钢包外壁热像与内衬厚度之间关系的模拟研究

论文摘要

钢包是冶金工业中重要的高温容器,其使用寿命及使用的安全性对钢铁企业生产的正常运行影响巨大。如何实现对钢包内衬厚度的在线监测,是广大科研工作者共同关心的问题。本文首先根据某钢厂使用钢包的结构和实际所用材料,建立了包括钢壳及钢结构的钢包三维传热数学模型。采用CFD软件计算了对应不同工作层厚度时,钢包衬、钢结构的温度场,分析了工作层厚度变化对外表面温度的影响。计算结果表明:钢包外表面温度与工作层厚度之间存在着对应关系,随着钢包使用时间延长,工作层厚度的不断减薄,外表面温度逐渐升高。然后,跟踪钢包的实际工作状况,现场测量了钢包外表面温度及大修时钢包工作层的厚度。测量结果与计算结果基本吻合,这表明所建立的数学模型及求解方法是正确的。最后,结合钢包外表面温度及残余厚度的实际测量结果、钢包外表面温度及残余厚度之间的对应关系和误差的分布规律,采用分区修正的方法,对数值模拟计算结果进行了误差修正,建立了钢包外表面各点温度和内衬残余厚度之间对应关系的数据库,为利用红外热像仪对钢包内衬的损毁程度进行监测奠定了基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 前言
• 第一章 文献综述
• 1.1 钢包内衬损毁机理的研究
• 1.2 钢包热分析的研究
• 1.2.1 钢包内衬材料的温度场和应力场的研究
• 1.2.2 烘烤过程中钢包包壁温度场的研究
• 1.2.3 钢包内衬厚度对外壳温度的影响
• 1.2.4 钢包的传热分析
• 1.3 其它冶金设备的传热机理和温度分布的研究
• 1.4 研究方法
• 1.5 红外热像技术
• 1.5.1 红外热像技术的原理
• 1.5.2 红外热像技术的应用
• 1.6 本课题的研究内容、研究目标及采取的技术路线
• 第二章 钢包外表面温度的数值计算
• 2.1 模型的建立
• 2.1.1 钢包的尺寸及所使用的内衬材料
• 2.1.2 几何模型的建立
• 2.1.3 传热方程
• 2.1.4 边界条件
• 2.2 网格的划分与求解
• 2.2.1 网格的划分
• 2.2.2 网格的坐标系的确定
• 2.2.3 求解
• 2.3 计算结果及分析
• 2.3.1 钢包外壁的温度场
• 2.3.2 钢包轴断面上的温度场分布
• 2.4 求解对应不同内衬残余厚度时的钢包外表面温度
• 2.4.1 计算方案的确定
• 2.4.2 计算结果随工作层厚度的变化趋势
• 2.5 本章小结
• 第三章 钢包外表面温度及内衬残余厚度的现场测量
• 3.1 温度测量点的划分
• 3.1.1 竖直高度上温度测量点的划分
• 3.1.2 水平方向上温度测量点的划分
• 3.2 钢包外表面温度与内衬残余厚度的测量
• 3.3 温度与厚度关系的归纳和整理
• 3.3.1 测量结果及误差产生的原因分析
• 3.3.2 温度与厚度关系的回归
• 3.4 本章小结
• 第四章 钢包温度—厚度转换模块的生成
• 4.1 计算模型的验证
• 4.2 计算温度和实际测量温度随工作层厚度的变化趋势
• 4.3 通过误差修正生成温度—厚度转换模块
• 4.3.1 光滑圆筒壁处的温度修正
• 4.3.2 钢结构处的温度修正
• 4.4 继续完善钢包外表面计算温度的修正
• 4.5 红外测温仪监测钢包内衬厚度的原理
• 4.6 本章小结
• 第五章 结论
• 5.1 总结
• 5.2 不足与展望
• 在学研究成果
• 参考文献
• 致谢
• 详细摘要