高炉冷却壁热态实验及温度场模拟

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1、摘要摘要冷却壁作为高炉上的重要部件，对高炉的寿命影响很大。铸钢作为冷却壁的材料具有良好的冲击韧度和耐热疲劳性能，并且结构l二完全去除了球墨铸铁冷却壁的防渗碳涂层和冷却水管与本体之间的间隙热阻。因此，近年柬铸锏冷却壁成为各个冷却壁生产厂家和炼铁企业的的开发和研究的重点。2003年郑州大学与安钢集团机制公司合作开发了铸钢冷却壁，成功解决了铸造过程中的冷却水管熔化、变形以及其他铸造缺陷问题。但是由于铸钢冷却壁的应用尚处于起始阶段，还没有其在高炉实际应用的数据为铸钢冷却壁的应用提供参考。为了比较球墨铸铁冷却壁和铸钢冷却壁的传热效果，验证铸钢冷却壁的使用效果并

2、为其使用参数提供参考，本文设计并建造了用于进行冷却壁热态试验的装置系统，使球墨铸铁冷却壁和铸钢冷却壁工作在相同的条件下，改变试验炉的炉内温度、冷却水的流速以及进水温度，对冷却壁内部特定的点的温度利用热电偶进行测量。比较对冷却壁使用寿命有重要影响对参数进行了测量，如：在不同炉内温度、冷却水流速和冷却水温度条件下的两种冷却壁的热面温度、冷热面温差和冷却水温差的变化等。铸钢和球墨铸铁导热系数差别不大，但是由于球墨铸铁冷却壁水管和本体之问存在涂料和气隙热阻层，从而影响了球墨铸铁冷却壁的导热性能。因此相同条件下，球墨铸铁冷却壁的热面温度高于铸钢冷却壁的热面温度

3、。进水温度40℃，水速2．92m／s时，球墨铸铁冷却壁的热面温度在1200℃时为790℃，高于球墨铸铁的相变温度，对冷却壁的寿命有不利影响。而铸钢冷却壁的热面温度为446。c，远远低于相变温度，因此可以持久作业。冷却水流速由2．92m／s提高到lI．93m／s时，迸水温度30℃，炉内温度为800℃时，球墨铸铁冷却壁热面温度由683℃下降到676℃，铸钢冷却壁热面温度由305℃下降到298℃。达到一定冷却水流速后，提高冷却水水速对冷却壁热面温度影响不大，而产生的动力损失和设备损耗是相当大的。当冷却水温度由30℃升高到40℃，炉内温度和冷却水速不发生变化

4、时，铸钢冷却壁和球墨铸铁冷却壁的各个点的温度都上升。水速为2．92m／S，炉内温度800摘要“C时，水温由30。C升高到40。C，球墨铸铁冷却壁热面温度由410℃升高到501℃，铸钢冷却壁热面温度由292℃升高到396℃：炉内温度为1200℃时，球墨铸铁冷却壁热面温度由683℃升高到795℃，铸钢冷却壁热面温度由305℃卜丹至446℃。冷却水进水温度升高时，冷却壁各个点的温度都有大幅度升高，所以存高炉操作过程中保持冷却水温度相对稳定在～个范围内也是很有必要的。，另外，本文建立了高炉铸钢冷却壁的有限元模型，确定了冷却蹙温度场模拟的初始条件和边界条件。利

5、用有限元软件ANsYs作为分析工具，在不同炉内温度和不同冷却水速的条件下，对铸钢冷却壁的温度场进行模拟。结果表明：冷却水速为3．O耐s时，铸钢冷却壁在800℃时热面温度为332．3℃，冷热面温差为208．9℃；1200℃工作条件下，热面温度为489．4℃，冷热面温差为3l7．4℃。比较热态实验和温度场模拟的数据可以看出：铸钢冷却壁热态实验热面温度和冷热面温差与模拟值有较好的吻合。分析偏差产生的原因存在以下几种因素：铸件存在组织偏析以及水管和本体融合不好的现象，确定的边界条件与实际实验条件有偏差，模型简化带来部分偏差。虽然存在上述偏差，但是对模拟总体影

6、响不大，所得结果与热态实验数据接近。因此，论文所建立的模型及确定的边界条件对以后铸钢冷却壁的温度场模拟仍具有很好的参考价值。根据热态试验和温度场模拟的结果可以看出：铸钢冷却壁在实验过程中有着较低的热面温度和较小的冷热面温差，且冷却水进出水温差较小。铸钢本身伸长率和耐热疲劳性能要优于球墨铸铁，再加上结构上优点，这样就能够避免冷却壁在工作的过程中由于温度过高和经受热冲击疲劳而产生的开裂，由于冷却壁热面温度过高而产生的相变破坏，以及由于冷热面温差而产生的内部热应力破坏。并且，由于铸钢冷却壁的进出水温差较小，对于高炉的稳定操作也大有好处。因此可以推断，铸钢冷

7、却壁在高炉上应用时的寿命要远远高于球墨铸铁冷却壁。铸钢冷却壁的应用将对中、小高炉冷却系统产生重大影响。关键词：球墨铸铁冷却壁，铸钢冷却壁，热态实验，温度场模拟IlABSTRACTAsimportantpartsofBlastFumace，thecoolingstaVesplayasignificantroleontheB1astFumace’sserVice】ife．Caststee】c001ingstavehas士、aVorableimpacttou曲nessandcyclic-temperatureloadingfatigue，andithasn

8、othermalresistanceofcoatandgasgapwitchexistinductilejr