高爐爐腹、爐腰及爐身下部區(qū)域爐體冷卻壁壽命是決定高爐壽命的重要因素。國內(nèi)外高爐普遍應(yīng)用傳熱性能優(yōu)良的銅冷卻壁,但銅冷卻壁已經(jīng)出現(xiàn)了水管開裂和熱面破損問題,有關(guān)銅冷卻壁水管開裂和熱面破損產(chǎn)生的機(jī)理缺乏定量化分析。以降低銅冷卻壁制造成本和克服銅冷卻壁水管焊接難題為目的開發(fā)的銅鋼復(fù)合冷卻壁的銅鋼界面存在應(yīng)力集中問題,銅鋼界面位置的安全性成為銅鋼復(fù)合冷卻壁應(yīng)用的限制性環(huán)節(jié)。因此,本文針對冷卻壁在高爐中的不同工況條件,詳細(xì)研究了高爐銅冷卻壁和銅鋼復(fù)合冷卻壁的熱學(xué)和力學(xué)行為。(1)通過銅冷卻壁傳熱及熱彈性數(shù)學(xué)模型,分析了無渣鐵殼覆蓋條件下銅冷卻壁的熱變形行為,并在考慮水管安裝方式情況下,分析了銅冷卻壁水管之間柔性水管連接、剛性水管連接及受到爐殼開孔約束條件下水管的熱應(yīng)力分布和熱變形行為,并討論了高爐銅冷卻壁水管安裝用爐殼開孔的合理直徑。(2)建立了銅冷卻壁非穩(wěn)態(tài)傳熱、熱彈塑性變形和熱疲勞分析數(shù)學(xué)模型,在考慮水管根部焊接結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,詳細(xì)分析了渣鐵殼脫落-形成過程中銅冷卻壁的熱變形行為及塑性累積情況,并對銅冷卻壁進(jìn)行熱疲勞壽命預(yù)測,重點(diǎn)分析銅冷卻壁水管的熱疲勞行為。(3)通過銅鋼復(fù)合冷卻壁傳熱及熱彈...

【文章頁數(shù)】：207 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
致謝
摘要
Abstract
1 引言
2 文獻(xiàn)綜述
    2.1 高爐長壽發(fā)展概述
        2.1.1 高爐長壽發(fā)展
        2.1.2 高爐壽命的限制性因素
    2.2 國內(nèi)外冷卻壁發(fā)展
        2.2.1 球墨鑄鐵冷卻壁
        2.2.2 鑄鋼冷卻壁
        2.2.3 銅冷卻壁
        2.2.4 銅鋼復(fù)合冷卻壁
    2.3 銅冷卻壁破損形式及其破損機(jī)理研究進(jìn)展
        2.3.1 水管斷裂漏水
        2.3.2 本體變形
        2.3.3 熱面破損
    2.4 銅冷卻壁傳熱性能研究
        2.4.1 銅冷卻壁傳熱數(shù)值模擬研究
        2.4.2 銅冷卻壁熱態(tài)性能測試
    2.5 銅冷卻壁熱應(yīng)力及熱變形研究
    2.6 銅鋼復(fù)合冷卻壁傳熱及熱變形研究
    2.7 高爐內(nèi)銅冷卻壁和銅鋼復(fù)合冷卻壁存在的熱變形
    2.8 研究目的和研究內(nèi)容
        2.8.1 研究目的
        2.8.2 研究內(nèi)容
3 銅冷卻壁水管熱變形及受力狀態(tài)分析
    3.1 物理模型
    3.2 數(shù)學(xué)模型
        3.2.1 傳熱模型
        3.2.2 熱彈性變形模型
        3.2.3 物性參數(shù)
    3.3 數(shù)學(xué)模型驗(yàn)證
    3.4 傳熱分析
    3.5 熱變形分析
        3.5.1 煤氣溫度的影響
        3.5.2 高度的影響
        3.5.3 冷卻水速的影響
        3.5.4 厚度的影響
        3.5.5 螺栓間距的影響
    3.6 熱應(yīng)力分析
        3.6.1 水管末端自由
        3.6.2 水管末端固定
        3.6.3 水管受爐殼開孔約束
