体方案的讨论

2.1.2模型维数的确定

2.2高炉石墨砖砌体的传热学分析

2.2.1 4号高炉炉衬结构介绍

2.2.2控制体的选取

2.2.3三维高炉砌体内部导热微分方程

2.2.4主体模型中的边界条件

2.3数学模型的求解

2.3.1有限容积法离散方程的推导

2.3.2模拟计算方法

第三章高炉炉衬温度场软件开发

3.1软件用户界面设计

3.1.1用户界面编译语言

3.1.2用户界面功能

3.2等温线绘制

3.2.1计算结果输出与等温线绘制的链接

3.2.2等温线绘制说明

第四章典型部位温度场的数值模拟结果及分析

4.1典型衬层温度场模拟结果

4.1.1炉衬37层模拟结果

4.1.2炉衬77层模拟结果

4.1.3炉衬117层模拟结果

4.2典型结构参数、操作参数和工艺参数变化时对温度场的影响

4.2.1小冷却壁的分析

4.2.2冷却强度的分析

4.2.3渣皮的分析

第五章结论

参考文献

致谢

附录 高炉密集式铜冷却板与冷却壁结合炉衬温度场研究软件说明