高炉炉缸内衬三维传热降维法及其实现

论文摘要

在钢铁冶金生产过程中,高炉是炼铁生产的核心设备。高炉的建造、大修以及维护费用巨大,少则数亿元多则数十亿元,同时大修周期较长。高炉一旦大修停产,经济损失将十分巨大。因此,高炉长寿问题成为国内外关注的重要事项。高炉炉缸是整座高炉的基础,炉缸结构的安全性成为高炉寿命的主要限制环节。炉缸是盛装高温铁水的密闭反应容器,与铁水直接接触部分为内衬,内衬的侵蚀状态直接影响到炉缸结构的安全性。研究有效可靠的高炉炉缸内衬侵蚀分析技术,掌握内衬的侵蚀状态,对高炉安全生产具有重大的技术经济意义。目前,常用的高炉炉缸内衬侵蚀分析模型有一维侵蚀模型和二维侵蚀模型,由于三维侵蚀模型计算量大,故未见应用。本文以寻求满足现场实际要求的、更高精度的高炉炉缸内衬侵蚀分析技术为研究目标,从分析炉缸内衬的实际侵蚀形貌和传热特征入手,对三维传热降维法的构建及其实现过程进行了较为深入的研究。首先,高炉炉缸内衬结构的传热具有三维空间特征,通过等效热源项qv将三维传热降维到二维等效传热形式,构建了高炉炉缸内衬三维传热降维法。其次,依据三维传热降维法,建立了高炉炉缸内衬的准三维侵蚀模型；分析表明准三维侵蚀模型不但计算量小,而且理论上具有较高的计算精度,更接近于三维侵蚀分析。最后,基于传热学逆解原理,构建了高炉炉缸内衬的准三维侵蚀计算流程,借助于ANSYS参数化设计语言(APDL)对其进行了参数化设计,形成了准三维侵蚀计算系列程序,提高了计算效率。通过对比二维法和准三维法计算结果发现,准三维法进行高炉炉缸内衬的侵蚀分析与计算是可行的,但是还需要做进一步的研究分析和验证。如果采用准三维法作为高炉炉缸内衬侵蚀状态的诊断手段,将会是目前二维侵蚀分析技术的一次升级,将会给高炉的安全生产提供更为有力的技术保障。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 选题背景及意义
• 1.2 高炉炉缸内衬侵蚀分析的研究现状
• 1.3 本课题的研究内容
• 第2章 高炉炉缸内衬侵蚀分析的理论基础
• 2.1 概述
• 2.2 传热学基本理论
• 2.2.1 热量传递的基本方式
• 2.2.2 传热问题的研究途径
• 2.2.3 导热的热流速率方程
• 2.2.4 导热微分方程
• 2.2.5 导热微分方程的定解条件
• 2.3 导热问题的求解
• 2.3.1 一维导热问题
• 2.3.2 多维导热问题
• 2.4 小结
• 第3章 高炉炉缸内衬侵蚀分析的逆解法
• 3.1 概述
• 3.2 高炉炉缸内衬侵蚀分析的逆解模型
• 3.2.1 一维侵蚀模型
• 3.2.2 二维侵蚀模型
• 3.2.3 三维侵蚀模型
• 3.2.4 内衬侵蚀分析的计算精度
• 3.3 高炉炉缸内衬侵蚀分析逆解法的技术类型
• 3.3.1 高炉热工测量条件的类型
• 3.3.2 一维内衬侵蚀分析逆解法的技术类型
• 3.3.3 二维内衬侵蚀分析逆解法的技术类型
• 3.4 ANSYS软件在内衬侵蚀分析中的应用
• 3.4.1 有限元法
• 3.4.2 ANSYS热分析
• 3.4.3 APDL语言
• 3.5 小结
• 第4章 高炉炉缸内衬三维传热降维法
• 4.1 概述
• 4.2 高炉炉缸内衬三维传热降维法的构建
• v的处理'>4.3 等效热源项q_v的处理
• 4.4 侵蚀形貌角φ的计算
• 4.4.1 采用一维法进行计算
• 4.4.2 建立轴对称传热模型进行计算
• 4.5 小结
• 第5章 高炉炉缸内衬三维传热降维法的实现
• 5.1 概述
• 5.2 高炉炉缸内衬的准三维侵蚀模型
• 5.2.1 准三维侵蚀计算的基本方程
• 5.2.2 准三维侵蚀计算的原理
• 5.2.3 有限元法的应用
• 5.3 高炉炉缸内衬的准三维侵蚀计算流程
• 5.3.1 数据库计算程序
• 5.3.2 侵蚀形貌角φ计算程序
• 5.3.3 数据库插值计算程序
• 5.3.4 横截面准三维侵蚀计算程序
• 5.4 准三维法和二维法计算结果对比
• 5.5 小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