高炉铜冷却壁和铜钢复合冷却壁热变形研究

发布时间：2023-04-03 05:59

　　高炉炉腹、炉腰及炉身下部区域炉体冷却壁寿命是决定高炉寿命的重要因素。国内外高炉普遍应用传热性能优良的铜冷却壁,但铜冷却壁已经出现了水管开裂和热面破损问题,有关铜冷却壁水管开裂和热面破损产生的机理缺乏定量化分析。以降低铜冷却壁制造成本和克服铜冷却壁水管焊接难题为目的开发的铜钢复合冷却壁的铜钢界面存在应力集中问题,铜钢界面位置的安全性成为铜钢复合冷却壁应用的限制性环节。因此,本文针对冷却壁在高炉中的不同工况条件,详细研究了高炉铜冷却壁和铜钢复合冷却壁的热学和力学行为。(1)通过铜冷却壁传热及热弹性数学模型,分析了无渣铁壳覆盖条件下铜冷却壁的热变形行为,并在考虑水管安装方式情况下,分析了铜冷却壁水管之间柔性水管连接、刚性水管连接及受到炉壳开孔约束条件下水管的热应力分布和热变形行为,并讨论了高炉铜冷却壁水管安装用炉壳开孔的合理直径。(2)建立了铜冷却壁非稳态传热、热弹塑性变形和热疲劳分析数学模型,在考虑水管根部焊接结构的基础上,详细分析了渣铁壳脱落-形成过程中铜冷却壁的热变形行为及塑性累积情况,并对铜冷却壁进行热疲劳寿命预测,重点分析铜冷却壁水管的热疲劳行为。(3)通过铜钢复合冷却壁传热及热弹...

【文章页数】：207 页

【学位级别】：博士

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致谢
摘要
Abstract
1 引言
2 文献综述
    2.1 高炉长寿发展概述
        2.1.1 高炉长寿发展
        2.1.2 高炉寿命的限制性因素
    2.2 国内外冷却壁发展
        2.2.1 球墨铸铁冷却壁
        2.2.2 铸钢冷却壁
        2.2.3 铜冷却壁
        2.2.4 铜钢复合冷却壁
    2.3 铜冷却壁破损形式及其破损机理研究进展
        2.3.1 水管断裂漏水
        2.3.2 本体变形
        2.3.3 热面破损
    2.4 铜冷却壁传热性能研究
        2.4.1 铜冷却壁传热数值模拟研究
        2.4.2 铜冷却壁热态性能测试
    2.5 铜冷却壁热应力及热变形研究
    2.6 铜钢复合冷却壁传热及热变形研究
    2.7 高炉内铜冷却壁和铜钢复合冷却壁存在的热变形
    2.8 研究目的和研究内容
        2.8.1 研究目的
        2.8.2 研究内容
3 铜冷却壁水管热变形及受力状态分析
    3.1 物理模型
    3.2 数学模型
        3.2.1 传热模型
        3.2.2 热弹性变形模型
        3.2.3 物性参数
    3.3 数学模型验证
    3.4 传热分析
    3.5 热变形分析
        3.5.1 煤气温度的影响
        3.5.2 高度的影响
        3.5.3 冷却水速的影响
        3.5.4 厚度的影响
        3.5.5 螺栓间距的影响
    3.6 热应力分析
        3.6.1 水管末端自由
        3.6.2 水管末端固定
        3.6.3 水管受炉壳开孔约束
        3.6.4 炉壳开孔直径优化
    3.7 小结
4 铜冷却壁热弹塑性分析
    4.1 物理模型
    4.2 数学模型
        4.2.1 非稳态传热模型
        4.2.2 弹塑性模型
        4.2.3 热疲劳模型
        4.2.4 物性参数
    4.3 纯铜材料真实应力-真实应变关系
    4.4 渣铁壳脱落-形成过程传热分析
    4.5 热变形分析
    4.6 应变分析
    4.7 应力分析
    4.8 热疲劳分析
    4.9 异常炉况下铜冷却壁热变形分析
    4.10 小结
5 铜钢复合冷却壁热态试验
    5.1 试验目的
    5.2 试验内容
    5.3 试验原理
    5.4 热态试验系统
    5.5 冷却水循环系统
    5.6 温度检测系统
        5.6.1 壁体测温电偶布置
        5.6.2 煤气温度测点布置
        5.6.3 数据采集设备
    5.7 应变检测系统
        5.7.1 应变片布置
        5.7.2 应变测量原理
        5.7.3 应变片安装过程
        5.7.4 应变检测设备
    5.8 试验过程
    5.9 试验结果
        5.9.1 热态试验炉炉温变化
        5.9.2 铜钢复合冷却壁温度变化分析
        5.9.3 铜钢复合冷却壁总应变变化分析
    5.10 小结
6 铜钢复合冷却壁热变形及铜钢界面应力分析
    6.1 物理模型
    6.2 数学模型
        6.2.1 传热模型
        6.2.2 热弹性模型
        6.2.3 物性参数
    6.3 工业试验验证
        6.3.1 传热模型验证
        6.3.2 热弹性模型验证
    6.4 温度分布分析
    6.5 热变形分析
    6.6 铜钢界面应力分析
    6.7 水管热应力分析
        6.7.1 水管末端自由
        6.7.2 水管末端固定
    6.8 煤气温度影响
    6.9 铜层厚度影响
    6.10 加强筋厚度影响
    6.11 冷却水道深度影响
    6.12 小结
7 铜钢复合冷却壁蠕变变形分析
    7.1 蠕变变形模型
        7.1.1 控制微分方程
        7.1.2 约束边界条件
        7.1.3 物性参数
    7.2 蠕变变形模型验证
    7.3 蠕变应变和应力分析
    7.4 蠕变变形分析
    7.5 铜钢界面应力分析
    7.6 蠕变时间影响
    7.7 煤气温度影响
    7.8 小结
8 结论与展望
    8.1 结论
    8.2 展望
参考文献
作者简历及在学研究成果
学位论文数据集



本文编号：3780805