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高炉炉缸内衬三维传热降维法及其实现

吴爱建  
【摘要】:在钢铁冶金生产过程中,高炉是炼铁生产的核心设备。高炉的建造、大修以及维护费用巨大,少则数亿元多则数十亿元,同时大修周期较长。高炉一旦大修停产,经济损失将十分巨大。因此,高炉长寿问题成为国内外关注的重要事项。 高炉炉缸是整座高炉的基础,炉缸结构的安全性成为高炉寿命的主要限制环节。炉缸是盛装高温铁水的密闭反应容器,与铁水直接接触部分为内衬,内衬的侵蚀状态直接影响到炉缸结构的安全性。研究有效可靠的高炉炉缸内衬侵蚀分析技术,掌握内衬的侵蚀状态,对高炉安全生产具有重大的技术经济意义。目前,常用的高炉炉缸内衬侵蚀分析模型有一维侵蚀模型和二维侵蚀模型,由于三维侵蚀模型计算量大,故未见应用。 本文以寻求满足现场实际要求的、更高精度的高炉炉缸内衬侵蚀分析技术为研究目标,从分析炉缸内衬的实际侵蚀形貌和传热特征入手,对三维传热降维法的构建及其实现过程进行了较为深入的研究。首先,高炉炉缸内衬结构的传热具有三维空间特征,通过等效热源项qv将三维传热降维到二维等效传热形式,构建了高炉炉缸内衬三维传热降维法。其次,依据三维传热降维法,建立了高炉炉缸内衬的准三维侵蚀模型;分析表明准三维侵蚀模型不但计算量小,而且理论上具有较高的计算精度,更接近于三维侵蚀分析。最后,基于传热学逆解原理,构建了高炉炉缸内衬的准三维侵蚀计算流程,借助于ANSYS参数化设计语言(APDL)对其进行了参数化设计,形成了准三维侵蚀计算系列程序,提高了计算效率。 通过对比二维法和准三维法计算结果发现,准三维法进行高炉炉缸内衬的侵蚀分析与计算是可行的,但是还需要做进一步的研究分析和验证。如果采用准三维法作为高炉炉缸内衬侵蚀状态的诊断手段,将会是目前二维侵蚀分析技术的一次升级,将会给高炉的安全生产提供更为有力的技术保障。


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