        3.6.4 爐殼開孔直徑優(yōu)化
    3.7 小結(jié)
4 銅冷卻壁熱彈塑性分析
    4.1 物理模型
    4.2 數(shù)學(xué)模型
        4.2.1 非穩(wěn)態(tài)傳熱模型
        4.2.2 彈塑性模型
        4.2.3 熱疲勞模型
        4.2.4 物性參數(shù)
    4.3 純銅材料真實(shí)應(yīng)力-真實(shí)應(yīng)變關(guān)系
    4.4 渣鐵殼脫落-形成過程傳熱分析
    4.5 熱變形分析
    4.6 應(yīng)變分析
    4.7 應(yīng)力分析
    4.8 熱疲勞分析
    4.9 異常爐況下銅冷卻壁熱變形分析
    4.10 小結(jié)
5 銅鋼復(fù)合冷卻壁熱態(tài)試驗(yàn)
    5.1 試驗(yàn)?zāi)康?br>    5.2 試驗(yàn)內(nèi)容
    5.3 試驗(yàn)原理
    5.4 熱態(tài)試驗(yàn)系統(tǒng)
    5.5 冷卻水循環(huán)系統(tǒng)
    5.6 溫度檢測系統(tǒng)
        5.6.1 壁體測溫電偶布置
        5.6.2 煤氣溫度測點(diǎn)布置
        5.6.3 數(shù)據(jù)采集設(shè)備
    5.7 應(yīng)變檢測系統(tǒng)
        5.7.1 應(yīng)變片布置
        5.7.2 應(yīng)變測量原理
        5.7.3 應(yīng)變片安裝過程
        5.7.4 應(yīng)變檢測設(shè)備
    5.8 試驗(yàn)過程
    5.9 試驗(yàn)結(jié)果
        5.9.1 熱態(tài)試驗(yàn)爐爐溫變化
        5.9.2 銅鋼復(fù)合冷卻壁溫度變化分析
        5.9.3 銅鋼復(fù)合冷卻壁總應(yīng)變變化分析
    5.10 小結(jié)
6 銅鋼復(fù)合冷卻壁熱變形及銅鋼界面應(yīng)力分析
    6.1 物理模型
    6.2 數(shù)學(xué)模型
        6.2.1 傳熱模型
        6.2.2 熱彈性模型
        6.2.3 物性參數(shù)
    6.3 工業(yè)試驗(yàn)驗(yàn)證
        6.3.1 傳熱模型驗(yàn)證
        6.3.2 熱彈性模型驗(yàn)證
    6.4 溫度分布分析
    6.5 熱變形分析
    6.6 銅鋼界面應(yīng)力分析
    6.7 水管熱應(yīng)力分析
        6.7.1 水管末端自由
        6.7.2 水管末端固定
    6.8 煤氣溫度影響
    6.9 銅層厚度影響
    6.10 加強(qiáng)筋厚度影響
    6.11 冷卻水道深度影響
    6.12 小結(jié)
7 銅鋼復(fù)合冷卻壁蠕變變形分析
    7.1 蠕變變形模型
        7.1.1 控制微分方程
        7.1.2 約束邊界條件
        7.1.3 物性參數(shù)
    7.2 蠕變變形模型驗(yàn)證
    7.3 蠕變應(yīng)變和應(yīng)力分析
    7.4 蠕變變形分析
    7.5 銅鋼界面應(yīng)力分析
    7.6 蠕變時間影響
    7.7 煤氣溫度影響
    7.8 小結(jié)
8 結(jié)論與展望
    8.1 結(jié)論
    8.2 展望
參考文獻(xiàn)
作者簡歷及在學(xué)研究成果
學(xué)位論文數(shù)據(jù)集



本文編號：3780805