【摘要】：高爐的壽命已經(jīng)成為衡量煉鐵技術(shù)進步的重要指標(biāo)。國內(nèi)外高爐壽命的調(diào)查結(jié)果顯示,影響高爐壽命的一個關(guān)鍵因素是冷卻壁的冷卻性能和加工質(zhì)量。高爐冷卻壁的本體中設(shè)置有通水水管,工作時通入的低溫水與管壁作熱交換帶走內(nèi)部熱量,降低或控制爐襯溫度和爐殼溫度,保障爐襯和爐殼的結(jié)構(gòu)強度。本文以現(xiàn)階段使用最廣的光面鑄鐵冷卻壁為研究對象進行以管內(nèi)傳熱為重點的傳熱分析。在冷卻壁的傳熱過程中,水與水管間的對流傳熱起主要作用。工程中常采用一個經(jīng)驗公式來計算水與管壁之間的對流傳熱系數(shù)。根據(jù)傳熱學(xué)理論知識,利用準(zhǔn)則數(shù)關(guān)聯(lián)式也可以計算水與管壁之間的對流傳熱系數(shù)表達式,但是在相同水速下,經(jīng)驗公式和準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式計算的對流傳熱系數(shù)很不一致,通過兩種算法得到的計算結(jié)果相差多達一個數(shù)量級甚至更多。從高爐爐缸的實際工作情況來看,經(jīng)驗公式具備可用性,但準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式同樣具有理論依據(jù)。本文認為造成這種差異的原因在于鑄造冷卻壁時,為防止鐵水對水管的侵害,在管外壁涂抹防滲碳材料帶來的熱阻以及鑄造加工時水管外壁與冷卻壁本體間會產(chǎn)生的氣隙熱阻,這兩部分熱阻對傳熱的影響可能在對流傳熱系數(shù)的經(jīng)驗公式中已包含,而準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式?jīng)]考慮這兩部分熱阻的衰減作用。本文運用對流傳熱理論和ANSYS有限元數(shù)值分析技術(shù),對高爐爐缸鑄鐵冷卻壁穩(wěn)態(tài)工況作傳熱學(xué)分析,來驗證上述觀點。高爐在短期休風(fēng)、烘爐時爐缸冷卻壁的管內(nèi)的冷卻水處于層流或過渡流狀態(tài),經(jīng)驗公式在低水速條件下的計算值過大,顯然不適用,本文仍以鑄鐵冷卻壁為對象,利用準(zhǔn)則數(shù)關(guān)聯(lián)式推導(dǎo)不同水速狀態(tài)下水與管壁間的對流傳熱系數(shù)表達式,并且推導(dǎo)在層流狀態(tài)下考慮衰減熱阻時水的綜合傳熱系數(shù)表達式,同時利用流體仿真計算軟件FLUENT對這類工況進行仿真,通過計算結(jié)果的分析來驗證推導(dǎo)出的各個表達式的工程可用性,其中低水速(層流狀態(tài))的基于準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式的考慮水管與冷卻壁本體間涂層和氣隙兩部分熱阻衰減的綜合傳熱系數(shù)表達式對縮小數(shù)值傳熱模型的規(guī)模和簡化邊界處理有重要的技術(shù)意義。
【圖文】：

學(xué)碩士學(xué)位論文邐第１言之，要想使高爐的服役壽命增加，必須延長爐缸的使用壽命。若妥善的解決，那么高爐長壽則不再是遙不可及的目標(biāo)。保證爐缸長效的辦法便是配備高效的冷卻設(shè)備，冷卻的目的是為了保持高爐爐較低，在內(nèi)襯熱面形成凝固層或保護層，達到減緩侵蝕、進而實現(xiàn)長［５］。同時，冷卻系統(tǒng)帶走內(nèi)襯傳來的熱量，可以控制爐襯溫度和障其結(jié)構(gòu)支護強度。高爐冷卻系統(tǒng)設(shè)計的合理性直接影響其使用壽于理論發(fā)展水平，研究人員只用熱平衡的觀點作為設(shè)計的理論依據(jù)，爐不能實現(xiàn)長壽的目標(biāo)�，F(xiàn)如今人們在設(shè)計高爐冷卻系統(tǒng)時采用了學(xué)理論（諸如動量傳遞理論、傳熱理論、傳質(zhì)理論等），，使高爐冷顯著的進步。逡逑

平躋身世界先進行列［１９］。逡逑現(xiàn)今在對高爐爐缸進行傳熱分析時，國內(nèi)外通常采用的方法是按照傳熱學(xué)理逡逑論進行計算，按照圖１．３所示的高爐爐缸結(jié)構(gòu)進行建模。冷卻水和冷卻水管間的逡逑對流傳熱應(yīng)滿足傳熱學(xué)理論中的第三類邊界條件。分析時將冷卻壁本體和冷卻水逡逑之間的熱阻分為５種：水與水管內(nèi)表面之間的對流傳熱熱阻、水垢熱阻、水管管逡逑壁的導(dǎo)熱熱阻、水管表面涂層的導(dǎo)熱熱阻、管壁與冷卻壁本體間的空氣層熱阻。逡逑內(nèi)襯邐填料層邐冷卻壁本體邐爐殼逡逑ｒＡ邐逡逑氣隙水管邐水泥層逡逑圖１．３爐缸傳熱物理模型示意圖逡逑Ｆｉｇ．邋１．３邋Ｐｈｙｓｉｃａｌ邋ｍｏｄｅｌ邋ｏｆ邋ｈｅａｒｔｈ邋ｈｅａｔ邋ｔｒａｎｓｆｅｒ逡逑現(xiàn)階段計算冷卻水與水管之間的對流傳熱系數(shù)時，通常采用的方法是利用傳逡逑熱學(xué)理論中的準(zhǔn)則數(shù)關(guān)聯(lián)式推導(dǎo)出對流傳熱系數(shù)的表達式［２（）］，逡逑１１邐／，邋＼0－８邋／邋＼0－４逡逑Ｎｕ邋＝邋—邋＝邋０．０２３邋－１邋（－］邐（１．２）逡逑ｋ邐ＵＪ邋ＵＪ逡逑式中：為努塞爾數(shù)；ｖ為冷卻水的水速，ｍ／ｓ；邋Ａ為水的導(dǎo)熱系數(shù)，Ｗ／（ｍ邋．ｋ），逡逑為水管內(nèi)徑，ｍ；邋ｕ為冷卻水的運動黏度，ｍ２／ｓ；邋Ａ為對流傳熱系數(shù)，Ｗ／（ｍ２邋．ｋ）。逡逑使用式（１．２）計算，當(dāng)水速ｖ＝１．０￣３．０ｍ／ｓ，管內(nèi)對流傳熱系數(shù)Ａ達到數(shù)千。逡逑而查閱以往的分析數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)：日本水島研究所試驗得到冷卻壁傳熱系數(shù)約為逡逑２００￣３５０Ｗ／（ｍ２．ｋ）［２１］；在開發(fā)新型冷卻壁的設(shè)計計算中
【學(xué)位授予單位】：東北大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TF57

【參考文獻】

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本文編號：2652567