高炉炉缸内衬轴截面侵蚀的准三维分析法

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高炉是钢铁工业生产中重要的冶炼设备,高炉炉缸内衬与高温铁水直接接触,不仅承受铁水的不断冲刷,还发生着复杂的化学反应等,这些因素都会造成炉缸内衬厚度不断减少,影响整个高炉炉缸结构的安全性。高炉作为密闭冶炼设备,内部侵蚀状况不能够直接观测,如不准确检测其内部侵蚀状况会带来重大安全隐患。因此,研究可靠地炉缸内衬侵蚀分析技术具有重大的经济和安全意义。一维侵蚀分析技术和二维侵蚀分析技术是目前常用的高炉炉缸内衬分析技术,由于高炉炉缸内衬具有三维传热特性,上述两种侵蚀分析技术存在模型误差,忽略了一个或两个方向的传热特征,会对结果带来一定误差;三维侵蚀分析技术由于模型计算量过大,在实际生产中难以应用。最近,有研究者提出了三维传热降维法,即准三维侵蚀分析方法。该方法是在保证具有二维侵蚀计算效率的基础上考虑了炉缸内衬在轴向的传热特征,并实现了在横截面的侵蚀计算。本文进一步研究准三维法,根据炉缸内部实际传热特征,构建了高炉炉缸内衬轴截面侵蚀分析的新方法,即轴截面侵蚀计算的准三维法,以丰富和拓展准三维侵蚀分析方法的应用。首先,将炉缸内衬在环向传热特征项用等效热源项qv表示,其大小可利用相邻轴截面在同一半径处的测温点温度和等效传热系数fac来求取;fac的大小可通过对应的侵蚀形貌参数来确定;经过求解和整理,建立不同的侵蚀形貌参数对应不同等效热源项qv值的侵蚀数据库。其次,根据高炉炉缸实际结构,基于传热学逆解原理,利用ANSYS参数化APDL设计语言,对炉缸侧壁内衬轴截面准三维侵蚀计算流程编制系列程序。最后,在同一热工测量参数下分别对炉缸内衬的轴截面分别用一维、二维和准三维法进行分析,证明轴截面准三维法的实际意义。通过上述工作,发现在我们最关心的危险侵蚀界面,准三维侵蚀计算法求得的侵蚀半径值比二维计算结果大,可以看出,轴截面准三维法比二维法更具有提前预报的优点。
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