高炉炉底中心部位内衬侵蚀计算方法

论文摘要

高炉是钢铁生产的重要咽喉设备,炉缸位置高炉下部,整座高炉的基础,炉缸接触铁水的内衬使用耐火材料砌筑。高炉生产中铁水对内衬的侵蚀情况对其安全生产的重要指标,利用热工测量参数诊断内衬侵蚀状态具有重要的技术意义。高炉炉缸炉底内衬侵蚀计算方法属于传热学中的反解边界问题,它利用炉缸热工测量参数可传热方程来建立侵蚀计算流程和方法。目前该方面研究已经比较充分,形成了一维、二维乃至三维的计算方法,但对于炉底中心部位无测温点的情况,尚未建立可用的侵蚀计算方法,而这种情况在高炉服役中测温热电偶失效后经常出现,因此具有实际研究意义。本文研究炉底中心部位的侵蚀计算方法以及应用。炉底的热工测量分为两点测温、一点测温和水温差测量等3种情况,对此分别建立基于一维传热理论的侵蚀计算方法。在两点测温条件下,推导了内衬侵蚀计算式；通过炉底水冷却条件的等效处理,推导了利用1个测温点+冷却条件的内衬侵蚀计算式。对于无测温点的内炉底内衬侵蚀计算,由于目前尚无可用的方法,本文重点开展计算研究和分析。利用有限元传热分析技术,计算研究了具有锅底形侵蚀形貌的炉底传热特征,分析其炉底平面上热流密度分布的曲面形式。通过分析炉底水冷管U型布置形式下的传热特性,论述其热流量与热流密度曲面的二重积分关系；建立利用实测水管热流量计算热流密度分布曲面的计算方程组,通过二重数值积分计算拟合参数,进而计算中心热流密度；利用中心热流密度和炉底冷却条件建立内衬侵蚀计算方法。利用所建立的无测温点炉底内衬侵蚀计算方法,对某实际高炉炉底的侵蚀计算来考察计算方法的可用性。本文研究的主要创新点是建立了无测温点炉底利用炉底水冷却热流量和冷却条件计算内衬侵蚀的新方法,从而完善了炉缸炉底侵蚀计算技术。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 延长高炉寿命的主要手段
• 1.1.1 高炉新建时采用的长寿技术
• 1.1.2 正确的操作制度
• 1.1.3 有效的炉体维护技术
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 国外研究情况
• 1.2.2 国内研究情况
• 1.3 课题研究背景
• 1.4 本课题的研究内容
• 第2章 具有测温点的炉底中心侵蚀计算方法
• 2.1 内衬侵蚀计算的理论基础
• 2.1.1 导热基本定律
• 2.1.2 导热过程中能量守恒要求
• 2.2 热传导方程的建立
• 2.2.1 导热问题的数学描述
• 2.2.3 侵蚀计算模型的简化
• 2.3 有测温点的炉底中心部位的内衬侵蚀计算
• 2.3.1 炉底2点测温的侵蚀计算
• 2.3.2 炉底1点测温的侵蚀计算
• 2.4 小结
• 第3章 炉底热流密度的分布形态
• 3.1 ANSYS简介以及传热学计算步骤
• 3.2 锅底型侵蚀的炉缸传热计算
• 3.3 小结
• 第4章 无测温点炉底中心侵蚀计算
• 4.0 无测温点炉底中心侵蚀的计算公式
• 4.0.1 炉底碳砖底平面上的对流换热系数的计算
• 4.0.2 利用热流密度计算内衬厚度
• 4.1 炉底中心热流密度的拟合
• 4.2 多项式插值求解
• 4.2.1 圆锥曲面拟合推定
• 4.2.2 抛物线旋转曲面拟合
• 4.2.3 二重积分的基本原理
• 4.2.4 利用复化梯形公式求二重积分
• 4.3 利用Matlab拟合热流密度
• 4.3.1 Matlab简介
• 4.3.2 中心热流密度的拟合计算
• 4.4 计算实例
• 4.5 小结
• 第5章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录：程序