大型模块式高炉炉身传热研究

　　乌克兰大型模块式炉身结构是近几年开发的一项高炉炉身长寿技术，它把炉身均分为68个模块，拆除耐火砖衬代之以耐热混凝土，拆除冷却壁代之以无缝钢管，克服了以往炉身部位长寿措施中消耗大量人力、物力和财力且寿命短的缺陷，跳出了单纯寻求冷却器材质及提高炉衬耐材质量的思维模式，我国鞍钢1号高炉在国内率先使用了该项技术。本文从已掌握的乌克兰大型模块炉身技术入手，模拟高炉炉身部位的各种边界条件，建立数学模型，利用有限单元法进行区域离散，编制计算机程序对不同的截面进行计算。模型的前提条件为：①假定计算中所取炉身截面炉衬热面温度均匀；②各种材质的导热系数按所取温度范围计算其平均值；③附着物淹皮的成分根据乌克兰高炉停炉实践经验由上而下确定为游离碳和高炉初渣。

　　2无附着物条件下不同热面温度对度场的影响本计算中选取6种热面温度（可理解为不同高度截面）作为温度变化范围，计算在不同炉衬厚度（可理解为不同侵蚀程度）下的温度场变化。选取冷却*差点，即以相邻两根水管间的耐热混凝土中心温度（TM）作为衡量标准，计算结果见。其中值得注意的是：①考虑到操作中会过分发展边缘煤气流，炉衬热面温度*高取1200"C，但仅限于炉身下部高温区；②炉衬耐热混凝土厚度应保证冷却水管不暴露于炉内气氛中。由可看出，在水管规格为076mmX16mm、冷却水流速为2m/s、水管横向间距为200mm、冷却水水温为30C条件下，炉衬耐热混凝土的厚度是温度场的决定因素，而模块式高炉炉身的重要特征是能快速形成渣皮，因此是在无渣皮情况下的计算结果。炉墙热流强度见表1，由表1可见，在无附着物形成条件下，耐热混凝土侵蚀80mm时，热流强度增大1倍，因此，快速形成渣皮对整个温度场的稳定十分重要。表1中仅例出了边界条件*―边界条件l°C| 100.-X-边界条件炉衬厚度，mm不同边界条件下炉村厚度对相邻水管间砑热混凝土中心温度（Tnz）的影响表1不同边界条件下炉衬厚度与炉墙热流强度的关系炉衬厚度mm热流强度，为700、1200C时的热流强度，其他热面条件下的热流强度介于二者之间。

　　3附着物成分与厚度对温度场的影响炉身中、上部“干区”不可能产生高炉初渣，根据乌克兰大型模块炉身高炉大修经验，炉身上部附着物多为游离的石墨碳，炉身下部是高炉初渣的形成区，因此计算中把不同截面上的附着物按由上而下的顺序分设为石墨碳和高炉初渣。炉衬厚度为340mm（取中限），炉衬热面温度分别取800r和1200C，附着物厚度对温度场的影响如所示，表2列出了不同附着物条件下的热流强度。上部由于附着物的导热系数大于耐热表2附着物厚度与炉墙热流强度的关系附着物厚度热流强度，W/m2附着物为碳质附着物为高炉初渣混凝土的导热系数，所以随着附着物厚度增加温度场变化不明显。根据乌克兰经验，炉身上部附着物厚度取为20100mm，炉身下部由于附着物沿圆周和沿高度分布不均匀（有的地方厚2030mm，也有的地方厚达500mm或更厚），因此计算中附着物厚度取值较大。由于高炉初渣的导热系数小于耐热混凝土的导热系数，所以整个截面温度场的变化较大。

