钢包行为和钢水温度优化控制

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1、洁净钢生产工艺技术长治2011.08----钢包行为及钢水温度控制问题的提出高炉-转炉之间----铁水包或者鱼雷罐车转炉和连铸之间----钢包连铸和轧钢机之间----铸坯问题的提出LD2LD1LD3RH1RH2CAS1CAS2B1B2B3CC2CC1问题的提出内容钢包在钢铁制造流程中的作用钢包热状态研究钢包周转与钢厂物流调控钢包行为研究与应用的典型实例钢包在钢铁制造流程中的作用钢水容器（强度，耐材，保温性，容量，工艺适应性）冶金反应器（合理结构，适应性）物流载体（合理周转时间）钢包热状态研究实测研究数值模拟传热反问题研究及其应用钢包热状态研究钢包热状态研究钢

2、包热状态研究钢包热状态研究钢包烘烤预热阶段（0－1）出钢等待阶段（1－2）出钢装钢阶段（2－3）静置转运阶段（3－4）精炼阶段（4－5）连铸/模铸浇注阶段（5－6）数值模拟（钢包烘烤预热阶段）数值模拟（钢包烘烤预热阶段）能量平衡方程为：Q燃＝q气－iFi式中，Q燃：燃料燃烧供热量（J/小时）q气－i:燃烧产物向包盖、包壁和包底的热通量（J/m2·h）i=V:表示包底；i=T:表示包盖；i=B:表示包壁；Fi:包底、盖、壁面积（m2)。数值模拟（钢包烘烤预热阶段）高温烟气对钢包壁、包底和包盖的耐火材料层的传热、应考虑气体辐射和对流传热，

3、这样，热流q气-i为：qi=Fi{[T气4-Ti4]+气－i(T气-Ti)}式中，：辐射常数，＝5.67×10-8w/m2·Ki：钢包内表面黑度Fi：传热面积,m2A：钢包内表面吸收率气：燃烧气体黑度，T气>>Ti时，气＝Ai气－i：燃烧气体与钢包表面的对流传热系数，w/m2·KTi：包内表面温度（K）T气：燃烧烟气温度（K）欲求包壁的温度分布，需求解热传导方程。包侧壁看作无限长园筒，只有径向热流，包底和包盖看作无限大平板，只存在轴向热流。数值模拟（钢包烘烤预热阶段）包壁的热传导方程为：r壁内rr壁外，0<1初始条件：=0T壁＝T室

4、温边界条件：10r=r壁内，q=q气-i(i=B)r=r壁外，q=壁－环（T壁外－T环）包底的热传导方程为：z底内zz底外，10初始条件：=0T底＝T室温边界条件：10z=z底内，q=q气－I(i=V）z=z底外q=底－环（T底外－T环）包盖的热传导方程为：z底内zz底外，10初始条件：=0T盖＝T室温边界条件：10z＝z盖内，q=q气－i（i=T）z＝z盖外q=盖－环（T盖外－T环）包壁、包底、包盖的热传导差分方程，采用显式差分格式。数值模拟（出钢等待阶段）钢包壁、包底内部的温度分布及随时间的变化可

5、用前面类似的热传导方程进行计算,只是内表面处的边界条件不同.包壁:21时，r=r壁内，q=q’气－i,i=B包底:21时，z=z底内，q=q’气－i,i=V另外,初始条件由烘烤终了的包衬状态确定,即＝1时，T壁＝T壁(r);T底＝T底(z)数值模拟（出钢装钢阶段）数值模拟（出钢装钢阶段）假设:钢包锥度忽略,包壁看作无限长圆筒,包底为无限大平板;钢流搅动钢水,使包内钢水均匀,且不存在炉渣的影响;由于出钢时间相对比较短,自由表面直接对外传热,暂时尚未浸入钢水的侧壁传热不予考虑。数值模拟（出钢装钢阶段）钢水与包壁及包底耐火材料之间的传热可由

6、求解热传导方程获得。包壁热传导方程如前所示。边界条件为:32时，r=r壁内，q=钢－壁(T钢()-T壁内)r=r壁外，q=壁－环(T壁外-Tf)初始条件:=2时，T壁＝T壁(r)包底热传导方程如前所示。边界条件为：32时，z=z底内，q=钢－底(T钢()-T底内)z=z底外，q=底－环(T底外-Tf)初始条件:=2时，T底＝T底(z)上述初始条件由空包运至出钢处的状态确定。数值模拟（出钢装钢阶段）假定:转炉出钢过程中,钢水温度恒定;出钢口流出质量流量恒定;钢水入包符合自由落体规律;钢流为圆形断面。取钢流微元控制体,由能

7、量平衡原理有:[微元体向外传热量]=[向环境辐射传热]+[向环境对流传热],即:r02v钢Cp钢(-dT钢)=2r0dy[钢(T钢4-T环4)+钢－环(T钢-T环)]式中,r0:钢流断面半径;v:钢流速度；钢:钢水密度；Cp钢:钢水比热;T钢:钢流温度;dy:微元体高度;钢:钢水黑度系数;钢－环:钢水对外对流换热系数；T环:周围环境温度。将上式整理得:数值模拟（出钢装钢阶段）钢水进入钢包后的能量平衡为：M钢()Cp钢(dT钢/d)=Cp钢r02v进包钢[T进包－T钢()]+q底内()*A底＋q壁内()*A壁()+q自由面(

8、)*A自由面式中,M钢()：包内钢水质量;v进包：