　　4冷却条件对模块式炉身温度的影响4.1水速、水管直径及水温的影响111/35'种不同的冷却水流速和05、6、76、89、12、121mm6种不同管径进行分析，值得说明的是，计算某一条件对温度场的影响时，其他影响因素固定。水速、水温及管径对相邻两水管间耐热混凝土中心温度（TM）的影响如所示。由可见，水速、管径对的影响呈曲线关系，利用其各自的三次回归方程求得二阶导数为零的点（即温度梯度急剧变化的点）就是所求的*佳点，具体数据为冷却水流速1.998 111/3，管径（0）71.649111111.乌克兰模块式高炉炉身推荐值为：冷却水流速2m/s，管径。70、76、95mm（其中95mm为汽化冷却时的推荐值）。因此，冷却水流速控制在2m/s左右、管径确定在70mm左右是其科学依据的。

　　水速、水温及管径对相邻两水管间耐热混疑土中心温度CT*）的影响1*水速影响；2*水温影响；3―管径影响在分析冷却水水温对温度场的影响时，选用了5种不同水温，由可见，冷却水温升高，温度场的温度随之升高，水温（rs）与Tm呈直线关系。因此，低的进水温度对冷却是极为有利的，但考虑到目前的工艺条件，水温应控制在3045r. 4.2水管间距对温度场的影响水管间距对温度场（T*J的影响如所示，其中选取的水管间距范围为150400mm.由可见，在冷却水管间距为150200mm时，曲线斜率*小，大于200mm时，斜率变大，利用回归方程求出二阶导数为零的点（即温度梯度变化*大的点）的横坐标为204mm和215mm，考虑到其他因素，说明水管间距取200mm是科学的。

　　两种状态下冷却水管间距对相邻两水管间耐热混凝土中心温度）的影响由还可以得出，当水管间距为400mm（即某一冷却回路发生故障）时，炉衬未侵蚀状态下，相邻水管间耐热混凝土中心温度为180那质吹郊拮粗鞠拢嗔谒芗耐热混凝土中心温度为650r，两者仍处在耐热混凝土的许用温度范围内，这说明冷却水管间距选用200mm时，某一区域即使有一条冷却回路出现故障，这一区域的冷却仍能保证。

　　5结论对于采用大型模块炉身结构的高炉，当炉衬耐热混凝土侵蚀至冷却壁水管前沿时炉墙的热流强度是炉衬耐热混凝土未侵蚀时的一倍。

　　炉身上部附着物对温度场及炉墙热流强度的影响不大，下部附着物的形成能大大降低炉墙热流强度，对炉衬工作十分有利，所以应在操作中尽量快速形成渣皮保护。

　　模块式炉身冷却水经济流速应控制在2m/s左右，水温不应高于45当某一冷却回路发生故障时，冷却水管间距变为400mm，温度场*高温度仍处于耐热混凝土的许用范围内。

　　（责任编辑刘菁）技术信息*高炉用铜冷却壁通过专家评议由汕头华兴冶金备件厂有限公司生产的高炉用铜冷却壁日前在国家冶金局发展规划司组织的“高炉用铜冷却壁专家评议会”上通过了专家评议。

　　与会专家认为：铜冷却壁近年来在国外已得到广泛应用，为使铜冷却壁在我国高炉推广应用，大幅度提高我国高炉的寿命，必须降低采用铜冷却壁的费用，因此建立我国铜冷却壁生产线是十分必要的；汕头华兴厂以轧制厚铜板为原料，通过钻孔和焊接方法制造铜冷却壁的工艺可行，产品质量有保证；汕头华兴厂在研制首钢2号高炉试验用铜冷却壁过程中，质量控制严格，所选用的TU2铜板适合于铜冷却壁长期处于还原性气氛下的工作环境，价格适中，其成品质量指标达到国外同类产品水平，且制造成本比国外低，根据首钢2号高炉测定的壁体温度和热流密度数据分析，该试验用铜冷却壁在高炉内工作正常，可以推广应用；汕头华兴厂长期从事高炉用铜冷却器的制造，对铜件的加工、焊接经验丰富，拥有多项专利产品和专利技术，目前已具备铜冷却壁制造的基本条件，适当增添专用设备，即可形成生产线。

　　（本刊记者黄琳基）